第10章 脉冲波形的产生ppt课件

1、10.1 概述主要内容：主要内容：多谐振荡器的概念多谐振荡器的概念单稳态触发器的概念单稳态触发器的概念施密特触发器的概念施密特触发器的概念（1双稳态触发电路又称为触发器，它具有两个稳定状态，两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。（2单稳态触发电路又称为单稳态触发器。它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态简称“暂稳态”），在外加触发信号作用下，可从稳定状态转换到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，电路自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。（3多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。其状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。若

2、对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称“多谐”。10.2 多谐振荡器 主要内容：主要内容：门电路构成多谐振荡器的工作原理门电路构成多谐振荡器的工作原理石英晶体多谐振荡器电路及其优点石英晶体多谐振荡器电路及其优点秒脉冲信号产生电路的构成方法秒脉冲信号产生电路的构成方法10.2.1 门电路构成的多谐振荡器 利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接就构成一个简单的多谐振荡器。如图10-1所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。图10-1 奇数个非门构成的多谐振荡器 从任何一个非门的输出端都可得到高、低电平交替出现的方波。该电路的输出波形如图10-2所示。图1

3、0-2 图10-1电路的输出波形 假设三个非门的传输延迟时间均为假设三个非门的传输延迟时间均为tpd，在某，在某一时刻输出一时刻输出uo由低电平由低电平0跳变为高电平跳变为高电平1如图中如图中uo波形的箭头所示），则波形的箭头所示），则G1门、门、G2门和门和G3门将依门将依次翻转，经过三级门的传输延迟时间次翻转，经过三级门的传输延迟时间3tpd后，使输后，使输出出uo又由高电平又由高电平1跳变为低电平跳变为低电平0。如此循环跳变。如此循环跳变而形成矩形波。由图而形成矩形波。由图10-2可见，其振荡周期为可见，其振荡周期为6tpd。这种简单的多谐振荡器周期小，频率高，且频率这种简单的多谐振荡器

4、周期小，频率高，且频率不易调整和不稳定，所以在实际电路中很少使用。不易调整和不稳定，所以在实际电路中很少使用。 为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在图为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在图10-1电路中引入电路中引入RC延迟环节，构成如图延迟环节，构成如图10-3所示电路。所示电路。 图10-3 带RC延迟的多谐振荡器10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器图10-5给出了两种常见的石英晶体振荡器电路。 图10-5 石英晶体多谐振荡器例例10-1 秒脉冲信号产生电路的设计。秒脉冲信号产生电路的设计。解：实用的秒脉冲信号产生电路一般均采用图解：实用的秒脉冲信号产生电路一般均采用图10-5中中的两种电路

5、形式。为了得到的两种电路形式。为了得到1Hz的秒脉冲信号，一的秒脉冲信号，一种是在图种是在图10-5a电路基础上稍作改动，得到如电路基础上稍作改动，得到如图图10-6所示的电路。图中晶振的谐振频率为所示的电路。图中晶振的谐振频率为4MHz，故输出电压故输出电压uo2的频率为的频率为4MHz，该信号经一个，该信号经一个4106分频电路后得到分频电路后得到1Hz的秒脉冲信号的秒脉冲信号uo。分频。分频电路可利用集成计数器实现。电路可利用集成计数器实现。图10-6 秒信号产生电路(1) 另一种是在图10-5b电路基础上增加一片集成电路CD4060而得到如图10-7a所示的电路。图10-7 秒信号产生

6、电路(2)应用电路如下：10.3 单稳态触发器主要内容：主要内容：单稳态触发器的工作特点单稳态触发器的工作特点门电路构成单稳态触发器的工作原理门电路构成单稳态触发器的工作原理不可重复触发和可重复触发的区别不可重复触发和可重复触发的区别集成单稳态触发器集成单稳态触发器74LS121和和74LS122的使用方法的使用方法单稳态触发器在波形整形、定时和延时等方面的应单稳态触发器在波形整形、定时和延时等方面的应用方法用方法10.3.1 门电路构成的单稳态触发器1电路结构 图10-8 微分型单稳态触发器2工作原理定性分析 分析单稳态触发器的工作原理，就是分析如何在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳态

7、，然后又如何在电容充放电的作用下，自动返回到稳定状态。 （1在图10-8所示电路中，输入信号uI在稳态下为高电平。考虑到RROFF，所以稳态时uI2为低电平，则uo为高电平。与非门G1的两个输入端均为高电平，所以，uo1为低电平，电容C两端的电压近似为0V。只要输入信号保持高电平不变，电路就维持在uo1为低电平，uo为高电平这一稳定状态。 （2假设在t1时刻，输入端有一负脉冲信号出现，即外加触发信号开始作用，则与非门G1的输出uo1变为高电平。由于电容C两端的电压不能突变，故uI2随uo1跳变为高电平，uo跳变为低电平。该低电平反馈到G1的输入端，使uo1仍维持在高电平。电路处于uo1为高电平

8、、uo为低电平的暂稳状态。其工作波形如图10-9所示。 图10-9 微分型单稳态触发器的工作波形10.3.2 集成单稳态触发器 目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发和可重复触发,两种单稳态触发器的工作波形如图10-10所示。图10-10 两种单稳态触发器的工作波形 集成单稳态触发器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重复触发的单稳态触发器。74122、74123、74LS123等是可重复触发的单稳态触发器。下面以不可重复触发的单稳态触发器74LS121为例加以介绍。图10-11 单稳态触发器74LS121 10.3.3 单稳态触发器的应用1 1脉冲整形脉冲整形

