脉冲波形的产生和整形 (2).ppt

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1、第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形6.1 概述概述6.2 施密特触发器施密特触发器6.3 单稳态触发器单稳态触发器 6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 555定时器及其应用定时器及其应用 重点掌握各类器件的工作特性及其应用重点掌握各类器件的工作特性及其应用6.1 概述概述一、获取矩型脉冲的途径有两种一、获取矩型脉冲的途径有两种 1.由多谐振荡器产生矩型脉冲。由多谐振荡器产生矩型脉冲。2.由整形电路把已有的频率和幅度均符合要求由整形电路把已有的频率和幅度均符合要求 的波形变换为需要的矩形脉冲。的波形变换为需要的矩形脉冲。二、二、二、二、矩型脉冲的主要参数矩型脉冲的主要参数:理

2、想情况：理想情况：实际情况：实际情况：存在上升时间与下降时间，需用一组参数来描述。存在上升时间与下降时间，需用一组参数来描述。矩型脉冲的主要参数矩型脉冲的主要参数:6.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器(Schmit Trigger)是波形变换中的常是波形变换中的常用电路。用电路。特点特点:1.输出信号状态变化时输出信号状态变化时(由由1到到0、由、由0到到1）所对应的输入电平不同。所对应的输入电平不同。2.输出矩形波边沿很陡峭输出矩形波边沿很陡峭。(电路状态转换电路状态转换 时时,内部存在正反馈工作过程内部存在正反馈工作过程)应用应用:波形变换、脉冲整形、脉冲鉴幅等。波形变

3、换、脉冲整形、脉冲鉴幅等。一、用门电路构成的施密特触发器一、用门电路构成的施密特触发器1.电路图及逻辑符号电路图及逻辑符号同相输出同相输出反相输出反相输出环路构成环路构成了正反馈了正反馈2.工作原理工作原理设设:G1、G2为为CMOS门门 VTH=1/2VDD R1R2(分压电阻分压电阻)当当当当 I I=0=0时时时时,O=VOL 0,I 0.当当当当 I I由由由由0 0升高到升高到升高到升高到 I I=V VTHTH 时时时时,正反馈使正反馈使 O=VOH VDD .I O1 O电压传输特性的转折区具有很强的放大作用电压传输特性的转折区具有很强的放大作用电压传输特性的转折区具有很强的放大

4、作用电压传输特性的转折区具有很强的放大作用存在存在存在存在:VT+称正向阈值电压或上限阈值电压称正向阈值电压或上限阈值电压,为为 I上升到上升到 VTH 时时的的 I值。值。整理后得整理后得整理后得整理后得:计算时等效电路为计算时等效电路为计算时等效电路为计算时等效电路为:VT+I=VTHVOR1R2 O=VOL*当当 I由由VDD下降下降到到 I=VTH 时时,又一个正反馈使又一个正反馈使 O=VOL 0.I O1 O存在存在存在存在:VDD=2 VTHVT-VT-称反向阈值电压或下限阈值电压称反向阈值电压或下限阈值电压,为为 I下降到下降到 VTH 时的时的 I值。值。整理后得整理后得整理

5、后得整理后得:计算时等计算时等计算时等计算时等效电路为效电路为效电路为效电路为:VT-I=VTHVOR1R2 O=VDD VT+VT-定义它们的差定义它们的差为回差电压为回差电压 VT VT=VT+-VT-电路电压传输特性为电路电压传输特性为电路电压传输特性为电路电压传输特性为:V VT+T+V VT-T-V VT T二、二、TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74131.电路图及逻辑符号电路图及逻辑符号2.电压传输特性电压传输特性定型产品的定型产品的VT+、VT-均为固定值，均为固定值，不能调节。不能调节。三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用1.用于用于 波形变换波形变换.2.用于

