第06章-脉冲波形的产生和整形(124页)课件

1、第06章 脉冲波形的产生和整形6.1 概述矩形脉冲 图1-4 理想的周期性数字信号 实际波形 图1-5 实际数字信号波形 6.1 概述获得矩形波的途径一般有两种：一种是直接由各种结构形式的振荡器产生，由于所产生的矩形波中含有多种频率（也称为谐波）成分，所以这类振荡器称为多谐振荡器；另一种是将各种已有的非矩形信号变换为符合要求的矩形波，这类电路统称为脉冲整形电路。 6.2 单稳态电路单稳态电路的特点： （1）具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；（2）在外界触发脉冲的作用下，电路的状态能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；（3）暂稳态维持时间的长短与外界触发脉冲的宽度和幅

2、度无关，仅取决于电路本身的参数。6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（1）电路组成（2）工作原理以图6-1(b)所示电路为例进行分析，说明微分型单稳态电路的工作原理 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路设定CMOS反相器的阈值电压 C上无电压近似地认为 没有外界触发信号时，电路处于稳定状态 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态 电容C充电，电路自动从暂稳态返回稳态 6.2 单稳态电路6.2.

3、1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算 输出脉冲宽度电容上的电压 从充、放电开始到变化至某一数值 所经历的时间为： 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路电容C上的电压从0充到 的时间就是 代入: 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算 输出脉冲的幅度 输出脉冲的幅度为 恢复时间 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3

4、）工作波形与参数计算 恢复时间 在 返回低电平瞬间，门 的输入电压 较高，达到 ，这时可能会损坏CMOS门。 保护二极管D 被钳制在 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算 恢复时间 则恢复时间为6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算 分辨时间和最高工作频率分辨时间 是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两个相邻脉冲之间的最小时间间隔 单稳态触发器的最高工作频率为 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路1微分型单稳态电路为了改善输出波形，一

5、般在图6-1(b)所示电路的输出端再加一级反相器 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路2积分型单稳态电路（1）电路组成6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路2积分型单稳态电路（2）工作原理（3）工作波形与参数计算6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路2积分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路2积分型单稳态电路（3）工作波形与参数计算6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路（4）电路的特点与改进2积分型单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.1

6、 用门电路或触发器组成的单稳态电路利用触发器也可以构成单稳态电路 3用触发器构成单稳态电路 6.2 单稳态电路6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路3用触发器构成单稳态电路 6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路常用的集成芯片有74121、74122、74LS221、74HC123、MC14098、MC14528等。集成的单稳态电路，从触发脉冲的连续性来看，可以分为可重复触发和不可重复触发两类 6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路1. 不可重复触发单稳态电路TTL集成器件74121是一种不可重复触发的集成单稳态电路 6.2 单稳态

7、电路6.2.2 集成单稳态电路1. 不可重复触发单稳态电路TTL集成器件74121是一种不可重复触发的集成单稳态电路 6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路1. 不可重复触发单稳态电路输出脉冲的宽度 6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路1. 不可重复触发单稳态电路在下述情况下，电路有正脉冲输出：当A1、A2两个输入中有一个或两个为低电平，B产生由0到1 的正跳变时；当B为高电平，A1、A2中有一个或两个产生由1到0的负跳变时。6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路1. 不可重复触发单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路2. 可重复触发单稳态电路CMOS集成器

8、件MC14528是一种可重复触发的集成单稳态电路 6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路2. 可重复触发单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路2. 可重复触发单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.2 集成单稳态电路2. 可重复触发单稳态电路6.2 单稳态电路6.2.3 单稳态电路的应用1. 脉冲整形6.2 单稳态电路6.2.3 单稳态电路的应用2. 构成定时电路6.2 单稳态电路6.2.3 单稳态电路的应用3. 构成延时电路6.2 单稳态电路6.2.3 单稳态电路的应用4. 构成多谐振荡器6.2 单稳态电路6.2.3 单稳态电路的应用5. 构成高通/低通滤波器6.2 单稳态

9、电路6.2.3 单稳态电路的应用5. 构成高通/低通滤波器6.3 施密特触发器 常用的一类脉冲整形电路，有两个重要的特点：1.输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的 输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入 转换电平不同；2.在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出 电压波形的边沿变得很陡。6.3 施密特触发器 6.3 施密特触发器 6.3.1 由门电路组成的施密特触发器1电路组成6.3 施密特触发器 6.3.1 由门电路组成的施密特触发器2工作原理根据叠加原理有 6.3 施密特触发器 6.3.1 由门电路组成的施密特触发器2工作原理6.3 施密特触发器 6.3.1

10、由门电路组成的施密特触发器2工作原理6.3 施密特触发器 6.3.1 由门电路组成的施密特触发器3工作波形6.3 施密特触发器 6.3.2 集成施密特触发器1TTL集成施密特触发器7413TTL集成施密特触发器的典型产品有7413、7432等，CMOS集成施密特触发器有CC40106等。 TTL集成施密特触发器7413是带施密特触发器的双4输入与非门 6.3 施密特触发器 6.3.2 集成施密特触发器6.3 施密特触发器 6.3.2 集成施密特触发器6.3 施密特触发器 6.3.2 集成施密特触发器2CMOS集成施密特触发器CC401066.3 施密特触发器 6.3.2 集成施密特触发器2CM

11、OS集成施密特触发器CC401066.3 施密特触发器 6.3.3 施密特触发器的应用1波形的变换与整形6.3 施密特触发器 6.3.3 施密特触发器的应用1波形的变换与整形6.3 施密特触发器 6.3.3 施密特触发器的应用1波形的变换与整形6.3 施密特触发器 6.3.3 施密特触发器的应用2脉冲幅度鉴别6.3 施密特触发器 6.3.3 施密特触发器的应用3脉冲展宽电路6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生一定频率和一定幅值的矩形波，常作为脉冲信号源。 矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习

