数字电子技术：第7章 脉冲波形的产生与整形

1、第7章 脉冲波形的产生与整形,1,第7章 脉冲波形的产生与整形,本章课时：4学时,2,作业,7-2 题的1，2，3 7-3题的1，2 7-5 7-8题的1,第7章 脉冲波形的产生与整形,3,目 录,7.1 概述 7.2 矩形脉冲的产生 7.3 集成555定时器 7.4 应用电路实例 7.5 脉冲产生与整形电路的系统应用,第7章 脉冲波形的产生与整形,4,矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个数字系统的工作。 理想的时钟信号 标准的矩形波，上升和下降时间为0,7.1 概 述,5,实际的时钟信号 存在上升时间和下降时间,周期,脉宽,上升时间,下降时间,脉冲幅度,占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值,第

2、7章 脉冲波形的产生与整形,6,7.2 矩形脉冲的产生,方法一：通过矩形波振荡电路产生（无输入信号） 方法二：通过波形变换产生（需外加输入信号,第7章 脉冲波形的产生与整形,7,7.3 集成555定时器,集成555定时器是一种将模拟和数字电路结合的、多用途的单片集成电路，如在其外部配上少许阻容元件，便能构成多种用途的振荡、整形及定时等多种应用电路。 555定时器由电阻分压器、两个比较器、RS锁存器、开关三极管和输出缓冲器五个基本单元组成,第7章 脉冲波形的产生与整形,8,组成： 电阻分压器 比较器 RS锁存器 开关三极管 输出缓冲器,第7章 脉冲波形的产生与整形,9,7.3.1 555定时器的

3、电路结构,电阻分压器 无外加电压VCO时， 外加电压VCO时,第7章 脉冲波形的产生与整形,10,电压比较器 C1、C2为集成运算放大器,7.3.1 555定时器的电路结构,第7章 脉冲波形的产生与整形,11,集成运算放大器,集成运算放大器为多用于模拟信号运算（如比例、求和、积分、乘除等）的集成放大电路，简称为集成运放。 集成运放的逻辑符号、简化的集成运放低频等效电路及其电压传输特性,第7章 脉冲波形的产生与整形,12,理想集成运放存在“虚断”的特点,理想集成运放的主要参数为：1）开环增益为无穷大，Aod=；2）输入电阻无穷大，Rid=；3）输出电阻为零，Ro=0,第7章 脉冲波形的产生与整形

4、,13,开环时，集成运放作为电压比较器使用。 当V+V-时，输出为+VOM 当V+V-时，输出为-VOM,第7章 脉冲波形的产生与整形,14,7.3.1 555定时器的电路结构,电压比较器C1、C2 将两个触发端与VR1、 VR2的比较结果作为锁存器的输入,第7章 脉冲波形的产生与整形,15,SR锁存器 由电压比较器的输出vO1、vO2作为其触发信号R、S，决定了触发器输出端 Q 的状态,第7章 脉冲波形的产生与整形,16,开关三极管 用来构成放电开关，当Q = 1时， G3 输出为低电平， V 截止；当 Q = 0 时， G3 输出为高电平，V导通,输出缓冲器G4,第7章 脉冲波形的产生与整

5、形,17,7.3.2 工作原理,两个触发端加不同的信号与VR1、 VR2比较，使比较器的输出控制RS锁存器，使其分别工作在置0、置1和保持状态。如VCO悬空，功能表为,第7章 脉冲波形的产生与整形,18,1,0,0,1,0,第7章 脉冲波形的产生与整形,19,1,1,第7章 脉冲波形的产生与整形,20,0,1,0,1,第7章 脉冲波形的产生与整形,21,低触发端,高触发端,控制电压,开关三极管,输出端,复位端,第7章 脉冲波形的产生与整形,22,7.4 应用电路实例,1、概述 施密特触发器是脉冲变换电路。其特点： 有两个稳定状态，状态的维持和转换均与输入电压有关，且有两个阈值电压：VT+ 和V

