【大学课件】脉冲产生与整形电路PPT

1、内容简介内容简介 1.1.概述概述 2.2.单稳态触发器单稳态触发器 3.3.施密特触发器施密特触发器 4.4.多谐振荡器多谐振荡器 定时器及其应用定时器及其应用 重点内容重点内容 1.1.多谐振荡器多谐振荡器 定时器工作原理定时器工作原理 第七章第七章脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 教学目标教学目标: : 理解掌握理解掌握单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理，单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理， 及及555555定时器的工作原理及使用方法。定时器的工作原理及使用方法。 第七章第七章脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 学时安排：学时安排：6 6 学时学时 课后

2、作业课后作业: : 、 第七章第七章脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 7.1 概述概述 1. 脉冲信号: 脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形，如下 图。 图a是方波，图b是矩形波，图c是尖顶脉冲， 图d是锯齿波，图e是钟形脉冲。它们都可以通称 为“脉冲信号。 脉冲波形的不同形状脉冲波形的不同形状 7.1 概述概述 2. 在数字电路中，要控制和协调整个系统的工作，常常需要时钟 脉冲CP信号，获得这种矩形脉冲的方法：一是利用多谐 振荡器直接产生，二是通过整形电路变换得到。多谐振荡器可 通过门电路、石英晶体或集成555定时器三种方式构成。整形 电路可分为施密特触发器或单稳态触发器，它们

3、可以使脉冲的 边沿变得陡峭，形成满足要求的矩形脉冲，脉冲波形的特性主 要用图中所示的参数来描述。 描述矩形脉冲的主要参数描述矩形脉冲的主要参数 单稳态触发器 单稳态触发器也有两个状态：一个是稳定状态，另一个 是暂稳状态。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定状 态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定状态变为暂稳定 状态，暂稳状态在保持一定时间后，能够自动返回到稳定状态。 单稳态触发器 1、电路组成 如以下图所示。门G1的输出经微分电路RC接到门G2的 输入端，门G2的输出直接耦合到G1的输入端。电路处于稳态 时，ui为高电平，u01为低电平，为了使u02可靠为高电平， 对于TTL芯片74L

4、S00应选择RROFF，一般取R。但对于 CC4011的MOS门输入阻抗高，外接电阻R的大小不会影响其 稳态，那么不受ROFF限制。 单稳态触发器 微分型单稳态触发器 (b) 单稳态触发器 2、工作过程 电源接通后，在没有外来触发脉冲时uI为高电平电 路处于稳定状态：uO1= UOL，uO=UOH。为此，必须保证 RdRON开门电阻，RROFF(关门电阻)。根据稳态时的 局部电路图所示的等效电路， 非门G2的输入 为了讨论方便，假定uI2 = UOL， 那么此时电容C上没 有电压。 )( 1 12BECC UU RR R U 单稳态触发器 UOL C R uI2 V 2 V 1 R1 G 2

5、UCC 稳态时的局部电路 单稳态触发器 二、集成单稳态触发器 集成单稳态触发器分为可重触发型和不可重复触发型两 种。不可重触发单稳态触发器，是指在暂稳定时间tw之内， 假设有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何反响，如图b 所示。可重触发单稳态触发器，是指在暂稳定时间tw之内 ，假设有新的触发脉冲输入，可被新的触发脉冲重新触发，如 图c所示。 图图(a)触发信号触发信号ui；(b)不可重触发输出波形；不可重触发输出波形； (c)可重触发输出波形可重触发输出波形 ui ui (a)(a) (b)(b) (c)(c) 单稳态触发器 集成单稳态触发器 CC4528B的引脚图如下图。 图图(b) CC4

6、528B引脚图引脚图 CC4528B 单稳态触发器 集成单稳态触发器 常用的TTL集成单稳态触发器，有不可重触发单稳态触发 器54LS121/74LS121，54LS221/74LS221，可重触发单稳态触 发器54LS123/74LS123，54LS122/74LS122等。 54LS121/74LS121的逻辑符号如图 所示。 (b) 逻辑符号逻辑符号 单稳态触发器 三、单稳态触发器应用举例 应用1. 脉冲整形。 脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某 些干扰，这时可利用单稳态触发器进行整形。将这些受到干扰 的脉冲信号ui加到单稳态触发器的输入端，输出端便可得到符 合要求的矩形脉

