脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路

1、課題14.1脈沖的基本概念14.2RC波形變換電路課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解脈沖的基本概念。2掌握RC波形變換電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。教學重點1脈沖的基本知識。2RC電路的充放電過程及波形變換電路。教學難點RC電路的充放電過程及波形變換電路。學情分析教學效果教后記新課A引入在數(shù)字電路中，常常需要各種不同頻率的矩形脈沖。獲得矩形脈沖的方法一般有兩種：一種是通過方波振蕩器產(chǎn)生；另一種是利用整形電路產(chǎn)生。B新授課14.1脈沖的基本概念14.1.1脈沖的概念脈沖：瞬間突變、作用時間極短的電壓或電流信號，稱為脈沖。廣義上講，凡是非正弦規(guī)律變化的電壓或電流都可稱為脈沖。1實驗電路2現(xiàn)象和結(jié)論（

2、1）開關(guān)S閉合時，短接，輸出電壓。（2）時，開關(guān)S斷開，輸出電壓。（3）時，開關(guān)S再閉合，又被短接，輸出電壓。重復(fù)此過程，則輸出電壓的波形變化即為一串脈沖波。幾種常見的脈沖波形常見的波形有矩形波、鋸齒波、鐘形波、尖峰波、階梯波等。矩形脈沖波形參數(shù)（1）脈沖幅度脈沖電壓的最大變化幅度。（2）脈沖上升沿時間脈沖上升沿從0.1上升到0.9的時間。（3）脈沖下降沿時間脈沖上升沿從0.9下降到0.1的時間。（4）脈沖寬度脈沖前、后沿0.5處的時間間隔，說明脈沖持續(xù)時間的長短。（5）脈沖周期T指周期性脈沖中，相鄰的兩個脈沖波形對應(yīng)點之間的時間間隔。14.2RC波形變換電路RC電路的瞬態(tài)過程所謂瞬態(tài)過程是指

3、電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的過程。1RC電路的充電過程（1）充電過程原理 開關(guān)S在B點，電容器C上沒有電荷，。 開關(guān)S由B合到A后，電源對電容C充電。因電容器兩端的電壓不能突變，開關(guān)拔動瞬間。此時，充電電流最大，R上的電壓也最大，。 隨著電容C上的電荷的積累，電壓隨之增大，而隨之下降，所以也逐漸下降。 最后，= 0，充電結(jié)束。（2）波形電容器的充電速度與R和C的關(guān)系：電容C越大，上升就越慢；電阻R越大，上升就越慢。時間常數(shù)：R和C的乘積稱為RC電路的時間常數(shù) t 。單位為s（秒）。充電時間可以用時間常數(shù)t 來衡量，t 大則慢，t 小則快。2RC電路的放電過程（1）放電過程原理

4、 開關(guān)S重新合到B點，電容器將通過電阻R放電。 開始瞬間，電容器兩端的電壓不能突變，。此時，放電電流最大，。 隨后，按指數(shù)規(guī)律下降，也隨之下降。 最后，= 0，放電結(jié)束。（2）波形放電時間可以用時間常數(shù)t 來衡量，t 大則慢，t 小則快。14.2.2RC微分電路1電路組成電路應(yīng)具有如下條件：（1）輸出信號取自RC電路中電阻R的兩端，即。（2）電路的時間常數(shù)t 應(yīng)遠小于輸入的矩形波脈沖寬度，即 t <<。2工作原理（1）當時，。（2）在的瞬間，由0突變?yōu)?，立即有充電電流通過R和C。由于電容電壓不能突變，此時= 0，故，即輸出電壓由0跳為。（3）在期間，輸入電壓保持不變，由于時間常數(shù)t

5、 很小，所以電容C被快速充電，上升很快。而輸出電壓迅速下降。在之前，很快到達，而迅速下降為0，形成一個正的尖峰脈沖波。（4）在時，從跳變到0，由于電容兩端電壓不能突變，仍為。所以，-。（5）在時刻以后，同樣因為電路時間常數(shù) t 很小，電容迅速放電，很快由-上升到0，形成一個負的尖峰脈沖波。3電路特點微分電路能對輸入脈沖起到“突出變化量，壓低恒定量”的作用。14.2.3RC積分電路1電路組成電路應(yīng)具有如下條件：（1）輸出信號取自RC電路中電容C的兩端，即。（2）電路的時間常數(shù) t 應(yīng)遠大于輸入的矩形波脈沖寬度，即 t >>。2工作原理（1）在時刻，由0跳變?yōu)?，由于電容電壓不能突變，?/p>

6、時= 0，故。（2）在期間，輸入電壓保持不變，電容C被充電，按指數(shù)規(guī)律上升。因為電路時間常數(shù) t 很大，所以充電速度緩慢，可近似認為線性增長。（3）在時，從下跳變到0，相當于輸入端短路，電容C通過R開始放電，輸出電壓下降，直到下一矩形脈沖到來。3電路特點積分電路能對輸入脈沖起到“突出恒定量，壓低變化量”的作用。4積分電路的應(yīng)用（1）將矩形脈沖變換成近似的三角波。（2）將上升沿、下降沿陡峭的矩形脈沖波變換成上升沿和下降沿較緩慢的矩形脈沖，使跳變部分“延緩”，也稱為“積分延時”。（3）從寬窄不的脈沖串中，把寬脈沖選出來。例14-1圖示電路中，R = 20 kW，C = 200 pF，若輸入f =