6、脉冲整形用于脉冲整形.4.构成多谐振荡器构成多谐振荡器.3.用于脉冲鉴幅用于脉冲鉴幅.当当VT+、VT-设置设置得当时能得到满意得当时能得到满意效果。效果。6.3 单稳态触发器单稳态触发器特点特点特点特点:1.具有稳态和暂稳态两种工作状态。具有稳态和暂稳态两种工作状态。2.在触发脉冲作用下在触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态能从稳态翻转到暂稳态,在暂在暂 稳态维持一段时间后能自动返回稳态。稳态维持一段时间后能自动返回稳态。3.暂稳态持续时间的长短取决于电路参数暂稳态持续时间的长短取决于电路参数,与触发与触发 脉冲无关。脉冲无关。分类：分类：分类：分类：单稳态触发器的暂稳态通常是靠单稳态触发器

7、的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电路的充、放 电过程实现的，据电过程实现的，据RC接成微分电路形式还是接成接成微分电路形式还是接成 积分电路形式单稳态触发器分为积分电路形式单稳态触发器分为积分型积分型和和微分型微分型两两 种。种。用应用应用应用应:广泛用于脉冲整形、延时、定时。广泛用于脉冲整形、延时、定时。延时：产生滞后于触发脉冲的输出脉冲。延时：产生滞后于触发脉冲的输出脉冲。定时：产生固定宽度的脉冲信号定时：产生固定宽度的脉冲信号。一、用门电路构成的单稳态触发器一、用门电路构成的单稳态触发器1.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器（1 1）电路结构）电路结构）电路结构）电路结构RC构成积分环

8、节。构成积分环节。R取值较小以保证取值较小以保证 O1为低电平时为低电平时 A 在在VTH以下。以下。（2）工作原理工作原理当当 I=0时时,O=VOH.同时同时 A=O1=VOH。为稳定状态为稳定状态。RC积分积分电路形式电路形式 当输入正脉冲后，当输入正脉冲后，O1 跳变为跳变为 低电平，低电平，C放电，放电，A指数下降，指数下降，在在 A下降到下降到VTH以前相当高电以前相当高电 平，使平，使 O=VOL。进入暂稳态进入暂稳态进入暂稳态进入暂稳态。随着随着C的放电，的放电，A进一步下降，进一步下降，至至 A VTH后，相当低电平后，相当低电平,使使 O=VOH，又回到稳态又回到稳态又回到

9、稳态又回到稳态。工作波形如图示工作波形如图示工作波形如图示工作波形如图示:上升沿触发上升沿触发 输出脉冲宽度输出脉冲宽度输出脉冲宽度输出脉冲宽度T TWW为为为为C C开始放电至开始放电至开始放电至开始放电至 A A下降到下降到下降到下降到V VTHTH所需的时间。所需的时间。所需的时间。所需的时间。恢复时间恢复时间恢复时间恢复时间:由暂稳态进入稳态后由暂稳态进入稳态后 O1跳变为高电平跳变为高电平,该高电平该高电平 使电容使电容C充电至充电至VOH所需时间。所需时间。tre (35)(R+R0)C R0:门门G1输出高电平时输出高电平时 的输出电阻。的输出电阻。分辨时间分辨时间分辨时间分辨时

10、间:触发脉冲宽度触发脉冲宽度TTR与恢复时间与恢复时间tre之和。之和。Td=TTR+tre优点优点优点优点:抗干扰能力较强抗干扰能力较强.缺点缺点缺点缺点:输出波形边沿较差输出波形边沿较差,要求触发脉冲宽度要求触发脉冲宽度TTR大于输出大于输出脉脉 冲宽度冲宽度TW。2.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（1 1）电路结构与工作原理）电路结构与工作原理）电路结构与工作原理）电路结构与工作原理(2)(2)工作波形工作波形工作波形工作波形RC微分微分电路形式电路形式稳态：稳态：稳态：稳态：I=0、d=0、I2=VDD、VO=0 因因 d=0、VO=0，故，故VO1=VDD C上无电压上无电压。

11、触发脉冲加到输入端时：触发脉冲加到输入端时：触发脉冲加到输入端时：触发脉冲加到输入端时：当当 d上升到上升到VTH，正反馈迅速使正反馈迅速使 VO1=0、I2=0、O=VDD，进入暂稳态。进入暂稳态。随着随着C的充电的充电，当当 I2=VTH时又一个正反馈迅速使时又一个正反馈迅速使VO1=1、I2=1 使使VO=0 返回稳态。返回稳态。TW为为 I2从从0上升到上升到VTH所需时间所需时间。上升沿触发上升沿触发VTH暂稳态暂稳态持续时间持续时间二、集成单稳态触发器二、集成单稳态触发器 TTL74121 TTL74121简化原理图简化原理图简化原理图简化原理图:外接外接R、C元件元件上升沿与上升

