第十章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形.ppt

1、10.2 555定時(shí)器電路及其功能,10.3 施密特觸發(fā)器,10.1 概述,10.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,10.5 多諧振蕩器,第十章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形,一、基本概念,從廣義上說(shuō)，凡是不具有連續(xù)正弦形狀的信號(hào)都可稱(chēng)為脈沖信號(hào)，如矩形波、三角波、鋸齒波等。,用來(lái)產(chǎn)生、變換、整形脈沖信號(hào)的電路。,數(shù)字系統(tǒng)中除了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路外，還有一種脈沖電路。,10.1 概 述,1、脈沖：,2、脈沖電路：,脈沖電路主要的作用是產(chǎn)生脈沖信號(hào)和進(jìn)行脈沖信號(hào)的變換，本章就是敘述這方面的內(nèi)容。,3、脈沖單元電路的組成有三種形式：,4、脈沖單元電路的主要形式為：,(3) 由專(zhuān)用集成電路及R、L、C器件組成。,(

2、2) 由集成邏輯門(mén)及R、L、C器件組成。（不講）,(1) 由分立元件（三極管、R、L、C器件）組成。(不講）,(3) 多諧振蕩器,(2) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,(1) 施密特觸發(fā)器,二、幾種常見(jiàn)的脈沖波形,主要介紹：,4、多諧振蕩器,3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其應(yīng)用,2、施密特觸發(fā)器及其應(yīng)用,1、555定時(shí)器電路及其功能,三、脈沖波形參數(shù),正弦信號(hào)可以用“三要素”完全描述：,幅度、,脈沖信號(hào)無(wú)法被完全描述，只能用一些參數(shù)近似描述！,周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖之間的 時(shí)間間隔。用頻率f = 1/T表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重 復(fù)的次數(shù)。,脈沖電壓的最大變化幅度。,脈沖周期T：,脈沖幅度Vm：,頻率、,相位,注

3、意：三個(gè)測(cè)量點(diǎn)：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。,從脈沖前沿到達(dá)0.5 Vm起，到脈沖后沿到達(dá)0.5 Vm 為止的一段時(shí)間。,脈沖上升沿從0.1 Vm上升到0.9 Vm所需要 的時(shí)間。,脈沖下降沿從0.9 Vm下降到0.1 Vm所需要 的時(shí)間。,脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q = tW / T。,脈沖寬度tW：,上升時(shí)間tr ：,下降時(shí)間tf ：,占空比q：,0.5Vm,10.2 555定時(shí)器電路及其功能,555定時(shí)器是一種常用的定時(shí)器集成電路芯片。它可以制作出多種多樣的實(shí)用電路。本節(jié)介紹其電路原理、功能及應(yīng)用。,一、電路的組成,555集成電路的輸出級(jí)為推拉式結(jié)構(gòu)， 此外芯片內(nèi)部還有一個(gè)集

4、電極開(kāi)路的放電晶體管TD。,它有兩個(gè)比較器C1和C2，每個(gè)比較器的一個(gè)輸入端接到三個(gè)R電阻組成的分壓器上，輸出分別接SR鎖存器輸入端。,集成555電路的八個(gè)引腳的作用及名稱(chēng)為：,腳1接地端 GND 腳2觸發(fā)器輸入端 TR 腳3輸出端 OUT 腳4復(fù)位端 RD 腳5控制電壓輸入端 VCO 腳6閾值輸入端 TH 腳7放電端 DISC 腳8電源端 Vcc,雙極型：516V，ILmax=200mA,CMOS型：318V，ILmax=4mA,RD=0時(shí)，,0,0,1,二、功能,vo=0，,TD導(dǎo)通。,0,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時(shí)，,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,1