7、冲u0。如下图。 图 (a)(b) 脉冲整形电路 74HCHC121 施密特触发器 施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种 电路，利用它可以将正弦波、三角波以及其它一些周期 性的脉冲波形变换成边沿陡峭的矩形波。另外，它还可 以用作脉冲鉴幅器、比较器。 施密特触发器是一种受输入信号电平直接控制的双 稳态触发器。它有两个稳定状态，在外加信号的作用下， 只要输入信号变化到某一电平时，电路就从一个稳定状 态转换到另一个稳定状态， 而且稳定状态的保持也与 输入信号的电平密切相关。以下图是这种电路的工作波 形。 施密特触发器 t t0 uI uO 0 UOL UOH UT UT 施密特触发器 一、用门

8、电路组成的施密特触发器 以下图所示电路是由TTL门电路构成的施密特触发 器。 图中， V为电压偏移二极管，R1、R2为分压电阻， 电路的输出通过电阻R2进行正反响。下面我们来分析 电路的工作原理。 & uI1 uO1 1 uO R2 VR1 uI G 2 G 1 uO 施密特触发器 假设在接通电源后，电路输入为低电平uI=UOL， 那么电路处于如下状态：uO1=UOH，uO=UOL。如果 不考虑G1门的输入电流，uI1的电压为： 21 2 21 1 21 2 21 2 11 )()( )( RR RUu RR RU RR RUu U RR RUUu u DIOLDI OL OLDI 施密特触发

9、器 其中，UD为二极管的导通压降。当uI上升到门电 路的阈值电压UTH时，由于uI1的电压还低于UTH，电路 仍然保持这个状态不变； 随着uI的继续升高，当uI1也 上升到UTH时，电路将产生如下正反响过程： uIuI1uO1uO 施密特触发器 结果使电路的状态迅速翻转为：uO1=UOL， uO=UOH，这是电路的另一个稳定状态。那么这一时 刻的输入电压uI就是电路的正向阈值电压UT+，将 uI=UT+，uI1=UTH带入式9-21可得： 当uI从UT+再升高时，电路的状态不会发生改变。 THDT URRUU)/1 ( 21 施密特触发器 当uI从高电平下降时，只要下降到uI=UTH，由于 电

10、路中的正反响作用，电路状态立刻发生翻转，回到初 始的稳定状态。可见，电路的负向阈值电压UT-=UTH。 所以该电路的回差电压为: 因此，通过改变电阻R1和R2的比值，可以调整回 差电压。 THDTTT U R R UUUU 2 1 施密特触发器 二、集成施密特触发器 由于性能稳定，所以在数字系统中集成施密特触 发器被广泛采用。目前，各厂家已经生产出多种单片集 成的施密特触发器产品。 74LS132是一种典型的集成施密特触发器， 其内 部逻辑图和引脚排列如图9-25a所示。 74LS132内 部包括四个相互独立的两输入施密特触发器，每一个触 发器都是以根本的施密特触发电路为根底，在输入端增 加了

11、与的功能， 在输出端增加反向器，所以我们将其 称为施密特触发的与非门， 其逻辑符号如图b所示 施密特触发器 (b) & Y A B (a) 1234567 A 1 B1Y1A 2 B2Y2GND & & 141312111098 & & UCCA 4 B4Y4A 3 B3Y3 集成施密特触发器74LS132 74LS132的引脚排列和内部逻辑图 (a) (b) 施密特触发与非门的逻辑符号 施密特触发器 74LS132的输出信号Y与输入信号中 A、B只要有 一个低于施密特触发器的负向阈值电平，输出Y就是高 电平；只有当A、 B同时高于正向阈值电平时，输出Y 才为低电平。在使用+5 V电源的条件下

12、，集成施密特 触发器74LS132的正向阈值电平2.0 V，负向阈值电 平1.1 V，回差电压UT的典型值为0.8 V。 施密特触发器 三、施密特触发器的应用 1 波形变换 利用施密特触发器在状态转换过程中的正反响作用， 可以将边沿变化缓慢的周期性信号如正弦波、 三角 波等变换成边沿陡峭的矩形脉冲。在图中，施密特触 发器的输入是一个直流分量和正弦分量相叠加的信号， 只要输入信号的幅度大于施密特触发器的正向阈值电压 UT+，在触发器的输出端就可得到相同频率的矩形波。 施密特触发器 t0 uO t0 uI 1 uOuI UT UT 施密特触发器 2 脉冲整形 矩形波经过传输后波形往往会发生畸变，

