数字电子技术第10章脉冲波形的产生.ppt

《数字电子技术第10章脉冲波形的产生.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术第10章脉冲波形的产生.ppt（49页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、10.1 概述主要内容：主要内容：多谐振荡器的概念多谐振荡器的概念单稳态触发器的概念单稳态触发器的概念施密特触发器的概念施密特触发器的概念1（1 1）双稳态触发电路又称为）双稳态触发电路又称为触发器触发器，它具有，它具有两个稳定状态两个稳定状态.两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。才能完成。（2 2）单稳态触发电路又称为）单稳态触发电路又称为单稳态触发器单稳态触发器。它只有一个稳定。它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态（简称状态，另一个是暂时稳定状态（简称“暂稳态暂稳态”）.在外加触发信号作用下，可从稳定状态在外加触

2、发信号作用下，可从稳定状态转换到转换到暂稳态，暂稳态，暂稳态暂稳态维持一段时间后维持一段时间后，电路，电路自动返回自动返回到稳态，暂稳态的到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。持续时间取决于电路的参数。（3 3）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状没有稳定状态态，只有两个暂稳态。其状态转换，只有两个暂稳态。其状态转换不需要不需要外加触发信号触外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。发，而完全由电路自身完成。若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称频率的谐波，故称“多谐多谐

3、”。210.2 多谐振荡器 主要内容：主要内容：门电路构成多谐振荡器的工作原理门电路构成多谐振荡器的工作原理石英晶体多谐振荡器电路及其优点石英晶体多谐振荡器电路及其优点秒脉冲信号产生电路的构成方法秒脉冲信号产生电路的构成方法310.2.1 门电路构成的多谐振荡器 利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾首尾相接相接就构成一个简单的就构成一个简单的多谐振荡器多谐振荡器。如图所示，它由。如图所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。4 从任何一个非门的输出端都可得到高、低电平交替出从任何一个非门的输出端

4、都可得到高、低电平交替出现的方波。该电路的输出波形：现的方波。该电路的输出波形：在某一时刻输出在某一时刻输出uo由低电平由低电平0跳变为高跳变为高电平电平1，则，则G1门、门、G2门和门和G3门将依次门将依次翻转，经过三级门翻转，经过三级门的传输延迟时间的传输延迟时间3tpd后，使输出后，使输出uo又由又由高电平高电平1跳变为低电跳变为低电平平0。如此循环跳变。如此循环跳变而形成矩形波。而形成矩形波。5 其振荡周期为其振荡周期为6t6tpdpd。这种简单的多谐振荡器周。这种简单的多谐振荡器周期小，频率高，且频率期小，频率高，且频率不易调整和不稳定不易调整和不稳定，所以，所以在在实际电路中很少使

5、用实际电路中很少使用。6 为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在电路中为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在电路中引入引入RCRC延迟环节延迟环节，构成如图所示电路。，构成如图所示电路。使使uA电压延电压延迟下降迟下降7工作原理分析工作原理分析(1)设在设在t0时刻，时刻，uI=uo为低电平，则为低电平，则uo1为为高电平高电平，uo2为低电平。为低电平。此时此时uo1经电容经电容C、电阻、电阻R到到uo2形成电容的形成电容的充电回路充电回路。电容电容C上上uc的电压逐渐增大，的电压逐渐增大，uA相应减小，当接近门电相应减小，当接近门电路的阈值电压路的阈值电压UTH时，形成下述正反馈过程：时，形成下述

6、正反馈过程：uAuouo1正反馈的结果，使电路在正反馈的结果，使电路在t1时刻，时刻，uI=uo变为高电平，则变为高电平，则uo1为为低电平低电平，uo2为为高电平高电平。8工作原理分析工作原理分析(2)电路在电路在t1时刻，时刻，uI=uo变为高电平，变为高电平，uo1为为低电平低电平，uo2为为高电平高电平。此时此时uo2经电阻经电阻R、电容、电容C到到uo1形成电容的形成电容的放电回路放电回路。此后的过程与上相似，最后使电路在此后的过程与上相似，最后使电路在t2时刻时刻返回到返回到uI=uo变为变为低电平，低电平，uo1为为高电平高电平，uo2为为低电平低电平的状态的状态。9工作原理分析

