第六篇-脈沖波形的產(chǎn)生與整形課件

1、第六章第六章 脈沖波形脈沖波形(b xn)的產(chǎn)生和整形的產(chǎn)生和整形6.1 概述概述6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器6.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用(yngyng)本章小結(jié)本章小結(jié)作業(yè)：一、二、四、作業(yè)：一、二、四、11、19、28第一頁，共五十四頁。6.1 概述概述矩形脈沖波形的產(chǎn)生矩形脈沖波形的產(chǎn)生(chnshng)和整形電路和整形電路產(chǎn)生矩形波：產(chǎn)生矩形波：多諧振蕩器多諧振蕩器整形電路：整形電路：施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成：組成： SSIC構(gòu)成；構(gòu)成； 555定時器構(gòu)成；定時器構(gòu)成； 集成施

2、密特觸發(fā)器；集成施密特觸發(fā)器； 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。矩形脈沖的幾個矩形脈沖的幾個(j )主要參數(shù)：主要參數(shù)：第二頁，共五十四頁。555定時器是一種多用途的數(shù)字定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合繼承電路，可以產(chǎn)生時間延遲及多種脈沖信號的控制模擬混合繼承電路，可以產(chǎn)生時間延遲及多種脈沖信號的控制電路，具有電路，具有(jyu)定時功能。定時功能。 NE555、 CB555、 C7555、雙定時器、雙定時器556一、電路的結(jié)構(gòu)一、電路的結(jié)構(gòu)1、電壓比較器和電阻分壓器、電壓比較器和電阻分壓器集成運放構(gòu)成的電壓比較器集成運放構(gòu)成的電壓比較器C1、C2，V+V-時，則時，則vo=VOH (1

3、)；V+V-時，則時，則vo=VOL (0)。電阻分壓器使電阻分壓器使VR12/3VCC VR21/3VCC第三頁，共五十四頁。2、基本、基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 由與非門由與非門G1、G2構(gòu)成，構(gòu)成，RD為置零輸入端，低電平有效。為置零輸入端，低電平有效。3、晶體管、晶體管TD和輸出和輸出(shch)緩沖緩沖G3、G4 G4有較大的電流驅(qū)動能力，隔離定時器及負載有較大的電流驅(qū)動能力，隔離定時器及負載 TD起開關(guān)作用，當起開關(guān)作用，當vo3 1時，時，TD通；通；vo30時，時，TD止。止。TH：高觸發(fā)端；：高觸發(fā)端；TR：低觸發(fā)端：低觸發(fā)端RD：置零端；：置零端； DISC：開路輸出：開路輸出(

4、shch)VCO：控制電壓輸入端，懸空或通過電：控制電壓輸入端，懸空或通過電容接地容接地CB555VCCDISCTHVCOGNDTROUTTRTRRD第四頁，共五十四頁。二、工作二、工作(gngzu)原理原理即功能表即功能表第五頁，共五十四頁。6.5.2 用用555定時器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器一、電路一、電路(dinl)構(gòu)成構(gòu)成提高提高(t go)參考參考電壓穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定性將定時器的兩個輸入端將定時器的兩個輸入端vI 1 、vI 2連在一起作為連在一起作為信號信號(xnho)輸入端輸入端即構(gòu)成施密特觸發(fā)器即構(gòu)成施密特觸發(fā)器VCCVCCRDvITHTRGND OUTvOCO

5、0.01第六頁，共五十四頁。當當1/3VCC vI 2/3VCC時時保持保持(boch)原態(tài)，原態(tài)，vo =VOH當當vI 2/3VCC時時vo =VOL1、vI從從0逐漸逐漸(zhjin)升高升高:(1)(2)(3)VT+=2/3Vcc二、工作二、工作(gngzu)原理原理第七頁，共五十四頁。當當1/3VCC vI 2/3VCC時時保持保持(boch)原態(tài)，原態(tài)， vo =VOL當當vI 1/3VCC，電容，電容C充電，充電， 當當vC TH=2/3VCC時，時， vO VOL ，TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，vC放電到放電到0。 因為因為TR1/3VCC， TH2/3VCC，所以所以vO保持保持VOL2

6、、加觸發(fā)信號、加觸發(fā)信號vI ，則，則TR1/3VCC ， TH2/3VCC ，所以，所以vO VOL ，TD導(dǎo)通。導(dǎo)通。3、恢復(fù)過程：因為、恢復(fù)過程：因為TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，vC放電放電，經(jīng)恢復(fù)時間后，經(jīng)恢復(fù)時間后， vC 0。 第十一頁，共五十四頁。RCRCVVVRCCCCCCC1 . 13ln320ln三、輸出脈寬三、輸出脈寬根據(jù)過渡根據(jù)過渡(gud)過程三要素法：過程三要素法：輸出脈寬輸出脈寬tCCCCevvvtv)0()()()()()()0()(lnWCCCCwtvvvvRCtR：幾百幾兆歐：幾百幾兆歐C：幾十：幾十pF幾百幾百pF第十二頁，共五十四頁。6.5.4 用用555定時器接成