12、惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。 由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故又称为无稳态电路。6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器的结构特点：电路由开关电路和反馈延时环节组成 开关电路可以是逻辑门、电压比较器、定时器等，其作用是产生脉冲信号的高、低电平。反馈延迟环节一般为RC电路，RC电路将输出电压延迟后，恰当地反馈到开关电路器件输入端，以改变其输出状态。6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器1电路组成及工作原理6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器1电路组成及工作原理6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路

13、组成的多谐振荡器1电路组成及工作原理6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器2振荡周期的计算（1）T1的计算6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器2振荡周期的计算（2）T2的计算6.4 自激多谐振荡器 6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器2振荡周期的计算6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡的。它是利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成的。 6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器振荡周期为： 6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器6.

14、4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器6.4 自激多谐振荡器 6.4.2 环形振荡器6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器1电路组成及工作原理设接通电压瞬间，电容器C上的初始电压为零，输出电压 为高电平。 01充电6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器1电路组成及工作原理当 充到输入电压为 时，施密特触发器翻转，输出 跳变为低电平，电容器C又经过电阻R开始放电。0放电6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器1电路组成及工作原理当放电至 时，触发器又发生翻转，输出电

15、位又由低电平跳变为高电平，C又被重新充电。 01充电6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器1电路组成及工作原理6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器2振荡周期的计算若采用CMOS施密特触发器，且 则由电压波形得到的输出电压的振荡周期为 （1） 的计算 作为时间起点，根据RC电路暂态过渡过程公式则有 6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器（1） 的计算 作为时间起点，根据RC电路暂态过渡过程公式则有 6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器（2） 的计算 作为时间起点，则有 6.4 自激

16、多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器（3）振荡周期T 的计算通过调节R和C的大小，即可改变振荡周期。6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器脉冲占空比可调的多谐振荡器 在这个电路中，因为电容的充电和放电分别经过两个电阻 和 ,所以只要改变 和 的比值，就能改变占空比。6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器【例6-1】 在图6-46所示的电路中，R=10k，C=0.022F，施密特触发器为CMOS电路CC40106，VDD=10V，试求该电路的振荡周期和占空比。解：当VDD=10V时，CC40106的阈值电压为 6.4 自激

17、多谐振荡器 6.4.4 石英晶体多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器的振荡周期与下列因数有关：时间常数RC、 1. 石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率，它的谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决定，具有极高的频率稳定性。 6.4 自激多谐振荡器 6.4.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器2石英晶体多谐振荡器6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理1555定时器简介555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路。 大量应用于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具等诸多方面。 6.5 555定时器的原理和应用

18、6.5.1 555定时器原理1555定时器简介555定时器的特点： 555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成， 它将模拟功能与逻辑功能兼容为一体， 该电路采用单电源。双极型555的电压范围为516V； 而CMOS型的电源适应范围更宽，为3V18V。 555可独立构成一个定时电路，且定时精度高。 双极型555的最大输出电流达200mA，带负载能力强, 可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载; CMOS型7555的最大输出电流在4mA以下。6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理2电路结构由分压器、比较器C1和C2、SR锁存器（由G1、G2构成）、集电极开路的放电三极管

19、T以及驱动器G4组成。 6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理三个误差极小的电阻串联组成分压器，这也是555名称的由来。分压器为比较器C1、C2提供参考电压。6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理悬空时6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理接固定电压6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理在输出端设置驱动器G4是为了提高电路的带负载能力。 为高电平时 也一定为高电平，为低电平时 也一定为低电平。 6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理双极型555定时器的电源电压范围为516V，

20、 最大的负载电流达200mA。CMOS型7555定时器的电源电压范围为318V， 但最大负载电流在4mA以下。6.5 555定时器的原理和应用 6.5.1 555定时器原理3555定时器功能6.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器1电路组成将555定时器的阈值输入端 和触发输入端 连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。 6.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理如果 从0V开始逐渐增大,当 时， 16.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理如果 继续增加，当 时，

21、 保持为1不变6.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理如果 再增加，当 时， 06.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理之后 再增加，保持为06.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理如果 由大于 的电压值逐渐下降，只要保持0不变6.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器2工作原理只有当 时，16.5 555定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器3工作波形正向阈值电压 负向阈值电压 回差电压 6.5 5

22、55定时器的原理和应用 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器3工作波形正向阈值电压 负向阈值电压 回差电压 如果将施密特触发器的控制电压端5接 ， 6.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（1）电路组成6.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理设起始状态，触发脉冲 处于高电平 即：6.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理若接通电源时

23、Q=0010导通放电011保持6.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理01011保持放电若接通电源时Q=1导通当时6.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理所以起始状态下，触发脉冲 处于高电平，无触发信号时，电路输出为0 0016.5 555定时器的原理和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理输入负跳变时 0100101截止6.5 555定时器的原理

24、和应用 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路（2）工作原理输入负跳变时 10101截止充电6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路6.5 555定时器的原理和应用 （2）工作原理输入负跳变时 101导通当电容C上的电压充到而回到高电平 时， 0 1 0电路回到稳定状态6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路6.5 555定时器的原理和应用 （3）工作波形输出脉冲的宽度 等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路6.5 555定时器的原理和应用 （3）工作波形输出脉冲的宽度 等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。 6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路6.5 555定时器的原理和应用 （3）工作波形 从零电平上升到脉冲宽度的计算：的时间，即为输出电压 的脉宽6.5.3 用555定时器构成单稳态电路1用555定时器构成不可重复触发的单稳态电路6.5 555定时器的原理和应用 （3）工作波形通常R的取值在几百欧姆到几兆欧