12、沿与下降沿输入下降沿输入控制电路控制电路输出缓输出缓冲电路冲电路微分单稳态微分单稳态TTL74121功能表功能表:TTL74121TTL74121波形图波形图波形图波形图:具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式。TTL74121应用应用:使用外接电阻使用外接电阻可得到较宽输可得到较宽输出脉冲宽度出脉冲宽度使用内使用内置电阻置电阻（2K左右）左右）目前集成单稳态触发器定型产品有目前集成单稳态触发器定型产品有不可重复触发型不可重复触发型不可重复触发型不可重复触发型和和可重复触发可重复触

13、发可重复触发可重复触发型型型型，有的还设置有复位端可随时终止暂稳态过程。，有的还设置有复位端可随时终止暂稳态过程。6.4 多谐振荡器多谐振荡器矩型波振荡器又称多谐振荡器。矩型波振荡器又称多谐振荡器。矩型波振荡器又称多谐振荡器。矩型波振荡器又称多谐振荡器。特点：特点：无须外加输入触发信号便有矩形脉冲输出。无须外加输入触发信号便有矩形脉冲输出。没有稳态，有两个暂稳态。没有稳态，有两个暂稳态。一、对称式多谐振荡器一、对称式多谐振荡器1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构G1、G2、C1、C2构成正反馈环路。构成正反馈环路。RF1、RF2为为偏置电阻，用以提供偏置电压，保证静态时偏置电阻，用以提供偏

14、置电压，保证静态时G1、G2工作在转折区（放大状态）。工作在转折区（放大状态）。只要只要RF选择选择合适，静态工合适，静态工作点作点P位于位于转折区转折区由于由于P点在转折区，电路的静态是极不稳定的，只要点在转折区，电路的静态是极不稳定的，只要G1、G2的输入电压捎有扰动，就会被正反馈回路放大而引起的输入电压捎有扰动，就会被正反馈回路放大而引起振荡。振荡。2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理当电路上电后，若外界干扰或电源波动使当电路上电后，若外界干扰或电源波动使 I1有微小正跳变，有微小正跳变，则引起正反馈：则引起正反馈：I1 O1 I2 O2使电路迅速使电路迅速使电路迅速使电路迅速进入第

15、一个进入第一个进入第一个进入第一个暂稳态。暂稳态。暂稳态。暂稳态。这时这时C1开始充电、开始充电、C2开始放电，如下图：开始放电，如下图：C1通过通过RF2和和R1两条支路充两条支路充电速度快，电速度快，I2首先升到门首先升到门G2的的VTH，从而引起另一个正从而引起另一个正反馈过程。反馈过程。充电充电放电放电 I2 O2 I1 O1使电路迅速使电路迅速使电路迅速使电路迅速进入第二个进入第二个进入第二个进入第二个暂稳态。暂稳态。暂稳态。暂稳态。这时这时C2开始充电、开始充电、C1开始放电，由于电路对称，其过程和开始放电，由于电路对称，其过程和上述上述C1充电充电C2放电对应，如图示：放电对应，

16、如图示：充电充电放电放电电路不停地在两个电路不停地在两个暂稳态之间进行转暂稳态之间进行转换，循环往复，形换，循环往复，形成振荡，输出矩形成振荡，输出矩形脉冲。脉冲。充、放电充、放电等效电路等效电路充电充电放电放电VIK指指TTL门输入门输入端钳位二极管的端钳位二极管的负钳位电压值负钳位电压值.T1T23.3.各点工作波形各点工作波形各点工作波形各点工作波形电路对称时电路对称时:T1=T2 T=2 T1若选用若选用74LS系列反相器系列反相器,取取:VOH=3.4V VIK=-1V VTH=1.1V C1=C2=C RF1=RF2=RF,且且RFR、VOL 0、VE VOH RE R、VOH=3