7、的多諧振蕩器定時器接成的多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源(dinyun)后，不需要外加觸發(fā)后，不需要外加觸發(fā)信號便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。信號便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。VCCVCCRDTHTRGND OUTvOCO0.01DISCR1CR2一、電路一、電路(dinl)的組成的組成第十三頁，共五十四頁。二、工作二、工作(gngzu)原理及波形原理及波形圖圖第十四頁，共五十四頁。2ln)(3231ln)(21211CRRVVVVCRRTCCCCCCCC三、振蕩周期的計算三、振蕩周期的計算(j sun)1、充電時間、充電時間T1：vC(O+)1/3

8、VCCvC()VCC 1（R1+R2)CvC(t1)2/3VCC第十五頁，共五十四頁。%50221211RRRRTTq2ln310320ln222CRVVCRTCCCCCRRCRRTTT)2(7 . 02ln)2(212121Tf12、放電、放電(fng din)時間時間T2：vC(O+)2/3VCCvC()0 2R2CvC(t2)1/3VCC輸出輸出(shch)脈沖占脈沖占空比空比振蕩振蕩(zhndng)頻率頻率振蕩周期振蕩周期第十六頁，共五十四頁。四、占空比可調(diào)的多諧振蕩器四、占空比可調(diào)的多諧振蕩器充電充電(chng din) 1R1C放電放電 2R2C占空比占空比若取若取R1 R2，則，

9、則q502111RRRTTqCRRCRRTTT)(7 . 02ln)(212121則振蕩周期則振蕩周期第十七頁，共五十四頁。第十八頁，共五十四頁。+_+_RSQQR+VCCuoC2R1CTuc多諧振蕩器應(yīng)用多諧振蕩器應(yīng)用(yngyng)舉例舉例R2_R2光電二極管光電二極管當光電二極管無光照時，呈現(xiàn)當光電二極管無光照時，呈現(xiàn)(chngxin)(chngxin)高阻，復(fù)位端接地，高阻，復(fù)位端接地，Q=0Q=0。當有光照時，光電二極管呈現(xiàn)低阻，復(fù)位端達高電平。當有光照時，光電二極管呈現(xiàn)低阻，復(fù)位端達高電平。5K 5K 5K C C第十九頁，共五十四頁。6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器特點：特點：1

10、、具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)、具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換依賴、狀態(tài)轉(zhuǎn)換依賴vI ，狀態(tài)維持也依賴，狀態(tài)維持也依賴vI 3、兩次觸所需的電平不同、兩次觸所需的電平不同(b tn)，有回差，有回差4、內(nèi)部有正反饋，使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。、內(nèi)部有正反饋，使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。6.2.1 用門電路組成用門電路組成(z chn)的施密特觸發(fā)器的施密特觸發(fā)器一、電路一、電路(dinl)組成組成CMOS反相器組成的施密特觸發(fā)器反相器組成的施密特觸發(fā)器R1、R2分壓電阻將分壓電阻將vO反饋到反饋到vI ，且，且R1 R2 ；G1、G2組成正反饋電路，其閾值電壓為組成正反饋電路，其閾值電壓為VTH1/2

11、VDD。圖圖6.2.1(a)第二十頁，共五十四頁。1、vI0時，時， vO VOL 0，vI 02、 vI ， vI ，當，當vI VTH時時 ，發(fā)生，發(fā)生(fshng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換TIIVRRRvRRRv212212THITVRRvRRRV)1 (21221 vO=VOH VDD 此時此時(c sh)的的vI V T+（V T+ 正向閾值電壓）正向閾值電壓）二、工作二、工作(gngzu)原理原理即：即：3、vI 繼續(xù)繼續(xù) ，達到最大值，達到最大值VDD后，開始下后，開始下降，在降，在vI 下降到下降到VTH前，前， vO 保持保持 VOH VDD不變。不變。第二十一頁，共五十四頁。4、 vI ，

12、 vI ，當當vI VTH時時 ，又發(fā)生，又發(fā)生(fshng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換vO=VOL 0此時此時(c sh)的的vI V T（V T 負向閾值電壓）負向閾值電壓）DDIIVRRvRRRv21221IDDIvRRRVRRRv212211因為因為(yn wi)所以所以即：即：DDTHTVRRVRRRV21221THTVRRV)1 (21THDDVV2將將代入上式，得代入上式，得5、vI ，仍保持仍保持vO=VOL ；以后以后vI ，達到，達到VT再發(fā)生轉(zhuǎn)換。再發(fā)生轉(zhuǎn)換。第二十二頁，共五十四頁。TTTVVV三、回差電壓三、回差電壓(diny)施密特觸發(fā)器的電壓傳輸施密特觸發(fā)器的電壓傳輸(chun sh

