脈沖波形的產(chǎn)生與整型

脈沖波形的產(chǎn)生與整型第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1概述獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：①直接產(chǎn)生(利用多諧振蕩器)；②利用已有信號(hào)整形變換得到。脈沖波形的整形電路：①施密特觸發(fā)器②單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖信號(hào)的定義脈沖信號(hào)是指一種持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流波形。按非正弦規(guī)律變化。2、三角波3.鋸齒波4、微分窄脈沖1、矩形波（方波）

數(shù)字系統(tǒng)中所用的脈沖信號(hào)波形，一般是矩形脈沖。第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月26.1概述矩形脈沖的參數(shù)A0.9A0.5A0.1ATwtrtfT實(shí)際的矩形波脈沖幅度A脈沖上升沿tr

脈沖周期T脈沖下降沿tf

脈沖寬度Tw占空比q理想的方波信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間均為零。第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2施密特觸發(fā)器

1.基本概念施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，能把變化緩慢的波形換成矩形脈沖。施密特觸發(fā)器特點(diǎn)：（1）輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號(hào)）；

（2）輸入采用電平觸發(fā)（輸入為模擬信號(hào)）；（3）對(duì)于正向增加和負(fù)向減小的輸入信號(hào)，電路有不同的閾值電平（）。正向閾值電平反向閾值電平ΔVT＝VT+－VT-

回差電壓：第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.電路符號(hào)與傳輸特性邏輯符號(hào)同相傳輸反相傳輸施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性同相ST傳輸特性反相ST傳輸特性第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3、由CMOS非門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器▲電路結(jié)構(gòu)條件：R1<R2▲工作原理I為三角波假定：（1）當(dāng)vI=0V時(shí)，vO1＝VDD，所以vO＝0V.vI↗時(shí),↗, 只要’

I

<VTH，則保持=0VO(2)當(dāng)=VTH，G1和G2輸出狀態(tài)將翻轉(zhuǎn)υ’I正向閾值電壓（如何求？）第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）當(dāng)時(shí)，電路迅速轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：

?vO=VOH≈VDD迅速?vO1=0在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中將引發(fā)如下正反饋現(xiàn)象：第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）當(dāng)vI小于VT－時(shí)，電路迅速轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：vO1≈VDD，vO≈0V。這時(shí)，電路同樣存在正反饋現(xiàn)象：（6）回差電壓第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.2施密特觸發(fā)器4、施密特觸發(fā)器應(yīng)用1.波形變換vot0VT+VT_第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2.波形整形第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)間多20分鐘14

8.2施密特觸發(fā)器3.鑒幅

第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月oυI第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4、用于構(gòu)成多諧振蕩器

第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器—第22講一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本概念

穩(wěn)態(tài)：能夠長(zhǎng)久保持的狀態(tài)。

暫穩(wěn)態(tài)：不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：（1）它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)；（2）平時(shí)處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)；（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí)間后自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。

(4)暫態(tài)維持時(shí)間由電路參數(shù)決定，與觸發(fā)脈沖無關(guān)。第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第22講二、門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

微分型

(CMOS門，或非，正脈沖觸發(fā))微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由門電路和RC微分電路組成。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的門電路既可以是與非門，也可以由或非門，既可以是CMOS門電路，也可以是TTL門電路。

電路結(jié)構(gòu)

(CMOS門，與非，負(fù)脈沖觸發(fā))第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1、CMOS或非門電路構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）電路結(jié)構(gòu)正脈沖觸發(fā)（2）工作原理分析解決三個(gè)問題：①什么是穩(wěn)態(tài)？②如何在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫態(tài)？③暫穩(wěn)態(tài)如何自動(dòng)地回到穩(wěn)態(tài)？第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）工作原理分析①單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)◆無觸發(fā)脈沖正脈沖觸發(fā)◆=0V為低電平◆電容C無充放電，相當(dāng)于開路vI2=VDD

