脉冲波形的产生和变换.ppt
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1、脉冲波形的脉冲波形的产生和生和变换第九章第九章 脉冲波形的产生和变换脉冲波形的产生和变换概述概述9.1多谐振荡器多谐振荡器9.2单稳态触发器单稳态触发器9.4555定时器的原理和应用定时器的原理和应用9.3施密特触发器施密特触发器2概述概述数字电路区别于模拟电路的主要特数字电路区别于模拟电路的主要特点之点之一是:它的工作信号是离散的脉冲一是:它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形矩形波波)。如何产生方波以及对不理想的方波。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形,是本章讨论的重点。如何整形,是本章讨论的重点。39.1多谐振荡器多谐振荡器矩形波发生器
2、又称矩形波发生器又称多谐振荡器多谐振荡器。它可以由分立。它可以由分立元件构成,也可以由集成电路构成。元件构成,也可以由集成电路构成。一、一、门电路组成的多谐振荡器:门电路组成的多谐振荡器:利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇数个与非利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇数个与非门首尾相接,就可以构成一个简单的环形振荡器门首尾相接,就可以构成一个简单的环形振荡器:111uo3uo2uo14111321uo3uo2uo1设设uo3的初始状态为的初始状态为0:010101用波形图来表示用波形图来表示,则为则为:0tuo3优点优点:电路结构简单电路结构简单,所用元件少。所用元件少。缺点缺点:频率太高频率太高
3、,并且不可调整。并且不可调整。5111RRS100CAuo1uouo2111uo3uo2uo1在原电路的基础上添加在原电路的基础上添加RC延时电路延时电路,便可以便可以克服上图的不足克服上图的不足:60tuo0tuo20tuo10tuAUT假设:开始时假设:开始时uo=0电容上的电流,电容上的电流,uA下降下降uAUT时,时,uo不反转。不反转。111RRS100CAuo1uouo201070tuo0tuo20tuo10tuAUT当当uA=UT时,时,uo反转,反转,uo1、uo2也一起反转。也一起反转。111RRS100CAuo1uouo280tuo0tuo20tuo10tuAUT由于电容电
4、压不能由于电容电压不能突变突变,当当uo1发生下跳发生下跳时时,uA有一突变。有一突变。U111RRS100CAuo1uouo290tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1后,后,uo2uo1,电容,电容反向充电反向充电,uA上升。上升。只要只要uAUT,uo就就不反转。不反转。t1111RRS100CAuo1uouo2100tuo0tuo20tuo10tuAUTU当当uA=UT时时(t2),uo、uo1、uo2再次反转。再次反转。t2111RRS100CAuo1uouo2110tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于由于uo1上跳,电容电压上跳,电容电压不能突变,所以不能突变,所以u
5、A上跳,上跳,然后然后uA开始下降开始下降电流方向电流方向111RRS100CAuo1uouo212T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU111RRS100CAuo1uouo213二、二、RC耦合式振荡器耦合式振荡器11R1R2C1C2uR2uR1uo2uo111R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1uo1uR1uR2uo20t0t0t0tUTUT1、对称式:、对称式:14这个电路有两个这个电路有两个缺点缺点:一一是不容易起振是不容易起振;二二是电路振荡频率的稳定是电路振荡频率的稳定性较性较差差,容易受温度、元件性能、电源容易受温度、元件性能、电源波动等因素的影响。波动等因素的影响。(
6、a)11R1R2C1C2uo2uo1(b)通常,将两个电阻改接通常,将两个电阻改接成如图成如图(b)示,只要适当选示,只要适当选择它们的大小,使两个与非择它们的大小,使两个与非门的静态工作点均处于放大门的静态工作点均处于放大区,起振便比较容易。区,起振便比较容易。11R1R2C1C2uR2uR1uo2uo11511R1R2C1C2uo石英晶体石英晶体(c)石英晶体振荡器常用石英晶体振荡器常用作作数字系统的基准信号。数字系统的基准信号。为获得稳定的振荡频率,为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体,可在振荡电路中串接石英晶体,组成组成石英晶体振荡器石英晶体振荡器,如图如图(c)所示。所示