9、 脉冲信号在传输过程中，常会因干扰脉冲信号在传输过程中，常会因干扰导致波形的变化。由于导致波形的变化。由于74LS12174LS121内部采用了施密特内部采用了施密特触发下节介绍输入结构，故对于边沿较差的触发下节介绍输入结构，故对于边沿较差的输入信号也能输出一个宽度和幅度恒定的矩形脉输入信号也能输出一个宽度和幅度恒定的矩形脉冲。利用这一特点，可将宽度和幅度不规则的脉冲。利用这一特点，可将宽度和幅度不规则的脉冲整形为规则的脉冲，如图冲整形为规则的脉冲，如图10-1210-12所示。所示。 图10-12 脉冲整形波形2 2定时控制定时控制 利用单稳态触发器能够输出一定宽度利用单稳态触发器能够输出一

10、定宽度twtw的矩的矩形脉冲这一特性，去控制某一系统，使其在形脉冲这一特性，去控制某一系统，使其在twtw时时间内动作或不动作），从而起到定时控制的作间内动作或不动作），从而起到定时控制的作用。如图用。如图10-1310-13所示，在定时时间所示，在定时时间twtw内，内，D D端输出端输出脉冲信号，而在其他时间，脉冲信号，而在其他时间，D D端不输出脉冲信号。端不输出脉冲信号。图10-13 脉冲定时控制3 3脉冲延时脉冲延时 脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，如图如图10-1410-14a a所示，输出脉冲信号的下降沿相所示，输出脉冲信号的下降沿

11、相对于输入脉冲信号的下降沿延时了对于输入脉冲信号的下降沿延时了twtw；二是脉冲；二是脉冲信号整体延时一段时间，如图信号整体延时一段时间，如图10-1410-14b b所示。所示。 图10-14 脉冲延时10.4 施密特触发器主要内容：主要内容：施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性施密特触发器进行波形变换的工作原理施密特触发器进行波形变换的工作原理施密特触发器进行波形整形的工作原理施密特触发器进行波形整形的工作原理施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理10.4.1概述 施密特触发器的输出与输入信号之间的关系可用电压传输特性表示，如图10-15所

12、示，图中同时给出了它们的逻辑符号。 图10-15施密特触发器的电压传输特性图10-15施密特触发器的逻辑符号10.4.2施密特触发器的应用1 1波形变换波形变换 利用施密特触发输入反相器可以把正弦波、利用施密特触发输入反相器可以把正弦波、三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波，如图三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波，如图10-10-1616所示。所示。图10-16 波形变换 2 2脉冲整形脉冲整形 有些信号在传输过程中或放大时往往会发生有些信号在传输过程中或放大时往往会发生畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形，作为整形电路时，如果要求输出与输入

13、行整形，作为整形电路时，如果要求输出与输入相同，则可在上述施密特触发输入反相器之后再相同，则可在上述施密特触发输入反相器之后再接一个反相器。整形波形如图接一个反相器。整形波形如图10-1710-17所示。所示。图10-17 脉冲整形3幅度鉴别幅度鉴别 施密特触发器的翻转取决于输入信号是否大于施密特触发器的翻转取决于输入信号是否大于VT+ 和是否小于和是否小于VT-。利用这一特点可将它作为幅。利用这一特点可将它作为幅度鉴别电路。如图度鉴别电路。如图10-18所示。所示。 图10-18 脉冲幅度鉴别4构成多谐振荡器构成多谐振荡器 图图10-19给出了由给出了由7414施密特触发器构成的多谐振施密特

14、触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。该电路的工作原理如一个电阻和一个电容组成。该电路的工作原理如下：下： 图10-19 施密特触发器构成的多谐振荡器其输出波形如图10-20所示。 图10-20 多谐振荡器输出波形10.5 555定时器及其应用 主要内容：主要内容：555定时器的内部电路结构及工作原理定时器的内部电路结构及工作原理555定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能555定时器构成施密特触发器的工作原理定时器构成施密特触发器的工作原理555定时器构成单稳态触发器的工作原理定时器构成单稳态触发器的工作原

15、理555定时器构成多谐振荡器的工作原理定时器构成多谐振荡器的工作原理1电路结构电路结构图10-21 555定时器原理图和引脚编号10.5.1 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 2电路工作原理电路工作原理 10.5.1 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 555定时器的功能主要取决于比较器，比较器的输出控制着RS触发器和三极管T的状态。 RD为复位端。当RD0时，输出uO0，T管饱和导通。此时其它输入端的状态对电路无影响。正常工作时，应将RD接高电平。5脚为控制电压输入端。当5脚悬空时，比较器C1、C2的基准电压分别是和。这时，为了滤除高频干扰，提高比较器参考电压的稳定性，通常将5脚通过0.01F电容接地。如果5脚外接固定电压uIC ，则比较器C1、C2的基准电压为uIC和 。12ICu 555定时器能在很宽的电源电压范围内工作。例如：TTL555定时器的电源电压范围为518V。此外，555定时器的驱动能力较强，可以吸收和输出200mA电流。因此它可直接用于驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。图10-22 555定时器构成施密特触发器10.5.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器图10-23 图10-22电路的工作波形10.