∴vO1=VDDo=0單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)c=0②當(dāng)輸入端VI加一正脈沖時(shí)，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫態(tài)vO1=0Ｖ由于電容兩端的電壓不能突變c=0vI2=0Ｖo=ＶＤＤ第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月③暫態(tài)自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I2設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓I2I2=VTH迅速使o1=

1o=0如果觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失，即vI已由高電平回到低電平回到穩(wěn)態(tài)電容放電c=0I2=VＤＤVDD經(jīng)過R向電容C充電第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間ＴW就是電容C開始充電至電壓升高到VDD/2所需要的時(shí)間。第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（３）觸發(fā)脈沖對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作得影響第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TTL和CMOS電路均有，應(yīng)用時(shí)，外電路簡(jiǎn)單，少許幾個(gè)元件即可工作，脈沖寬度計(jì)算方便。TTL—74LS121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121簡(jiǎn)化原理圖

當(dāng)出現(xiàn)以下幾種情況時(shí)，控制電路將產(chǎn)生窄脈沖：（1）若A1、A2中至少有一個(gè)接低電平時(shí)，同時(shí)在B端輸入一上升沿；（2）若B端接高電平時(shí)，A1、A2中至少有一個(gè)輸入下降沿。74LS121功能表

第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月74LS121在使用時(shí)，要在芯片10、11引腳之間接電容，根據(jù)輸出脈寬的要求，定時(shí)電阻R可采用外接電阻或芯片內(nèi)部的電阻。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用用于整形將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖整形為規(guī)則的脈沖。第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月用于定時(shí)第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4多諧振蕩器—第23講多諧振蕩器也稱自激振蕩器，是產(chǎn)生矩形脈沖波的典型電路，常用來做脈沖信號(hào)源。

多諧振蕩器沒有輸入端，接通電源便自激振蕩。多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月一、由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器1、最簡(jiǎn)單的環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形振蕩器是利用門電路固有的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接而形成的工作原理若ui1的周期為6tpd，則ui1與uo波形相同。輸出波形的周期為6tpdT=6tpd=2Ntpd(N=3)第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論根據(jù)上述原理，將任何大于、等于3的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連地串接在一起均可構(gòu)成環(huán)形振蕩器，而且振蕩頻率為T=2ntpd其中n為串聯(lián)門的個(gè)數(shù)。這種振蕩器的突出優(yōu)點(diǎn)是電路極為簡(jiǎn)單。但是由于門電路的傳輸延遲時(shí)間極短，TTL電路只有幾十納秒，CMOS電路也不過一、二百納秒，所以難于獲得稍低一些的頻率，而且頻率不易調(diào)節(jié)。為了克服這些缺點(diǎn)，引入了一些改進(jìn)電路。第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、RC環(huán)形多諧振蕩器假定電路初態(tài)：=1vO1=0vOvC=0V電容充電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速使G1導(dǎo)通、G2截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電容充電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)vIvO1vO工作原理vIVDDVTH0ttvOVDD0第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）第二暫穩(wěn)態(tài)電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容放電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速使得G1截止、G2導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)υO(shè)2=0υO(shè)1=1vIvO1vOT＝RC1n4≈1.4RC

第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3、石英晶體多諧振蕩器上面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動(dòng)和RC參數(shù)誤差的影響。在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號(hào)常用作時(shí)鐘信號(hào)來控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號(hào)頻率不穩(wěn)定會(huì)直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。

石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月40其它多諧振蕩器第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月416.5555定時(shí)器—第24講6.5555定時(shí)器第24講

555定時(shí)器是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。它可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。

因IC內(nèi)部含有3個(gè)5k?電阻而得名。

1975年推出：NE555TTLCMOS單雙四555556558755575567558第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月426.5555定時(shí)器1.555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)①組成C1、C2：電壓比較器5k×3：精密電阻G1、G2

：RS觸發(fā)器TD：放電三極管②引腳排列第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月=?=?43

