第十章 脉冲波形的产生与整形 (2)优秀PPT.ppt

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1、第十章 脉冲波形的产生与整形第一页，本课件共有36页一、基本概念一、基本概念 从广义上说，凡是不具有连续正弦形状的从广义上说，凡是不具有连续正弦形状的信号都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿信号都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿波等。波等。用来产生、变换、整形脉冲信号的用来产生、变换、整形脉冲信号的电路。电路。数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有一种脉冲电路。还有一种脉冲电路。1、脉冲：、脉冲：2、脉冲电路：、脉冲电路：脉冲电路主要的作用是产生脉冲电路主要的作用是产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换，本章就是叙述这方面脉冲信号和进行

2、脉冲信号的变换，本章就是叙述这方面的内容。的内容。第二页，本课件共有36页3、脉冲单元电路的组成有三种形式：、脉冲单元电路的组成有三种形式：4、脉冲单元电路的主要形式为：、脉冲单元电路的主要形式为：(3)由由专用集成电路专用集成电路及及R、L、C器件组成。器件组成。(2)由集成由集成逻辑门逻辑门及及R、L、C器件组成。器件组成。（不讲）（不讲）(1)由由分立元件分立元件（三极管、（三极管、R、L、C器件）组成。器件）组成。(不不讲）讲）(3)多谐振荡器多谐振荡器(2)单稳态触发器单稳态触发器(1)施密特触发器施密特触发器第三页，本课件共有36页二、几种常见的脉冲波形二、几种常见的脉冲波形主要介

3、绍：主要介绍：4、多谐振荡器、多谐振荡器3、单稳态触发器及其应用、单稳态触发器及其应用2、施密特触发器及其应用、施密特触发器及其应用1、555定时器电路及其功能定时器电路及其功能第四页，本课件共有36页三、脉冲波形参数三、脉冲波形参数正弦信号可以用正弦信号可以用“三要素三要素”完全描述：完全描述：幅度、幅度、脉冲信号无脉冲信号无法被完全描述，法被完全描述，只能用一些参只能用一些参数近似描述！数近似描述！周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。用频率时间间隔。用频率f=1/T表示单位时间内脉冲重表示单位时间内脉冲重复的次数。复的次数。脉冲电压

4、的最大变化幅度。脉冲电压的最大变化幅度。脉冲周期脉冲周期T：脉冲幅度脉冲幅度Vm：频率、频率、相位相位TVm第五页，本课件共有36页注意：注意：三个测量点：三个测量点：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。从脉冲前沿到达从脉冲前沿到达0.5 Vm起，到脉冲后沿到达起，到脉冲后沿到达0.5 Vm为止的一段时间。为止的一段时间。脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.1 Vm上升到上升到0.9 Vm所需要所需要 的时间。的时间。脉冲下降沿从脉冲下降沿从0.9 Vm下降到下降到0.1 Vm所需要所需要 的时间。的时间。脉冲宽度与脉冲周期的比值，即脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q=tW/T。脉冲宽度脉冲宽度tW：上升

5、时间上升时间tr：下降时间下降时间tf：占空比占空比q：TVmtW0.5Vmtr0.9Vm0.1Vmtf第六页，本课件共有36页 555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出多种多样的实用电路。本节介绍其电路原理、功能及应用。多种多样的实用电路。本节介绍其电路原理、功能及应用。一、电路的组成一、电路的组成 555集成电路的输出级集成电路的输出级为推拉式结构，为推拉式结构，此外芯片此外芯片内部还有一个集电极开路内部还有一个集电极开路的放电晶体管的放电晶体管TD。它有两个比较器它有两个比较器C1和和C2，每个比较器的一个输入，每个比较器

6、的一个输入端接到三个端接到三个R电阻组成的分电阻组成的分压器上，输出分别接压器上，输出分别接SR锁锁存器输入端。存器输入端。第七页，本课件共有36页 集成集成555电路的八个电路的八个引脚的作用及名称为：引脚的作用及名称为：脚脚1接地端接地端 GND脚脚2触发器输入端触发器输入端 TR脚脚3输出端输出端 OUT脚脚4复位端复位端 RD脚脚5控制电压输入端控制电压输入端 VCO脚脚6阈值输入端阈值输入端 TH脚脚7放电端放电端 DISC脚脚8电源端电源端 Vcc双极型：516V，ILmax=200mACMOS型：318V，ILmax=4mA第八页，本课件共有36页RD=0时，时，001二、功能二