7、工作原理分析(3)充电充电 放电放电放电放电充电充电1010.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器两种常见的石英晶体振荡器电路：两种常见的石英晶体振荡器电路：具有各种谐振频率的具有各种谐振频率的石英晶体石英晶体（简称（简称“晶振晶振”）已被）已被制成标准化和系列化的产品出售。制成标准化和系列化的产品出售。11例例10-1 秒脉冲信号产生电路的设计。秒信号产生电路秒信号产生电路(1)12秒信号产生电路(2)13从从Q4 Q10和和Q12 Q14各输出端可分别得到频率为各输出端可分别得到频率为2048 Hz，1024 Hz，512 Hz，256 Hz，128 Hz，64 Hz，32 Hz，8 Hz，4

8、 Hz和和2 Hz的脉冲信号。的脉冲信号。1410.3 单稳态触发器主要内容：主要内容：单稳态触发器的工作特点单稳态触发器的工作特点门电路构成单稳态触发器的工作原理门电路构成单稳态触发器的工作原理不可重复触发和可重复触发的不可重复触发和可重复触发的区别区别集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS12174LS121和和74LS12274LS122的使用方法的使用方法单单稳稳态态触触发发器器在在波波形形整整形形、定定时时和和延延时时等等方方面面的的应应用方法用方法1510.3.1 门电路构成的单稳态触发器1电路结构 微分型单稳态触发器RROFF 16工作原理分析工作原理分析(1)原理概述：原理概

9、述：在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳态，然后在电容充放电的作用下，电路自动返回到稳定状态。态，然后在电容充放电的作用下，电路自动返回到稳定状态。（1 1）无无触发触发信号时信号时u uI I为高电平。考虑到为高电平。考虑到RRRROFFOFF，所以稳态时，所以稳态时u uI2I2为低电平，则为低电平，则u uo o为高电平。故为高电平。故u uo1o1为低电平，电容为低电平，电容C C两端的电压近两端的电压近似为似为0V0V。只要。只要触发触发信号不到来，电路就维持在信号不到来，电路就维持在u uo1o1为低电平，为低电平，u uo o为高电平这

10、一为高电平这一稳定状态稳定状态。17工作原理分析工作原理分析(2)（2 2）假设在）假设在t t1 1时刻，输入端有触发信号（负脉冲信号）出时刻，输入端有触发信号（负脉冲信号）出现，则与非门现，则与非门G G1 1的输出的输出u uo1o1变为高电平变为高电平。由于电容由于电容C C两端的电压不能突变，故两端的电压不能突变，故u uI2I2随随u uo1o1跳变为高跳变为高电平，电平，u uo o跳变为低电平。该低电平反馈到跳变为低电平。该低电平反馈到G G1 1的输入端，使的输入端，使u uo1o1仍维持在高电平。电路处于仍维持在高电平。电路处于u uo1o1为高电平、为高电平、u uo o

11、为低电平的为低电平的暂稳状态暂稳状态。18工作原理分析工作原理分析(3)在暂稳态期间在暂稳态期间，经电容，经电容C和电阻和电阻R到地形成到地形成充电回路充电回路，电容，电容C开始充电，开始充电，uI2开始逐渐下降。开始逐渐下降。当接近门电路的阈值电压当接近门电路的阈值电压UTH时（时（设此时触发脉冲已消失设此时触发脉冲已消失），），出现下述正反馈过程：出现下述正反馈过程：uI2 uouo1此正反馈的结果，使电路自动返回到此正反馈的结果，使电路自动返回到uo1为低电平，为低电平，uo为高电平的为高电平的稳定状态稳定状态。电电容开始放电容开始放电，为下一次触发作准备。，为下一次触发作准备。19 微