13、)特性特性圖圖6.2.1(b) 施密特觸發(fā)器的圖形符號施密特觸發(fā)器的圖形符號改變改變R R1 1 、R R2 2的比值，的比值，可以調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)V VT+T+、V VT T、 V VT T 。但但R R1 1 必須小于必須小于R R2 2，否則電路否則電路(dinl)(dinl)進入自鎖狀態(tài)進入自鎖狀態(tài)，不能正常工作。不能正常工作。THTHTHVRRVRRVRR2121212)1 ()1 (同相觸發(fā)器同相觸發(fā)器反相觸發(fā)器反相觸發(fā)器第二十三頁，共五十四頁。第二十四頁，共五十四頁。6.2.2 集成集成(j chn)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器由于由于(yuy)施密特觸發(fā)器的應(yīng)用廣泛施密特觸發(fā)器的應(yīng)用廣

14、泛,TTL、CMOS都有單片集成的產(chǎn)品。都有單片集成的產(chǎn)品。1、TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器7413第二十五頁，共五十四頁。TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器7413參數(shù)參數(shù)(cnsh)如下：如下：第二十六頁，共五十四頁。2、CMOS集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106VT+和和VT受受VDD影響，且分散性較大影響，且分散性較大但有單一但有單一(dny)特性（整形，提高抗干擾性）特性（整形，提高抗干擾性）第二十七頁，共五十四頁。6.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)一、波形一、波形(b xn)變換變換 將邊沿緩慢變化的周期性將邊沿緩慢變化的周期

15、性信號信號(xnho)變換為矩形波。變換為矩形波。（正反饋）（正反饋）第二十八頁，共五十四頁。二、用于脈沖二、用于脈沖(michng)整形整形振蕩振蕩噪聲噪聲1、傳輸線上電容、傳輸線上電容C較大時，邊沿變換較大時，邊沿變換2、傳輸線長且阻抗不匹配，上下沿振蕩、傳輸線長且阻抗不匹配，上下沿振蕩3、其它噪聲、其它噪聲(zoshng)脈沖耦合干擾脈沖耦合干擾基于上述原因，需要整形。基于上述原因，需要整形。圖圖 6.2.9 用施密特觸發(fā)器對脈沖用施密特觸發(fā)器對脈沖(michng)整形整形第二十九頁，共五十四頁。四、構(gòu)成四、構(gòu)成(guchng)多諧振蕩器多諧振蕩器（見（見6.4.4節(jié)）節(jié)）只有只有(zh

16、yu)(zhyu)幅度大于的脈沖幅度大于的脈沖V V T+T+才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號。才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號。三、脈沖三、脈沖(michng)鑒幅鑒幅第三十頁，共五十四頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)：整形、延時、定時整形、延時、定時6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點特點(tdin)：1 1、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。2 2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài) 維持一段時間自動返回穩(wěn)態(tài)。維持一段時間自動返回穩(wěn)態(tài)。3 3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短

17、取決于電路本身的參數(shù)(cnsh)(cnsh)，與觸發(fā)脈，與觸發(fā)脈 沖的寬度和幅度無關(guān)。沖的寬度和幅度無關(guān)。6.3.1 門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（自學(xué)）一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（自學(xué)）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RCRC電路的充、放電過程來維持。電路的充、放電過程來維持。第三十一頁，共五十四頁。二、積分二、積分(jfn)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、電路組成、電路組成R、C為積分環(huán)節(jié)為積分環(huán)節(jié)(hunji)，R tpo ，圖圖 6.3.5 積分積分(jfn)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2、工作原理、工作原理（1）電路的穩(wěn)態(tài)

18、）電路的穩(wěn)態(tài)vI未加入前未加入前vI =0，vO1 =1、vO =1， vA VOH (1)。第三十二頁，共五十四頁。vI輸入正脈沖，輸入正脈沖，vO1跳變?yōu)榈碗娖?，跳變?yōu)榈碗娖?，但但vA不突變，仍為高電平，不突變，仍為高電平，所以所以vO為低電平，為低電平，暫穩(wěn)態(tài)開始暫穩(wěn)態(tài)開始(kish)(kish)；電容開始放電，電容開始放電，門門G G2 2輸入端關(guān)閉，輸入端關(guān)閉，i R1R10 0，C C放電通路如圖。放電通路如圖。 (R+R(R+R0 0)C,)C,當當vAVTH時，時，門門G G2 2關(guān)閉，關(guān)閉，輸出變高，輸出變高，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。由于由于tpitpotpitpo，所以，所