6、T-，且VT+ VT-。其传输特性具有滞回特性。 输出波形边沿陡峭，具有整形功能,7.4.1 施密特触发器,第7章 脉冲波形的产生与整形,23,2、用555定时器构成施密特触发器,将两个触发端连接作为输入,第7章 脉冲波形的产生与整形,24,工作原理,当vi V R2 时， 输出vO 为高电平， vi 上升到VR1和 VR2 之间时，输出vO仍保持高电平，直到vi VR1后， vO才降为低电平。 vi 上升到最大值后开始下降，当vi 下降到VR1和 VR2 之间时， 输出vO仍保持低电平，直到vi VR2后，vO 又恢复为高电平,第7章 脉冲波形的产生与整形,25,电压传输特性曲线（输出电压与

7、输入电压之间的关系曲线,第7章 脉冲波形的产生与整形,26,V R1 和VR2分别为上、下阈值电压，两电压之差为回差电压,第7章 脉冲波形的产生与整形,27,3. 施密特触发器的应用,1）波形变换,输入图示正弦波 555无外加控制电压，电源电压为15V. 其上升到上阈值（10V）时输出下降；输入下降到下阈值（5V）时输出上升,将正弦波变换为矩形波,第7章 脉冲波形的产生与整形,28,2) 整形,输入矩形波有波形畸变，通过施密特触发器整形，只要畸变部分不超过阈值电压，就可以得到比较理想的矩形波,波形畸变,第7章 脉冲波形的产生与整形,29,3、鉴幅,将高于10V（VT+）的脉冲选出，其他脉冲去掉

8、，称为鉴幅功能,补充：由门电路组成施密特触发器,R1、R2分压电阻将vO反馈到vI ，且R1 R2 ； G1、G2组成正反馈电路，其阈值电压为VTH1/2VDD,第7章 脉冲波形的产生与整形,30,第7章 脉冲波形的产生与整形,31,同相触发器,反相触发器,补充：集成施密特触发器,CMOS集成施密特触发器CC40106,第7章 脉冲波形的产生与整形,32,第7章 脉冲波形的产生与整形,33,7.4.2 单稳态触发器,1、概述 单稳态电路有一个稳态， 在外加触发脉冲的作用下，电路进入暂稳态，经过（tW）时间后， 能自动返回稳态。其中暂稳态维持的时间仅取决于电路本身元件的参数，与触发脉冲的宽度无关

9、。通过触发脉冲产生矩形波,第7章 脉冲波形的产生与整形,34,第7章 脉冲波形的产生与整形,35,2、用555定时器构成单稳态触发器,第7章 脉冲波形的产生与整形,36,工作原理,负触发脉冲到来前，低触发端处于高电平，输出状态保持低电平（稳态）。 当加入触发负脉冲后，电路的输出vO由低电平跳变为高电平，三极管V截止，VCC通过R 向C 充电。vC 按指数规律增加，电路处于暂稳态。 vC充电到VR1时， 三极管导通，C放电，vo返回低电平,第7章 脉冲波形的产生与整形,37,工作波形,第7章 脉冲波形的产生与整形,38,脉冲宽度的计算,脉冲宽度（tW）为电容充电时从0到上阈值所需的时间，如果上限

10、阈值为2VCC/3，计算如下（利用一阶电路过渡过程公式,两点要求： 触发负脉冲宽度要小于tW. 相邻两次触发脉冲的时间间隔应大于tW + trs。 单稳态触发器常用于脉冲整形、延时和定时等,第7章 脉冲波形的产生与整形,39,第7章 脉冲波形的产生与整形,40,3、集成单稳态触发器及应用,74121 TTL集成单稳态触发器，其中，A1、A2和B为触发脉冲输入端，可以选择上升沿触发或下降沿触发，为输出。外接Rext、Cext 充、放电元件，也可选用内部电阻（2K左右）。 输出脉冲的宽度为,第7章 脉冲波形的产生与整形,41,输出,输入,使用内部R,使用外接R、C,第7章 脉冲波形的产生与整形,4