5、,vo=0，,TD飽和導(dǎo)通。,1,0,VCO沒(méi)接電壓源,2VCC/3,VCC/3,1,1,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時(shí)，,不變,1,Q、Q不變，,vo不變，,TD狀態(tài)不變。,不變,不變,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時(shí)，,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,0,Q=0、Q=1，,vo=1，,TD截止。,1,1,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時(shí)，,2VCC/3,VCC/3,0,1,1,0,1,0,1,Q=Q=1，,vo=1，,TD截止。,1,一、施密特觸發(fā)器特性,施密特觸發(fā)器是一種脈沖信號(hào)的整形電路，,1. 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，

6、,10.3 施密特觸發(fā)器,2. 對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閾值電平VT+和VT- ，也就是引起輸出電平突變的輸入電平不同，具有滯后電壓傳輸特性，此特性又稱(chēng)回差（滯回）特性。如圖所示：,它與一般觸發(fā),器一樣，,有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，,但它與前面第幾章介紹的觸,發(fā)器又有如下不同點(diǎn)：,緩慢變化的信號(hào)也可作為,觸發(fā)輸入信號(hào)，,當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一特定的閾值時(shí)，,輸出電平,會(huì)發(fā)生突變，,也就是說(shuō)施密特觸發(fā)器會(huì)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另外,一個(gè)穩(wěn)態(tài)。,施密特觸發(fā)器非門(mén)和與門(mén)的邏輯符號(hào)分別為:,施密特觸發(fā)器非門(mén)特性,施密特觸發(fā)器與門(mén)特性,施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：,把VT+和VT-之差稱(chēng)為回差電壓VT =

7、VT+ - VT-,對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路具有不同的閾值電壓。,反相輸出,同相輸出,二、由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,將555定時(shí)器的TH（6）和TR（2）兩個(gè)輸入端連在一起作為信號(hào)輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。,由于比較器C1和C2的 參考電壓不同，而輸入電 壓相同，因而SR鎖存器的 置0信號(hào)（R0）和置1信 號(hào)（S=0）必然發(fā)生在輸 入信號(hào)vI的不同電平。因 此，輸出電壓vO由高電平 變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶?為高電平所對(duì)應(yīng)的vI值也 不相同，這樣就形成了施 密特觸發(fā)特性。,為了提高比較器參考電壓VR1和VR2的穩(wěn)定性，通常在VCO端 接有0.01 F左右的濾波電容。,(1)

8、 當(dāng)vI VCC/3時(shí)，由于比較器vC1=1、vC2=0，觸發(fā)器 置1，即Q1、 Q0 ，voVOH。,vI升高時(shí)，在未到達(dá)2VCC/3以前，voVOH的狀態(tài)不 會(huì)改變。,0,1,0,1,1,（2）vI 2VCC/3以后，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸 器置0，即Q0、Q 1 ，uo=VOL。,1,0,1,0,0,此后，vI上升到VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以 前，vo0的狀態(tài)不會(huì)改變。,0,1,0,1,1,（3）vIVCC/3時(shí)，比較器C1輸出為1、C2輸出為0，觸發(fā)器 置1，即Q1、 Q 0 ，vo=VOH。,此后，vI繼續(xù)下降到0，但voVOH的狀態(tài)不會(huì)改變。,如果參考

9、電壓由外接的電壓Vco供給，則VT+ = Vco，VT- = 1/2Vco，VT= 1/2Vco。通過(guò)改變Vco值，可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。,回差電壓為 VT = VT+ - VT- = 1/3Vcc,反相輸出,1、用于波形變換,2、用于脈沖整形,3.用于脈沖鑒幅,三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,可以將正弦波、三角波以及各種周期性的不規(guī)則的波形變換成規(guī)范的矩形波。常用作計(jì)數(shù)器的輸入整形電路，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。,利用回差特性可以抑制疊加在輸入信號(hào)上的干擾，使輸出變成理想的矩形波。,為了選出有用信號(hào)，利用回差特性，使電路的上限觸發(fā)電平Vt+等于規(guī)定的鑒幅電壓。,10.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特性