19、以vI仍為高，仍為高，vO1仍為低，仍為低，vA繼續(xù)放電，繼續(xù)放電，但多了但多了V VCCCC、R R1 1、C C一路。一路。 （2）電路）電路(dinl)的暫穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)態(tài)第三十三頁，共五十四頁。（3）恢復(fù)過程）恢復(fù)過程當當vI由低變高時，對由低變高時，對G G2 2無影響；無影響；而而vO1由低變高時，對電容由低變高時，對電容C C充電充電(chng din)(chng din)，等效電路如圖。，等效電路如圖。 (R+R(R+R0 0)C)C恢復(fù)時間：恢復(fù)時間：CRRTre)(53(第三十四頁，共五十四頁。CRRVvVvOLCOHc)()()0(0reTRdTTT3、主要、主要(zhyo)

20、技術(shù)指標技術(shù)指標（1）輸出脈寬：利用過渡過程三要素法計算）輸出脈寬：利用過渡過程三要素法計算)(2 . 1ln)(0CRRVVVVCRRtTHOLOHOLOw（2）輸出）輸出(shch)幅度幅度：OLOHomVVV（3）分辨時間：）分辨時間：三要素：三要素：第三十五頁，共五十四頁。4、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)（1）整形）整形（2）延時）延時（3）定時）定時第三十六頁，共五十四頁。6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121，微分，微分(wi fn)型單穩(wěn)，型單穩(wěn)，3個觸發(fā)端個觸發(fā)端輸出輸出(shch)脈脈寬：寬：Re

21、xt：2k30kCext：10pF10F則則tW：20ns200ms第三十七頁，共五十四頁。74121工作工作(gngzu)波波形圖形圖74121功能表功能表第三十八頁，共五十四頁。6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器6.4.1 對稱對稱(duchn)式多諧振蕩器式多諧振蕩器一、電路組成：一、電路組成：由兩個由兩個TTL反相器反相器G1、G2將耦合電容將耦合電容C1、C2連接起來組成連接起來組成正反饋電路。正反饋電路。接通電源接通電源(dinyun)(dinyun)后，不需外加出發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖。由于含豐富的后，不需外加出發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖。由于含豐富的高次諧波分量，又將矩形波振

22、蕩器稱為多諧高次諧波分量，又將矩形波振蕩器稱為多諧 振蕩器。振蕩器。為了產(chǎn)生自激振蕩，為了產(chǎn)生自激振蕩，RF的選擇應(yīng)使的選擇應(yīng)使G1、G2工作工作(gngzu)在電壓傳輸特在電壓傳輸特性的性的轉(zhuǎn)折區(qū)。轉(zhuǎn)折區(qū)。第三十九頁，共五十四頁。利用利用(lyng)疊加原理，可求出輸入電壓為：疊加原理，可求出輸入電壓為：vO與與vI是線性關(guān)系，因為是線性關(guān)系，因為(yn wi)：OFIvRRRv211所以所以(suy)其斜率其斜率為：為：當當vO 0時，時，對于對于74系列，系列，RF：0.5k1.9k。第四十頁，共五十四頁。二、工作原理二、工作原理接通電源后，接通電源后，由于外界由于外界(wiji)干擾使

23、干擾使vI1 ，則，則正反饋正反饋第一暫穩(wěn)態(tài)：第一暫穩(wěn)態(tài)： vO1 0， vO2 1則則C1充電，兩路，快充電，兩路，快C2放電放電(fng din)，一路，慢，一路，慢當當vI2上升到上升到G2的閾值電壓的閾值電壓VT時，引起正反饋時，引起正反饋。第四十一頁，共五十四頁。二、工作二、工作(gngzu)原理原理正反饋正反饋由于正反饋，由于正反饋，使使G1止，止， G2通，通，進入第二暫穩(wěn)態(tài)：進入第二暫穩(wěn)態(tài)： vO1 1， vO2 0則則C2充電，兩路，快充電，兩路，快 C1放電，一路放電，一路(yl)，慢，慢當當C2充電到充電到G1的閾值電壓的閾值電壓VT時時，引起正反饋，使，引起正反饋，使G1通，通， G2止，止，又回到第一暫穩(wěn)態(tài)：又回到第一暫穩(wěn)態(tài)：vO1 0， vO2 1以后周而復(fù)始，形成振蕩。以后周而復(fù)始，形成振蕩。第四十二頁，共五十四頁。三、波形圖及振蕩周期的計算三、波形圖及振蕩周期的計算根據(jù)根據(jù)(gnj)過渡過程三要素公式計算過渡過程三要素公式計算，得到：，得到：振蕩周期為：振蕩周期為：若若RF1=RF2，C1=C2對于對于(duy)74LS系列系列取取VOH3.4V，VIK1V，VTH1.1V