7、、功能vo=0，TD导通。导通。0第九页，本课件共有36页RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时，2VCC/3VCC/3000111vo=0，TD饱和导通。饱和导通。10VCO没接电压源第十页，本课件共有36页2VCC/3VCC/311RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时，不变不变1Q、Q不变，不变，vo不变，不变，TD状态不变。状态不变。不变不变不变不变第十一页，本课件共有36页RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时，2VCC/3VCC/3111000Q=0、Q=1，vo=1，TD截止。截止。11第十二页，本课件共有36页RD=1、UTH2VCC/

8、3、UTR2VCC/3VCC/30110101Q=Q=1，vo=1，TD截止。截止。1第十三页，本课件共有36页TR(VI2)TH(VI1)S(C2)R(C1)QvO DISC(TD)1/3Vcc1/3Vcc1/3Vcc2/3Vcc 1 0 0 0导通2/3Vcc 0 01(不定)1(不定)截止(不定)第十四页，本课件共有36页一、施密特触发器特性一、施密特触发器特性 施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路，施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路，1.施密特触发器属于电平触发，施密特触发器属于电平触发，2.对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的

9、阈值电平VT+和和VT-，也就是引起输出电平突变的输入电平不同，具有滞后电压，也就是引起输出电平突变的输入电平不同，具有滞后电压传输特性，此特性又称传输特性，此特性又称回差（滞回）特性回差（滞回）特性。如图所示：。如图所示：它与一般触发它与一般触发器一样，器一样，有两个稳定的工作状态，有两个稳定的工作状态，但它与前面第几章介绍的触但它与前面第几章介绍的触发器又有如下不同点：发器又有如下不同点：缓慢变化的信号也可作为缓慢变化的信号也可作为触发输入信号，触发输入信号，当输入信号达到某一特定的阈值时，当输入信号达到某一特定的阈值时，输出电平输出电平会发生突变，会发生突变，也就是说施密特触发器会从一个

10、稳态翻转到另外也就是说施密特触发器会从一个稳态翻转到另外一个稳态。一个稳态。第十五页，本课件共有36页施密特触发器非门和与门施密特触发器非门和与门的逻辑符号分别为的逻辑符号分别为:施密特触发施密特触发器非门特性器非门特性施密特触发施密特触发器与门特性器与门特性施密特触发器的特点：施密特触发器的特点：把把VT+和和VT-之差称为回差电压之差称为回差电压VT=VT+-VT-对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电压。对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电压。vIvOVT+VT-0vIvOVT+VT-0反相输出反相输出同相输出同相输出vIvOvIvO第十六页，本课件共有36页二

11、、由二、由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器 将将555定时器的定时器的TH（6）和）和TR（2）两个输入端连在一起作）两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。为信号输入端，即可得到施密特触发器。8 41 5625553VCCvIvo0.01F第十七页，本课件共有36页 由于比较器由于比较器C1和和C2的的参考电压不同，而输入电参考电压不同，而输入电压相同压相同，因而，因而SR锁存器的锁存器的置置0信号（信号（R0）和置）和置1信信号（号（S=0）必然发生在输）必然发生在输入信号入信号vI的不同电平。因的不同电平。因此，输出电压此，输出电压vO由高电平由高电

12、平变为低电平和由低电平变变为低电平和由低电平变为高电平所对应的为高电平所对应的vI值也值也不相同，这样就形成了施不相同，这样就形成了施密特触发特性。密特触发特性。为了提高比较器参考电压为了提高比较器参考电压VR1和和VR2的稳定性，通常在的稳定性，通常在VCO端端接有接有0.01 F左右的滤波电容。左右的滤波电容。第十八页，本课件共有36页 (1)当当vI 2VCC/3以后，比较器以后，比较器C1输出为输出为0、C2输出为输出为1，触，触器置器置0，即，即Q0、Q 1，uo=VOL。10100 此后，此后，vI上升到上升到VCC，然后再降低，但在未到达，然后再降低，但在未到达VCC/3以以前，

13、前，vo0的状态不会改变。的状态不会改变。第二十页，本课件共有36页01011 （3）vIVCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为1、C2输出为输出为0，触发器，触发器置置1，即，即Q1、Q 0，vo=VOH。此后，此后，vI继续下降到继续下降到0，但，但voVOH的状态不会改变。的状态不会改变。第二十一页，本课件共有36页 如果参考电压由外接的电压如果参考电压由外接的电压Vco供给，则供给，则VT+=Vco，VT-=1/2Vco，VT=1/2Vco。通过改变。通过改变Vco值，可以调节回差电压的大值，可以调节回差电压的大小。小。回差电压为回差电压为VT=VT+-VT-=1/3Vcc反相