7、。11R1R2C1C2uR2uR1uo2uo111R1R2C1C2uo2uo1(a)(b)16u1uo2uo10t0t0tUTUT2、非对称式:、非对称式:11RCu1uo2uo1T1T2对于对于CMOS门组成的振荡器门组成的振荡器17u1uo2uo10t0t0tUTUTT1T2第一段(第一段(T1):):第二段:第二段:18三、石英晶体振荡器三、石英晶体振荡器11R1R2C1C2uo石英晶体石英晶体ffsX0电感性电感性电容性电容性电阻电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对时都能工作在线性放大区。对TTL反相器,常取反相器,常取R1R
8、20.7k2k,而对于,而对于CMOS门,则常门,则常取取R1R210k100k;C1C2是耦合电容,是耦合电容,它们的容抗在石英晶体谐振频率它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不时可以忽略不计;石英晶体构成选频环节。计;石英晶体构成选频环节。199.2单稳态触发器单稳态触发器特点特点:稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回学习的重点学习的重点:为什么为什么会自动返回会自动返回?需需多少时间多少时间?1、输出端只有一个稳定状态、输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态。另一个状态则是暂稳态。2、加入触发信号、加入触发信号,电路由稳态转入暂稳态
9、。电路由稳态转入暂稳态。3、经过一定时间以后经过一定时间以后,电路又会电路又会自动返回自动返回原来的原来的稳定状态。稳定状态。20(1)没有触发信号时电路工作在稳态:)没有触发信号时电路工作在稳态:当当没没有有触触发发信信号号时时,ui为为低低电电平平。因因为为门门G2的的输输入入端端经经电电阻阻R接接至至VDD,VA为为高高电电平平,因因此此uo2为为低低电电平平;门门G1的的两两个个输输入入均均为为0,其其输输出出uo1为为高高电电平平,电电容容C两两端端的的电电压压接接近近为为0。这这是是电电路路的的稳稳态态,在在触触发发信信号号到到来来之之前前,电电路路一一直直处处于于这这个个状状态态
10、:uo11,uo20。00111 1、用、用CMOS或非门组成:或非门组成:9.2.1由门电路组成的微分型单稳态触发器由门电路组成的微分型单稳态触发器21110(2)外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态)外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当当正正触触发发脉脉冲冲ui到到来来时时,门门G1输输出出uo1由由1变变为为0。由由于于电电容容电电压压不不能能跃跃变变,uA也也随随之之跳跳变变到到低低电电平平,使使门门G2的的输输出出uO2变变为为1。这这个个高高电电平平反反馈馈到到门门G1的的输输入入端端,此此时时即即使使ui的的触触发发信信号号撤撤除除,仍仍能能维维持持门门G1的的低低电电平平输输
11、出出。但但是是电电路路的的这这种种状状态态是是不不能能长长久久保保持持的的,所所以以称称为为暂暂稳稳态态。暂暂稳稳态时,态时,uo10,uo21。220011(3)电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态)电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在在暂暂稳稳态态期期间间,VDD经经R和和G1的的导导通通工工作作管管对对C充充电电,随随着着充充电电的的进进行行,C上上的的电电荷荷逐逐渐渐增增多多,使使uA升升高高。当当uA上上升升到到阈阈值值电电压压UT时时,G2的的输输出出uo2由由1变变为为0。由由于于这这时时G1输输入入触触发发信信号号已已经经过过去去,G1的的输输出出状状态态只只由由uo2决决定
12、定,所所以以G1又又返返回回到到稳稳定定的的高高电电平平输输出出。uA随随之之向向正正方方向向跳跳变变,加加速速了了G2的的输输出出向向低低电电平平变变化化。最最后后使使电电路路退退出出暂暂稳稳态态而而进进入入稳稳态态,此时此时uo11,uo20。23脉冲宽度:脉冲宽度:tp=0.7RC当当Vth=VDD/2时,时,tw=RCln224电路的改进电路的改进当当ui的的宽宽度度很很宽宽时时,可可在在单单稳稳态态触触发发器器的的输输入入端端加加一一个个RC微微分分电电路路,否否则则,在在电电路路由由暂暂稳稳态态返返回回到到稳稳态态时,由于门时,由于门G1被被ui封住了,会使封住了,会使uo2的下降