17、V、VTH=1.4V可以推导出可以推导出可以推导出可以推导出:T1=RC ln(2 VOH-VTH)/(VOH-VTH)T2 RC ln(2 VOH+VTH)/VTH T 2.2RC（4 4）参数计算参数计算参数计算参数计算四、用施密特触发器构成的多谐振荡器四、用施密特触发器构成的多谐振荡器 （自学自学）五、石英晶体多谐振荡器五、石英晶体多谐振荡器 目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，构的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入

18、石英晶体，构的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，构的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。成石英晶体多谐振荡器。成石英晶体多谐振荡器。成石英晶体多谐振荡器。1.1.特点特点特点特点:(1)1)石英晶体的谐振频率由晶体本身的结晶方向及石英晶体的谐振频率由晶体本身的结晶方向及 外型几何尺寸决定，外型几何尺寸决定，频率稳定性及高频率稳定性及高频率稳定性及高频率稳定性及高。(其频率稳定度其频率稳定度 f0/f0可达可达10-1010-11)(2)2)石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅取决于石英石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅取决于石英 晶体固有的谐振频率，而与外接电路的电

19、路参晶体固有的谐振频率，而与外接电路的电路参 数无关。数无关。.2.2.符号、电抗特性及振荡电路符号、电抗特性及振荡电路符号、电抗特性及振荡电路符号、电抗特性及振荡电路f0:石英晶体的固有谐振频率石英晶体的固有谐振频率频率为频率为f0的电压信号的电压信号最容易通过最容易通过,并在电并在电路中形成正反馈路中形成正反馈,其其它频率信号被衰减它频率信号被衰减,故电路的谐振频率为故电路的谐振频率为f06.5 555定时器及其应用定时器及其应用第第6章章 6.5555555定时器是数字定时器是数字-模拟混合电路，用途十分广泛。模拟混合电路，用途十分广泛。能方便的构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐能方便

20、的构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器。故在波形的产生与变换、测量与控制、家振荡器。故在波形的产生与变换、测量与控制、家电、玩具等诸多领域得到了普遍应用。电、玩具等诸多领域得到了普遍应用。不同厂家产品型号繁多，双极型产品最后数码都是不同厂家产品型号繁多，双极型产品最后数码都是555，CMOS产品最后数码都是产品最后数码都是7555。556（双极型）、双极型）、7556（CMOS）为双定时器。为双定时器。555555定时器电压范围宽，负载电流大。定时器电压范围宽，负载电流大。双极型电压范围：双极型电压范围：5 5 16V16V，最大负载电流：最大负载电流：200mA200mA。CMOSCM

21、OS型电压范围：型电压范围：3 3 18V18V，最大负载电流：最大负载电流：4mA4mA。一、一、555555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能由电阻分压器、比较器、由电阻分压器、比较器、基本基本RS触发器、放电三触发器、放电三极管、输出单元组成。极管、输出单元组成。结构：结构：比较器：比较两输入端比较器：比较两输入端 信号的大小。信号的大小。功能特点功能特点:U-U+时时UO=0 U-2/3 VCC,R=0UTR 1/3 VCC,S=1Q=0,Uo=0,T导通。导通。0110置置 0UR1=2/3 VCCUR2=1/3 VCC参考电压：参考电压：参考电压：参考电压：第第6章章 6

22、.5二、二、555555定时器工作原理定时器工作原理uI1uI2+_+_RSQQ5K 5K 5K RUR1UR28(VCC)4(RD)5(VCO)6(TH)2(TR)71(GND)3(UO)C1C2UR1=2/3 VCCUR2=1/3 VCC UTH 1/3 VCC,S=1 Uo保持保持原状态，原状态，T保持保持原状态。原状态。置置 0第第8章章 8.4第第6章章 6.5uI1uI2+_+_RSQQ5K 5K 5K RUR1UR28(VCC)4(RD)5(VCO)6(TH)2(TR)71(GND)3(UO)C1C2UR1=2/3 VCCUR2=1/3 VCC01UTH 2/3 VCC,R=1U