6.5555定時(shí)器

③引腳功能

RD:復(fù)位端(異步)VCO:控制電壓輸入端，VR1VR2?2/3VCC(VCO開路)?VCO?1/3VCC(VCO開路)?1/2VCOTH:閾值端，TH>VR1?VC1=L;TH<VR1?VC1=H;

TR:觸發(fā)端，TR>VR2?VC1=H;TR<VR2?VC1=L;D:放電端，vO=L，TD導(dǎo)通；VCC:4.5~16V第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月THTRvOTD>VR1>VR2<VR1>VR2<VR1<VR2>VR1<VR2L保HH*導(dǎo)通

持

截止 截止

6.5555定時(shí)器

工作原理RD=0:電路復(fù)位(vO=L)H*:電路直接進(jìn)入保持時(shí)，輸出不定。

44第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月vI=~VCC保持vO=H555vOC:穩(wěn)定VCOvI<VCCvO=H456.5555定時(shí)器2.555定時(shí)器應(yīng)用VCORDTHTR DVCC

C0.01vIvO

構(gòu)成施密特觸發(fā)器①電路②原理

1 3 12 3323vIVCC>vO=L1233~vI=VCC保持vO=L13vIVCC<vO=H③傳輸特性VT+=23VCCVT?=13VCC第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月555vO466.5555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DVCORDTHTRVCC0.01

vIvOR觸當(dāng)vC上升到2VCC/3時(shí)，發(fā)器置0，

vO＝0，TD導(dǎo)通，C放電，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。C①電路(負(fù)脈沖觸發(fā))②原理(vI=H)接通電源，VCC通過R對(duì)C充電，vI=

觸發(fā)器置1，vO變?yōu)?，TD截止，電路進(jìn)入暫態(tài)。VCC通過R對(duì)C充電，當(dāng)vC上升到2VCC/3時(shí)，觸發(fā)器置0，TD對(duì)C放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。不可重復(fù)觸發(fā)。第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月476.5555定時(shí)器THTR DVCORDVCC555vO0.01vIvOR③波形④參數(shù)tW=RCln

VCC?0VCC?2VCC/3=RCln3=1.1RCtW

CRC第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路構(gòu)成THTR DVCORDVCC555vORC電路R1R2C施密特觸發(fā)器放電回路 工作原理①接通電源:vC=0，vO=H，TD截止。②VCC經(jīng)R1、2對(duì)C充電:vC<VCC/3:vO=HvC=1/3~2/3VCC:保持vO=HvC=2/3VCC:vO=LTD導(dǎo)通，R2對(duì)C放電。

48第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月555vO6.5555定時(shí)器

VCCVCORDTHTR DR1

R2

C

VCC/3vO

49

③R2對(duì)C放電:vC

=1/3~2/3VCC:保持vO=LvC=1/3VCC:

vO=H

VCC經(jīng)R1、2對(duì)C充電。 波形圖

vC

2VCC/3第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月555vOT11+R2)ClnVCC?VCC/3=(R1+R2)Cln2q==0?2VCC/3T0?VCC/3=R2Cln2T=(R12)Cln2如何使q<或=0.5?506.5555定時(shí)器參數(shù)計(jì)算

VCCVCORDTHTRR1

R2vCvO2VCC/3VCC/3T1T2VCC?2VCC/3

=(RT2=R2Cln+2RT1=

C D

R1+R2R1+2R2

R1+R2

2(R1+R2)?R112>第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5555定時(shí)器改進(jìn)電路—占空比可調(diào)OVCC

VCORDTH555vTR DR1

CR2vO

電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調(diào)節(jié)R1、R2使充、放電時(shí)間常數(shù)改變。

T1=0.7R1C T2=0.7R2C如果R1=R2，占空比＝50%。

51第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月52C1R1uo184736555Ⅰ2510.01μFuo1

6.5555定時(shí)器3.555定時(shí)器應(yīng)用實(shí)例A.模擬聲響電路

VCCR2(a)電路(b)工作波形C2R