11、2,集成单稳态触发器74121的功能表,补充：门电路组成的单稳态触发器,用分离元件构成的单稳态触发器一般包括微分型和积分型两大类，积分型电路如图所示,第7章 脉冲波形的产生与整形,43,第7章 脉冲波形的产生与整形,44,7.4.3 多谐振荡器,1、概述 多谐振荡器有两个暂稳态，不需要外加输出（或触发）信号，就能在两个暂稳态之间连续交替转换，产生矩形脉冲信号,第7章 脉冲波形的产生与整形,45,2、用555定时器构成多谐振荡器,第7章 脉冲波形的产生与整形,46,t,vc,t,vo,Vcc,2/3Vcc,1/3Vcc,第7章 脉冲波形的产生与整形,47,t,vc,t,vo,Vcc,2/3Vcc

12、,1/3Vcc,T,T1,T2,第7章 脉冲波形的产生与整形,48,2、用555定时器构成多谐振荡器,特点：将高、低触发端连接（施密特触发器）再外接R、C,第7章 脉冲波形的产生与整形,49,3、工作原理,无稳定状态，电源接通时输出应为随机状态。 输出高电平时，内部三极管截止，电源通过R1、R2向C 充电。vC指数规律增加。当vCVR1时，输出为低电平，三极管截止。 C通过R2放电， vC指数规律下降。当vCVR2时，输出再次为高电平 形成矩形波,第7章 脉冲波形的产生与整形,50,4、工作波形,第7章 脉冲波形的产生与整形,51,5、参数计算,T1 vC从VR2到VR1的充电时间 充 =（

13、R1 + R2）C、 vC（0）=VR1、 vC（）=VCC 如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，则,第7章 脉冲波形的产生与整形,52,T2 vC从VR1到VR2的放电时间 放 = R2C、vC（0）=VR2、 vC（）= 0 如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，则,第7章 脉冲波形的产生与整形,53,频率与占空比,输出脉冲的周期、频率,输出脉冲的占空比,占空比不小于1/2,第7章 脉冲波形的产生与整形,54,6、占空比可调的多谐振荡器,第7章 脉冲波形的产生与整形,55,利用RP调节R1和R2的比值，可以达到调节占空比的作用,充电回路为：VCCR1VD1C地（三极管

14、截止） 放电回路为：CVD2R2V（三极管导通）地,因为： 充 = R1C 放 = R2C 所以：T1 = R1Cln2、T2 = R2Cln2。 T = T1 + T2 =（R1 + R2）C ln2,第7章 脉冲波形的产生与整形,56,3、石英晶体振荡器构成的多谐振荡器,1）石英晶体的的特点： 当外加信号的频率 f 等于石英晶体的固有频率f0时， 其等效阻抗最小且为纯电阻，信号最容易通过。利用石英晶体的这个特点，将其接入多谐振荡器中，使多谐振荡器的振荡频率仅由石英晶体的固有频率f 0决定,第7章 脉冲波形的产生与整形,57,2）TTL非门与石英晶体构成的多谐振荡器,非门与电容构成正反馈,第7章 脉冲波形的产生与整形,58,3）改进 可控石英晶体振荡器,S断开时工作，输出频率为f0的矩形波信号；S闭合时G1被封锁，振荡停止,补充：用门电路构成的多谐振荡器,用门电路构成的多谐振荡器有对称式、非对称式、环形等。 环形及带延迟的环形振荡电路如图所示,第7章 脉冲波形的产生与整形,59,第7章 脉冲波形的产生与整形,60,7.5 脉冲产生与整形电路的系统应用,利用石英晶体振荡器产生32768Hz稳定的矩形波信号，通过分频电路（CC4046）和D触发器，得到1Hz（秒脉冲）时钟脉