10、,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與一般的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器不同之處在于：它只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，另外有一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。,所謂暫穩(wěn)態(tài)，是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中一些電壓和電流會(huì)隨著電容的充電和放電發(fā)生變化。而穩(wěn)態(tài)中，電路中電流及電壓是不變的。,在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，沒(méi)有外加觸發(fā)信號(hào)的作用，電路始終處于穩(wěn)態(tài)；在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，又能自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間通常取決于電容充電和放電的時(shí)間，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，這個(gè)時(shí)間等于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖的寬度。,二、由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,若以555定時(shí)器的vTR端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，并將由T

11、D和組成的反相器輸出電壓vc接至vTH端，同時(shí)在vTH對(duì)地接入電容，則構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,如果沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，vI處于高電平,(1) 設(shè)Q = 0的狀態(tài),1、電路的穩(wěn)態(tài),則TD導(dǎo)通vC 0，故 vC1=vC2=1 ，Q = 0及 vO= 0的狀態(tài)將穩(wěn)定地維 持不變。,這時(shí)TD一定截止，Vcc便經(jīng)R向C充電。當(dāng)充到vC = 2/3Vcc時(shí)，vC1變?yōu)?，于是將觸發(fā)器置0。同時(shí)，TD導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD迅速放電，使vc 0。,(2) 設(shè) =1 的狀態(tài),此后由于vC1=vC2=1 ，鎖存器保持0狀態(tài)不變，輸出也相應(yīng)地穩(wěn)定在vo = 0的狀態(tài)。,因此，通電后電路便自動(dòng)地停在vo = 0的穩(wěn)態(tài)。,一定處

12、于vC1=vC2=1，Q=0，vO=0的狀態(tài)。,則電路穩(wěn)態(tài)時(shí)，,電路,接通電源后,當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降 沿到達(dá)時(shí)，使vI跳變到 1/3 Vcc以下，使vC2 = 0 (此時(shí)vC1 = 1)，觸發(fā)器 被置1，vO跳變?yōu)楦唠?平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。,2、電路的暫穩(wěn)態(tài),與此同時(shí)TD截止，Vcc經(jīng)R開(kāi)始向電容C充電。,當(dāng)充電至vC = 2/3Vcc時(shí)， vC1變成0。如果這時(shí)輸入端的觸發(fā)脈沖已消失，vI回到了高電平(vC2=1) ，則觸發(fā)器將被置0，于是輸出返回vO= 0的狀態(tài)。同時(shí)TD處于導(dǎo)通狀態(tài)，電容C經(jīng)TD迅速放電，直至vC 0，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。,在觸發(fā)信號(hào)作用下vC和vO相應(yīng)的波形,如果在電路的暫穩(wěn)

13、態(tài)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，加入新的觸發(fā)脈沖，如圖中虛線所示則該脈沖不起作用，電路為不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)。,Tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻R和電容C的大小。Tw等于電容電壓在充電過(guò)程中從0上升2/3Vcc所需要的時(shí)間：,通常的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，Tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，隨著Tw的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度也將下降。,3、輸出脈沖的寬度Tw,三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用,延遲與定時(shí),整形,10.5 多諧振蕩器,一、多諧振蕩器特性,多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器，由于矩形波中除基波外，包括了許多高次諧波，因此這類(lèi)振蕩器被稱(chēng)作多諧振蕩器。,多諧振蕩器一旦振蕩起來(lái)后，電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們?cè)谧鹘惶孀兓?，輸出矩形波脈沖信號(hào)，因此它又被稱(chēng)作無(wú)穩(wěn)電路。,二、用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器,使輸入電壓在VT+與VT-之間不停的往復(fù)變化，即可得到多諧振蕩器。,將施密特觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng)RC積分電路接回輸入端即可。,三、由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器,1、電路形式,接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)vc上升到2VCC/3時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C通過(guò)R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí)，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