13、其中比较 常见的有图所示的三种情况： a矩形波的边沿变缓； b在矩形波的边沿处产生振荡； c矩形波被叠加上干扰。无论哪一种情况，只要 设置好适宜的UT+和UT-，均能获得满意的整形效果。 1 uOuI 0 uO t t0 uI UT UT (a) 1 uOuI 0 uO t 0 uI (b) t UT UT 施密特触发器 0 uO t 0 uI (c) t UT UT 1 uOuI 3 脉冲幅度鉴别 利用施密特触发器的输出取决于输入幅度的特点，可以将 其用作脉冲幅度鉴别电路。如下图，在施密特触发器的输入端 输入一系列幅度不等的矩形脉冲，根据施密特触发器的特点， 对应于那些幅度大于UT+的脉冲，

14、电路有脉冲输出；而对于幅 度小于UT+的脉冲，电路那么没有脉冲输出，从而到达幅度鉴 别的目的。 施密特触发器 1 uOuI t UT 0 uI t 0 uO 多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后， 不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于输 出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为多谐振荡器， 又称方波发生器。 一、对称多谐振荡器 1.由CMOS六反相器CC4009UB构成的多谐振荡器，如 下图。图中两个反相器之间经C1和C2耦合形成正反响 回路。合理选择RF1和RF2使G1、G2工作在传输特性 的转折区，这时，G1和G2都工作在放大区。由于G1、 G2的外电路对称，因此，

15、又称其为电容反响式对称多 谐振荡器。 电容反馈式对称多谐振荡器电容反馈式对称多谐振荡器 多谐振荡器 2.工作过程电路的工作波形如下图。 电容反馈式对称多谐振荡器的工作波形 多谐振荡器 3.振荡周期的计算： 取RF1=RF2=RF，C1=C2=C， ， ，那么： T=2tw1.4RFC 二、环形振荡器 由三个非门构成的环形振荡器(即方波发生器)如下图。 (a)(b) 环形振荡器及其工作波形 (a) (b) 多谐振荡器 三、石英晶体多谐振荡器 石英晶体的等效电路、电路符号、阻抗频率特性 分别如图(a)(b)(c)所示。 (a) 石英晶体等效电路 (b) 石英晶体电路符号 (c) 石英晶体的频率特性

16、 555定时器及其应用 一、555定时器的电路结构与功能: 尽管555定时器产品的型号繁多， 但它们的电路 结构、功能及外部引脚排列都是根本相同的。在Philips 公司生产的555定时器的结构图中， 它主要由三个阻值 为5 k的电阻组成的分压器、 两个高精度的电压比较 器C1和C2、根本RS触发器以及一个作为放电通路的晶 体三极管V组成。为了提高电路的驱动能力， 在输出级 又增加了一个非门G。 在结构图中，引脚旁的数字为8 引脚封装的555定时器产品的引脚编号。 555定时器及其应用 1 G (3) uO C1 5 k UR1 (5) (6) 控制电压u IC 阈值输入u I1 5 k (8

17、) UCC电源 R C2 UR2 (2) 触发输入u I2S 5 k (1) (7) O u 放电端 & RD复位 (4) & Q Q & V 555定时器及其应用 二、555时基集成电路的分类 555时基集成电路按内部元件分类，可分为TTL型555电 源电压为4.5V5V和CMOS型555电源电压为 2V18V两大类，按芯片内包含的定时器的个数可分 为单时基定时器555和双时基定时器556两种类型。按 封装分类又可分为8脚T099型，8脚双列直插型和14脚 双列直插型三种. 8脚TO99型 8脚双列直插型 556双进基电路的封装 555定时器及其应用 三. 555时基集成电路的功能 无论是日

18、立公司产的HA17555日本，莫托罗拉美 国公司产的MCI555，还是上海无线电十四厂产的 CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。 555时基集成芯片功能表 555定时器及其应用 定时器555芯片是一种用途广泛的多功能 集成电路，只需要外接少量的R、C元件就可以 构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发 器等。由于555定时器有较好的带负载能力， 使用方便灵活，因此，获得广泛的应用如下表 所示。 555定时器及其应用 小小 结结 数字系统中所需要的脉冲信号，一是由脉冲发生器直接产生， 二是通过整形电路将已有的周期性波形变换成矩形波。单稳态触发器、 施密特触发器和多谐振荡器是脉冲产生与变换中的常用三种电路。 单稳态触发器的显著特点是：在无外加信号时，它工作于稳态， 只是在触发脉冲信号作