23、TR 1/3 VCC,S=0Q=1,Uo=1,T截止。截止。10置置 0第第8章章 8.4第第6章章 6.5uI1uI2+_+_RSQQR+VCCuoC1C2RCTuiuc三、三、集成集成555555定时器应用定时器应用1.构成构成单稳态触发器单稳态触发器接入滤波电容接入滤波电容C C0 0 ，为了提高参考电压的为了提高参考电压的稳定性。稳定性。第第8章章 8.45K 5K 5K C0第第6章章 6.5稳态稳态稳态稳态：无触发脉冲时无触发脉冲时u i=1 uO=0 在外加触发信号作用下，在外加触发信号作用下，电路能从稳态翻转到暂电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一定时间后，稳态，经过一定时间后，它

24、会自动返回到稳态。它会自动返回到稳态。0+_+_RSQQR+VCCuoC1C2RCTuiuc1011当当 u C 2/3VCC比较器比较器C C1 1输出低电平，使输出低电平，使 Q=0Q=0，Q=1Q=1三极管三极管T T导通，电容导通，电容C C经经T T迅速放电。迅速放电。u C 2/3VCC比较器比较器C1、C2均输出均输出高电平，仍维持高电平，仍维持Q=0Q=0不不变，变，u uOO=0=0。若若接通电源时接通电源时uO=0,则则T T导通使导通使uc=0,比较器比较器C1、C2均均输出输出1 1，保持保持u uOO=0=0。1第第8章章 8.45K 5K 5K C C0 0第第6章

25、章 6.5稳态：稳态：ui=1若若接通电源时接通电源时uO=1，则则T T截止，截止，V VCCCC经经R R向向C C充电，充电，接通电源后，接通电源后，无触发信号时，电路自动停在无触发信号时，电路自动停在u uOO=0=0状态状态。+_+_RSQQR+VCCuoC1C2RCTuiuctuituc2/3VCCtuoTW暂稳态暂稳态暂稳态暂稳态：u u i i 下沿到达后下沿到达后下沿到达后下沿到达后TW 1.1RC当当u i 1/3VCC，比较器比较器 C C2 2输出输出0 0，比较器比较器 C C1 1仍输出仍输出1 1，使使Q=1Q=1、Q=0Q=0，T T截止，截止，C C被充电。被

26、充电。当当 uC 2/3VCC，比较器比较器 C C1 1输出输出0 0，若，若ui 触发脉冲消失触发脉冲消失，则，则输出返输出返回稳态回稳态 Q=0Q=0、Q=1Q=1，C C放电。放电。5K 5K 5K C C0+_+_RSQQR+VCCuoC1C2R1CTuc101tuctuo11012.构成多谐振荡器构成多谐振荡器R2Vcc2/3Vcc1/3Vcc0_无需外加输入信号，自行产生矩形脉冲信号。无需外加输入信号，自行产生矩形脉冲信号。设初态设初态 u uc c=0=0第第8章章 8.45K 5K 5K C C第第6章章 6.5+_+_RSQQR+VCCuoC1C2R1CTuctuctuoR

27、2Vcc2/3Vcc1/3Vcc_TT1T2T=T1+T2 0.7(R1+2R2)CT1=0.7(R1+R2)C T2=0.7 R2C第第8章章 8.45K 5K 5K C C第第6章章 6.5+_+_RSQQR+VCCuoC2R1CTuc多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例R2_R2光电二极管光电二极管当光电二极管无光照时，呈现高阻，复位端接地，当光电二极管无光照时，呈现高阻，复位端接地，Q=0Q=0。当有光照时，光电二极管呈现低阻，复位端达高电平。当有光照时，光电二极管呈现低阻，复位端达高电平。第第8章章 8.45K 5K 5K C C第第6章章 6.53.构成构成施密特触发器施密特触发器把把 I1和和 I2 接在一起即可。接在一起即可。VT+=2/3VCC ，VT-=1/3VCC I第六章第六章 基本要求基本要求重点掌握：重点掌握：1.施密特触发器、单稳态触发器施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器多谐振荡器 的工作特点及其应用。的工作特点及其应用。2.555定时器构成施密特、单稳态、多谐振荡器定时器构成施密特、单稳态、多谐振荡器 的连接方式的连接方式 ，定性画电路的工作波形。，定性画电路的工作波形。作作 业业二二 六六6.2 6.6 6.9 6.10 6.11 6.25 6.29