【大学】脉冲产生与整形电路ppt课件

1、第七章脉冲产生与整形电路第七章脉冲产生与整形电路教学目的教学目的: : 了解掌握单稳态触发器、施密了解掌握单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的任务原理，特触发器、多谐振荡器的任务原理，及及555555定时器的任务原理及运用方法。定时器的任务原理及运用方法。 第七章脉冲产生与整形电路第七章脉冲产生与整形电路学时安排：学时安排：6 6 学时学时课后作业课后作业: 7.5: 7.5、7.127.12、7.13 7.13 第七章脉冲产生与整形电路第七章脉冲产生与整形电路7.1 概述概述1. 脉冲信号: 脉冲信号是指一种继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

2、， 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。 脉冲波形的不同外形脉冲波形的不同外形7.1 概述概述2. 在数字电路中，要控制和协调整个系统的任务，经常需求时钟脉冲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，二是经过整形电路变换得到。多谐振荡器可经过门电路、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，它们可以使脉冲的边沿变得峻峭，构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画。 描画矩形脉冲的主要参数描画矩形脉冲的主要参数7.2单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器也有两个形状：一个是稳定形状，另一个是暂

3、稳形状。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定形状；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定形状变为暂稳定形状，暂稳形状在坚持一定时间后，可以自动前往到稳定形状。7.2单稳态触发器单稳态触发器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74LS00应选择RROFF，普通取R0.7K。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。 7.2单稳态触发器单稳态触发器 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器(

4、b)7.2单稳态触发器单稳态触发器2、任务过程 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形状：uO1= UOL，uO=UOH。为此，必需保证RdRON开门电阻，RROFF(关门电阻)。根据稳态时的部分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。)(112BECCUURRRU7.2单稳态触发器单稳态触发器UOLCRuI2V2V1R1G2UCC稳态时的部分电路7.2单稳态触发器单稳态触发器二、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反复触发型两种。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

5、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)7.2单稳态触发器单稳态触发器1OS集成单稳态触发器 CC4528B的引脚图如下图。图图(b) CC4528B引脚图引脚图CC4528B7.2单稳态触发器单稳态触发器2.TTL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54LS121/74LS12

6、1，54LS221/74LS221，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7.2单稳态触发器单稳态触发器三、单稳态触发器运用举例 运用1. 脉冲整形。 脉冲信号经过长间隔传输后，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展整形。将这些遭到干扰的脉冲信号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冲u0。如下图。图 (a)(b) 脉冲整形电路74HC1217.3施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是脉冲波形变换中经常运用的一种电路，利用它可以将

7、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峻峭的矩形波。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。它有两个稳定形状，在外加信号的作用下，只需输入信号变化到某一电平常，电路就从一个稳定形状转换到另一个稳定形状， 而且稳定形状的坚持也与输入信号的电平亲密相关。以下图是这种电路的任务波形。7.3施密特触发器施密特触发器 tt0uIuO0UOLUOHUTUT7.3施密特触发器施密特触发器 一、用门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，电路的输出经过电阻

8、R2进展正反响。下面我们来分析电路的任务原理。&uI1uO11uOR2VR1uIG2G1uO7.3施密特触发器施密特触发器 假设在接通电源后，电路输入为低电平uI=UOL，那么电路处于如下形状：uO1=UOH，uO=UOL。假设不思索G1门的输入电流，uI1的电压为： 21221121221211)()()(RRRUuRRRURRRUuURRRUUuuDIOLDIOLOLDI7.3施密特触发器施密特触发器 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，电路依然坚持这个形状不变； 随着uI的继续升高，当uI1也上升到UTH时，电路将产生

9、如下正反响过程： uIuI1uO1uO7.3施密特触发器施密特触发器 结果使电路的形状迅速翻转为：uO1=UOL，uO=UOH，这是电路的另一个稳定形状。那么这一时辰的输入电压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，电路的形状不会发生改动。THDTURRUU)/1 (217.3施密特触发器施密特触发器 当uI从高电平下降时，只需下降到uI=UTH，由于电路中的正反响作用，电路形状立刻发生翻转，回到初始的稳定形状。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，经过改动电阻R1和R2的比值，可以调整回差