14、输出反相输出第二十二页，本课件共有36页 1、用于波形变换、用于波形变换 2、用于脉冲整形、用于脉冲整形 3.用于脉冲鉴幅用于脉冲鉴幅三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用 可以将正弦波、三角波以可以将正弦波、三角波以及各种周期性的不规则的波形及各种周期性的不规则的波形变换成规范的矩形波。常用作变换成规范的矩形波。常用作计数器的输入整形电路，作为计数器的输入整形电路，作为计数器的时钟。计数器的时钟。利用回差特性可以抑制利用回差特性可以抑制叠加在输入信号上的干扰，叠加在输入信号上的干扰，使输出变成理想的矩形波。使输出变成理想的矩形波。为了选出有用信号，利用回差特性，使电路的上限触发电平为了

15、选出有用信号，利用回差特性，使电路的上限触发电平Vt+等等于规定的鉴幅电压。于规定的鉴幅电压。第二十三页，本课件共有36页一、单稳态触发器特性一、单稳态触发器特性 单稳态触发器单稳态触发器与一般的双稳态触发器及施密特触发器不同与一般的双稳态触发器及施密特触发器不同之处在于：它只有之处在于：它只有一个稳态一个稳态，另外有，另外有一个暂稳态一个暂稳态。所谓所谓暂稳态暂稳态，是一个不能长久保持的状态，在暂稳态期间，电路，是一个不能长久保持的状态，在暂稳态期间，电路中一些电压和电流会随着电容的充电和放电发生变化。而稳态中，电路中一些电压和电流会随着电容的充电和放电发生变化。而稳态中，电路中电流及电压是

16、不变的。中电流及电压是不变的。在单稳态触发器中，没有在单稳态触发器中，没有外加触发外加触发信号的作用，电路始终处于信号的作用，电路始终处于稳稳态态；在外加触发信号的作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一；在外加触发信号的作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间后，又能段时间后，又能自动返回稳态自动返回稳态。单稳态触发器处于暂稳态的时间通常取决于电容充电和放电的单稳态触发器处于暂稳态的时间通常取决于电容充电和放电的时间，与触发脉冲无关，这个时间等于单稳态触发器的输出脉冲的时间，与触发脉冲无关，这个时间等于单稳态触发器的输出脉冲的宽度。宽度。第二十四页，本课件共有36页二、由二、由555定

17、时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器 若以若以555定时器的定时器的vTR端作为触发信号的输入端，并将由端作为触发信号的输入端，并将由TD和和组成的反相器输出电压组成的反相器输出电压vc接至接至vTH端，同时在端，同时在vTH对地接入电容，对地接入电容，则构成了单稳态触发器。则构成了单稳态触发器。0.01F8 41 57625553VCCvIvoCvCR第二十五页，本课件共有36页如果没有触发信号时，如果没有触发信号时，vI处于高电平处于高电平,(1)设设Q=0的状态的状态1、电路的稳态、电路的稳态则则TD导通导通vC 0，故，故vC1=vC2=1，Q=0及及vO=0的状态将稳定地维

18、的状态将稳定地维持不变。持不变。这时这时TD一定截止，一定截止，Vcc便经便经R向向C充电。当充到充电。当充到vC=2/3Vcc时，时，vC1变为变为0，于是将，于是将触发器置触发器置0。同时，。同时，TD导通，导通，电容电容C经经TD迅速放电，使迅速放电，使vc 0。(2)设设=1 的状态的状态此后由于此后由于vC1=vC2=1，锁存器保持，锁存器保持0状态不变，状态不变，输出也相应地稳定在输出也相应地稳定在vo=0的状态。的状态。因此，通电后电路便因此，通电后电路便自动地停在自动地停在vo=0的稳的稳态。态。一定处于一定处于vC1=vC2=1，Q=0，vO=0的状态。的状态。则电路稳态时，