12、分型单稳态触发器的工作波形充电充电放电放电2010.3.2 集成单稳态触发器 目前使用的集成单稳态触发器有目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发不可重复触发和和可重可重复触发复触发,其工作波形如图所示。其工作波形如图所示。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态之后，不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态之后，即使再有触发脉冲作用，电路的工作过程也不受其影响；即使再有触发脉冲作用，电路的工作过程也不受其影响；可重复触发单稳态触发器在暂稳态期间，如又有触发脉冲可重复触发单稳态触发器在暂稳态期间，如又有触发脉冲作用，电路会被重新触发，使暂稳态作用，电路会被重新触发，使暂稳态继续延迟

13、一个继续延迟一个tW时间时间。21 集成单稳态触发器中，集成单稳态触发器中，7412174121、74LS12174LS121、7422174221、74LS22174LS221等是不可重复触发的单稳态触发器。等是不可重复触发的单稳态触发器。7412274122、7412374123、74LS12374LS123等是可重复触发的单稳态触发器。等是可重复触发的单稳态触发器。22外接电阻外接电阻Rext 的取值范围为的取值范围为2k40k，外接电容，外接电容Cext取值为取值为10pF1000F。Cext接在接在10、11脚之间，脚之间，Rext接在接在11和电源和电源UCC（14脚）之脚）之间，

14、间，此时此时9脚开路脚开路。当需要电阻较小时，当需要电阻较小时，可以直接使用阻值可以直接使用阻值约为约为2k的内部电的内部电阻阻Rint，此时将，此时将Rint接接UCC，即，即9、14脚相接脚相接。23有两种边沿触发方式。输入有两种边沿触发方式。输入A1或或A2是下降沿触发，输入是下降沿触发，输入B是上升沿触发。是上升沿触发。看看懂懂功功能能表表2410.3.3 单稳态触发器的应用1 1脉冲整形脉冲整形 2定时控制定时控制253 3脉冲延时脉冲延时 脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，输出脉脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，输出脉冲信号的下降沿相对于输入脉冲信号的下降沿延时了冲信号

15、的下降沿相对于输入脉冲信号的下降沿延时了t tw w；二是脉冲信号整体延时一段时间。二是脉冲信号整体延时一段时间。26（a)利用一个单稳态触发器即可实现利用一个单稳态触发器即可实现;(b)可采用两个单稳态触发器来实现。其中，可采用两个单稳态触发器来实现。其中，第一个单稳态触发第一个单稳态触发器采用上升沿触发器采用上升沿触发，其输出脉冲宽度等于所要求的延时时间；，其输出脉冲宽度等于所要求的延时时间；第二个单稳态触发器采用下降沿触发第二个单稳态触发器采用下降沿触发，并使其输出脉冲宽度等，并使其输出脉冲宽度等于第一个单稳态触发器输入脉冲的宽度即可。于第一个单稳态触发器输入脉冲的宽度即可。第一个单稳第

16、一个单稳态触发器态触发器第二个第二个单稳态单稳态触发器触发器27仿真软件演示脉冲延时。仿真软件演示脉冲延时。2810.4 施密特触发器主要内容：主要内容：施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性施密特触发器进行波形变换的工作原理施密特触发器进行波形变换的工作原理施密特触发器进行波形整形的工作原理施密特触发器进行波形整形的工作原理施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理29概述 施密特触发器的输出与输入信号之间的关系可施密特触发器的输出与输入信号之间的关系可用电压传输特性表示：用电压传输特性表示：30TTL集成施密特触发器有集成施密特触发器有74LS1

17、3、74LS14、74LS132等。等。74LS13为施密特触发的双四输入与非门，为施密特触发的双四输入与非门，74LS14为施密特触发的六反相器，为施密特触发的六反相器，74LS132为施密为施密特触发的四两输入与非门。特触发的四两输入与非门。CMOS集成施密特触发器有集成施密特触发器有74C14、74HC14等。等。31施密特触发器的应用1 1波形变换波形变换 利用利用施密特触发输入反相器施密特触发输入反相器可以把正弦波、三角波等可以把正弦波、三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波。变化缓慢的波形变换成矩形波。仿真软件演示仿真软件演示322 2脉冲整形脉冲整形 有些信号在传输过程中或放大时往往