13、沿变缓。的下降沿变缓。250tuiuo1uAuo20t0t0tt1当当ui发生负跳变后:发生负跳变后:uo1和和uA跟着正跳变,跟着正跳变,uo2立即下跳(立即下跳(暂稳态暂稳态)。)。在在ui负脉冲到来以前(负脉冲到来以前(稳态稳态):):uo1uo2RC&1uiAR较小较小2 2、用与非门组成:、用与非门组成:101uo1=0,uo2=1026Uo1向向C充电,充电,uA下降。下降。uA=UT时:时:uo2上跳。上跳。之后之后uA继续下降。继续下降。Ui负脉冲过后,负脉冲过后,uo2保持高电平。保持高电平。uo1uo2RC&1uiAUT0tuiuo1uAuo20t0t0tt1tWCMOS门
14、电路:门电路:27稳态时,稳态时,ui1,G1、G2均导通。均导通。uo10,uA0,uo20。ui负负跳跳变变到到0时时,G1截截止止,uo1随随之之跳跳变变到到1。由由于于电电容容电电压压不不能能跃跃变变,uA仍仍为为0,故故门门G2截截止止,uo2跳跳变变到到1。在在G1、G2截截止止时时,C通通过过R和和G1的的导导通通管管放放电电,使使uA逐逐渐渐上上升升。当当uA上上升升到到管管子子的的开开启启电电压压UT时时,如如果果ui仍仍为为低低电电平平,G2导导通通,uo2变变为为0。当当ui回回到到高高电电平平后后,G1导导通通,C又又通通过过R和和G1的的导导通通管管充充电电,电电路路
15、恢恢复复到稳定状态。到稳定状态。(补充)积分型单稳态触发器:(补充)积分型单稳态触发器:289.2.2集成单稳组件介绍集成单稳组件介绍一、不可重复触发的集成单稳态触发器:一、不可重复触发的集成单稳态触发器:74LS121是一种不可重复触发的集成化单稳态是一种不可重复触发的集成化单稳态触发器。包括触发信号控制电路、微分型单稳态触触发器。包括触发信号控制电路、微分型单稳态触发器及输出缓冲电路。单稳输出脉冲的宽度,主要发器及输出缓冲电路。单稳输出脉冲的宽度,主要由外接的定时电阻由外接的定时电阻(R)和定时电容和定时电容(C)决定。决定。2974LS121管脚图管脚图QVSSQBCextRintNCR
16、ext/CextA1A2NCVDD1234567891014131211NCNC3074LS121功能表功能表A1 A2BQQ说说明明011x00001111xxx00 x11稳态稳态触发触发111110 xx03174LS121的使用的使用方法方法:1.采用内部定时电阻(采用内部定时电阻(2K):):9脚接到脚接到14脚。脚。tW=RCln2单位单位:RT:k、CT:Pf、tW:nS定时电容接在定时电容接在10、11脚之间,定时电阻有两种选择:脚之间,定时电阻有两种选择:2.采用外部定时电阻(采用外部定时电阻(1.440K):):9脚悬空,电阻脚悬空,电阻接到接到11、14脚之间。脚之间。3
17、2二、可重复触发的集成单稳态触发器:二、可重复触发的集成单稳态触发器:1CextVSS1Q1Q1TR-2TR+2TR-2Q2Q2RD1RD1TR+1Rext/1CextVDD123456789101615141312112Cext2Rext/2CextMC14528管脚图管脚图MC14528是一种可重是一种可重复触发的集成单稳态触发复触发的集成单稳态触发器。包括三态门、积分型器。包括三态门、积分型单稳态触发器控制电路及单稳态触发器控制电路及输出缓冲电路。输出缓冲电路。33MC14528功能表功能表RDTR+QQ说说明明001x0001111x1稳态稳态触发触发TR-xx1xx0清零清零与前一种
18、单稳态触发器的区别:与前一种单稳态触发器的区别:当电路处在暂稳态,再来触发信号,暂当电路处在暂稳态,再来触发信号,暂稳态的时间将增加稳态的时间将增加tw,即可重复触发。,即可重复触发。349.2.3单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样单稳的应用多种多样,如如:定时、延时控制、定时、延时控制、整形(消噪)、多谐振荡器等等。整形(消噪)、多谐振荡器等等。例如例如“延时控制延时控制”利用单稳可以取得延时作用利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可延长的时间可以通过以通过R、C调节。调节。35QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194
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