10、电压。 THDTTTURRUUUU217.3施密特触发器施密特触发器 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，各厂家曾经消费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陈列如图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，在输入端添加了与的功能， 在输出端添加反向器，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 7.3施密特触发器施密特触发器 (b) &YAB(a)1234567A1B1Y1A2B2

11、Y2GND & &141312111098 & &UCCA4B4Y4A3B3Y3集成施密特触发器74LS13274LS132的引脚陈列和内部逻辑图 (b) 施密特触发与非门的逻辑符号7.3施密特触发器施密特触发器 74LS132的输出信号Y与输入信号中 A、B只需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；只需当A、 B同时高于正向阈值电平常，输出Y才为低电平。在运用+5 V电源的条件下，集成施密特触发器74LS132的正向阈值电平UT+=1.52.0 V，负向阈值电平U T-= 0.61.1 V，回差电压UT的典型值为0.8 V。7.3施密特触发器

12、施密特触发器 三、施密特触发器的运用1 波形变换 利用施密特触发器在形状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峻峭的矩形脉冲。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，只需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一样频率的矩形波。7.3施密特触发器施密特触发器 t0uOt0uI 1uOuIUTUT7.3施密特触发器施密特触发器 2 脉冲整形 矩形波经过传输后波形往往会发生畸变， 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

13、论哪一种情况，只需设置好适宜的UT+和UT-，均能获得称心的整形效果。 1uOuI0uOtt0uIUTUT(a) 1uOuI0uOt0uI(b)tUTUT7.3施密特触发器施密特触发器 0uOt0uI(c)tUTUT 1uOuI3 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，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。7.3施密特触发器施密特触发器 1uOuItUT0uIt0uO7.4多谐

14、振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需求外加触发信号，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耦合构成正反响回路。合理选择RF1和RF2使G1、G2任务在传输特性的转机区，这时，G1和G2都任务在放大区。由于G1、G2的外电路对称，因此，又称其为电容反响式对称多谐振荡器。 电容反响式对称多谐振荡器电容反响式对称多谐振荡器7.4多谐振荡器多谐振荡器 2.任务过程电路的任务波形如下图。 电容反响式对称多谐

15、振荡器的任务波形7.4多谐振荡器多谐振荡器 3.振荡周期的计算： 取RF1=RF2=RF，C1=C2=C， UTH=1.4V，UOH=3.6V， UOL=0.3V，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) 环形振荡器及其任务波形(a)(b)7.4多谐振荡器多谐振荡器三、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7.5 555定时器及其运用定时器及其运用一、555定时器的电路构造与功能: 虽然5

16、55定时器产品的型号繁多， 但它们的电路构造、功能及外部引脚陈列都是根本一样的。在Philips公司消费的555定时器的构造图中， 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才干， 在输出级又添加了一个非门G。 在构造图中，引脚旁的数字为8引脚封装的555定时器产品的引脚编号。7.5 555定时器及其运用定时器及其运用1G(3)uOC15 kUR1(5)(6)控制电压uIC阈值输入uI15 k(8)UCC电源RC2UR2(2)触发输入uI2S5 k(1)(7)Ou放电端&RD复

17、位(4)&QQ&V7.5 555定时器及其运用定时器及其运用二、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 7.5 555定时器及其运用定时器及其运用三. 555时基集成电路的功能无论是日立公司产的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

18、的CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。555时基集成芯片功能表 7.5 555定时器及其运用定时器及其运用 定时器555芯片是一种用途广泛的多功能集成电路，只需求外接少量的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才干，运用方便灵敏，因此，获得广泛的运用如下表所示。 7.5 555定时器及其运用定时器及其运用 小小 结结 数字系统中所需求的脉冲信号，数字系统中所需求的脉冲信号，一是由脉冲发生器直接产生，二是经过一是由脉冲发生器直接产生，二是经过整形电路将已有的周期性波形变换成矩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多谐振荡器是脉冲产生与变换中的常用三种电路。三种电路。 单稳态触