18、会发生畸变。通有些信号在传输过程中或放大时往往会发生畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形。过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形。333幅度鉴别幅度鉴别 344构成多谐振荡器构成多谐振荡器 由由74147414施密特触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，施密特触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。35 接通电源瞬间，电容接通电源瞬间，电容C上的电压为上的电压为0，因此输出，因此输出uo1为为高电平高电平。此时此时uo1通过电阻通过电阻R对对电容电容C充电充电，电压，电压uI逐渐升高。逐

19、渐升高。当当uI达到达到UT+时，施密特触发器时，施密特触发器翻转翻转，输出，输出uo1为为低电平低电平。此。此后电容后电容C又又通过通过R放电放电，uI随之下降。随之下降。当当uI降到降到UT-时，触发器时，触发器又翻转又翻转。如此周而复始地形成振荡。如此周而复始地形成振荡。充电充电放电放电36仿真软件演示仿真软件演示3710.5 555定时器及其应用 主要内容：主要内容：555555定时器的内部电路结构及工作原理定时器的内部电路结构及工作原理555555定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能555555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器555555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态

20、触发器555555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器381电路结构电路结构10.5.1 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 （1）电阻分压）电阻分压电路；电路；（2）两个电压）两个电压比较器比较器C1和和C2；（3）基本）基本RS触发器；触发器；（4）一个放电）一个放电三极管三极管T。39工作原理分析工作原理分析(1)RD的功能：的功能：复位复位5脚的功能：控制或脚的功能：控制或改变比较器的参考电改变比较器的参考电压，通常压，通常悬空悬空。此时，比较器此时，比较器C1的的参考电压参考电压为为 比较器比较器C2的的参考电参考电压压为为40工作原理分析工作原理分析(2)四种情况下输出信号及

21、三极管四种情况下输出信号及三极管T状态的分析状态的分析：（表：（表102）4110.5.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将将555定时器的定时器的uI6和和uI2输入端输入端连在一起作为信号的输入端，连在一起作为信号的输入端，即可组成施密特触发器。即可组成施密特触发器。假设输入信号是一个三角波，根假设输入信号是一个三角波，根据功能表据功能表10-2分析：分析：4210.5.3 555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器（1）稳定状态为）稳定状态为0。如果没有外加触发脉冲到来，则该输出。如果没有外加触发脉冲到来，则该输出状态一直保持不变。状态一直保持不变。稳态稳态4

22、3稳态稳态（2）暂稳态为）暂稳态为1。当外加。当外加负触发脉冲（负触发脉冲（UCC/3）后，输出状态保持暂稳态）后，输出状态保持暂稳态1不变。不变。当电容当电容C继续充电到大于继续充电到大于 2UCC/3 时，电路时，电路又发生翻转又发生翻转，输，输出出uo回到回到0，T导通，电容导通，电容C放电放电，电路自动恢复至稳态。，电路自动恢复至稳态。暂态暂态44 通过上述分析可以看出，它要求触发脉冲的宽度通过上述分析可以看出，它要求触发脉冲的宽度要小于要小于 。并且其周期要大于。并且其周期要大于 。如果触发脉冲的。如果触发脉冲的宽度大于宽度大于 ，可通过，可通过RC微分电路变窄后再输入到微分电路变窄后再输入到555定时器的定时器的2脚上。脚上。4510.5.4 555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器555555定时器定时器构成的多谐振荡器如图所示构成的多谐振荡器如图所示。46工作原理分析（工作原理分析（1）充电充电放放电电47充电充电放放电电输出波形的占空输出波形的占空比为比为 工作原理分析（工作原理分析（2）48仿真软件演示仿真软件演示49