19、则电路稳态时，电路电路接通电源后第二十六页，本课件共有36页 当触发脉冲的下降当触发脉冲的下降沿到达时沿到达时，使，使vI跳变到跳变到1/3 Vcc以下，使以下，使vC2=0(此时此时vC1=1)，触发器，触发器被置被置1，vO跳变为高电跳变为高电平，平，电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。2、电路的暂稳态、电路的暂稳态 与此同时与此同时TD截止，截止，Vcc经经R开始向电容开始向电容C充电。充电。当充电至当充电至vC=2/3Vcc时，时，vC1变成变成0。如果。如果这时输入端的触发脉这时输入端的触发脉冲已消失冲已消失，vI回到了高电平回到了高电平(vC2=1)，则触发器将被置，则触发器将被置0，

20、于是输，于是输出返回出返回vO=0的状态。同时的状态。同时TD处于导通状态，电容处于导通状态，电容C经经TD迅速放电，迅速放电，直至直至vC 0，电路恢复到稳态。，电路恢复到稳态。第二十七页，本课件共有36页在触发信号作用下在触发信号作用下vC和和vO相应的波形相应的波形 如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图中虚线如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图中虚线所示则该脉冲不起作用，电路为所示则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。不可重复触发单稳。第二十八页，本课件共有36页 Tw等于暂稳态的持续时间，持续时间取决于外接电阻等于暂稳态的持续时间，持续时间取决于外接

21、电阻R和电容和电容C的大小。的大小。Tw等于电容电压在充电过程中从等于电容电压在充电过程中从0上升上升2/3Vcc所需要的时所需要的时间：间：通常通常的取值在几百欧姆到几的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，几百皮法到几百微法，Tw的范围的范围为几微秒到几分钟。但必须注意，为几微秒到几分钟。但必须注意，随着随着Tw的宽度增加它的精度和稳的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。定度也将下降。3、输出脉冲的宽度、输出脉冲的宽度Tw第二十九页，本课件共有36页三、单稳态触发器的应用三、单稳态触发器的应用延迟与定时延迟与定时延迟与定时延迟与定时整整

22、整整形形形形第三十页，本课件共有36页一、多谐振荡器特性一、多谐振荡器特性 多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩形波中除基波外，包括了许多高次谐波，因此这类振矩形波中除基波外，包括了许多高次谐波，因此这类振荡器被称作多谐振荡器。荡器被称作多谐振荡器。多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们在作交替变化，输出矩形波脉冲信号，个暂稳态，它们在作交替变化，输出矩形波脉冲信号，因此它又被称作无稳电路。因此它又被称作无稳电路。第三十一页，本课件共有36页二、用施密特触发器构成的多谐

23、振荡器二、用施密特触发器构成的多谐振荡器使输入电压在使输入电压在VT+与与VT-之间不停的往复变之间不停的往复变化，即可得到多谐振荡器。化，即可得到多谐振荡器。将施密特触发器的反相输出端经将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接积分电路接回输入端即可。回输入端即可。第三十二页，本课件共有36页三、由三、由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1、电路形式、电路形式 接接通通VCC后后，VCC经经R1和和R2对对C充充电电。当当vc上上升升到到2VCC/3时时，uo=0，T导导通通，C通通过过R2和和T放放电电，uc下下降降。当当uc下下降降到到VCC/3时时，uo又又由由0变变为

24、为1，T截截止止，VCC又又经经R1和和R2对对C充充电电。如如此此重重复复上上述述过过程程，在在输输出端出端uo产生了连续的矩形脉冲。产生了连续的矩形脉冲。第三十三页，本课件共有36页 两个暂稳态维持时间两个暂稳态维持时间T1和和T2分别可通过分别可通过RC电路过渡过程公式来进电路过渡过程公式来进行计算：行计算：电路的振荡周期：电路的振荡周期：电路的电路的振荡频率：振荡频率：2、特性参数、特性参数占空比：占空比：第三十四页，本课件共有36页占空比：占空比：改进电路为：改进电路为：充电电流只流经充电电流只流经R1，放电电流只流经放电电流只流经R2，充电时间为充电时间为放电时间为放电时间为占空比为：占空比为：振荡周期为：振荡周期为：第三十五页，本课件共有36页模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路 将振荡器将振荡器的输出电压的输出电压uo1，接到振荡器，接到振荡器中中555定时器定时器的复位端（的复位端（4脚），当脚），当uo1为高电平时振荡器为高电平时振荡器振荡，为振荡，为低电平时低电平时555定时器复位，振荡器定时器复位，振荡器停止振荡。停止振荡。四、多谐振荡器的应用四、多谐振荡器的应用第三十六页，本课件共有36页