7、10 kHz的連續(xù)方波，問此電路是RC微分電路，還是一般的RC耦合電路？解先求電路的時間常數(shù) t t = RC =再求方波的脈寬。因為方波脈寬為周期的一半，即由上面計算知，這是微分電路。例14-2圖示電路中，若C = 0.1 mF，輸入脈沖的寬度=0.5 ms，欲組成積分電路，電阻R至少應(yīng)為多少？解組成積分電路必須 t 3，即RC3則R可見，電阻R至少為15 kW。（實驗演示）（分析現(xiàn)象）（引導(dǎo)學生參考教材資料）（引導(dǎo)學生參考教材資料）（引導(dǎo)學生分析工作原理）（講解）（引導(dǎo)學生分析工作原理）（講解）（引導(dǎo)學生分析原理）（講解）（學生練習完成）練習1常見的脈沖波形有哪些？2RC微分電路和積分電路

8、有哪些異同？小結(jié)1常用的脈沖波形有：矩形波、鋸齒波、鐘形波、尖峰波、階梯波。2RC微分電路能對輸入脈沖起到“突出變化量，壓低恒定量”的作用。3RC積分電路的工作特點是在輸入矩形脈沖的穩(wěn)定部分，輸出電壓有明顯變化，而在輸入矩形脈沖的跳變時刻，輸出電壓保持不變。它對輸入脈沖信號起到“突出恒定量，壓低變化量”的作用。布置作業(yè)P257習題十四14-3，14-4。課題14.3多諧振蕩器課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標知道多諧振蕩器的作用，理解多諧振器的工作原理。教學重點1多諧振蕩器的概念。2幾種多諧振蕩器的電路組成和工作原理。教學難點與非門多諧振蕩器的工作原理。學情分析教學效果教后記新課A引入多諧振蕩

9、器具有兩個暫穩(wěn)態(tài)，它不需要外加觸發(fā)信號，就能在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生特定頻率和脈寬的矩形脈沖。新授課14.3多諧振蕩器14.3.1與非門基本多諧振蕩器1電路組成2工作原理（1）第一暫態(tài)電路對稱差異的必然存在，導(dǎo)致正反饋過程發(fā)生，形成第一穩(wěn)態(tài)。正反饋過程如下：假設(shè)與非門的輸出電壓高一些。使與非門輸出低電平，即0態(tài)；與非門輸出高電平，即1態(tài)。此為第一暫態(tài)。（2）第二暫穩(wěn)態(tài)由于電容、的充放電，第一暫態(tài)不穩(wěn)定。門的輸出高電平對電容充電；而通過門的輸出電路進行放電。、的充放電路徑如圖所示。、的耦合，引入一個正反饋過程：使與非門輸出高電平，即1態(tài)；與非門輸出低電平，即0態(tài)。此為第二暫穩(wěn)態(tài)。（3）再經(jīng)

10、過電容、的充放電，電路又將從第二暫穩(wěn)態(tài)，返回到第一暫穩(wěn)態(tài)。如此循環(huán)。產(chǎn)生波形如圖。3振蕩周期T的估算其中，C =14.3.2環(huán)形多諧振蕩器1電路組成三個非門首尾依次相連，構(gòu)成一個閉環(huán)電路，所以稱為環(huán)形多諧振蕩器。R、C：定時元件，決定振蕩的周期和頻率。：非門的輸入限流電阻。2工作原理（1）第一暫態(tài)初始關(guān)閉，開通，通過C的耦合使，。 ，通過C、R對C充電，使，。（2）第二暫態(tài) = 1使開，= 1，C反充電，到達開門電平，開。（3）返回第一暫態(tài)vO = 0。3環(huán)形振蕩器的振蕩周期TT » 2.2 RC14.3.3石英晶體多諧振蕩器（1）電路符號（2）電抗特性（3）電路圖（4）特點石英晶體

11、相當于一個RLC串聯(lián)諧振電路。在諧振頻率下，阻抗最低，正反饋最強，易于起振；而在其他頻率下，阻抗很高，阻止振蕩，所以石英晶體可起選頻作用。石英晶體多諧振蕩器能產(chǎn)生極其穩(wěn)定的高頻率的矩形脈沖信號。在數(shù)字系統(tǒng)中，常用作系統(tǒng)的基準信號源。（引導(dǎo)學生分析工作原理）（講解）（講解）練習1微分電路通把矩形脈沖變換成_脈沖波，積分電路能把矩形脈沖變換成_波。2多諧振蕩器是一種能輸出矩形的_器，電路能_之間自行變換，沒有_狀態(tài)，所以又稱_。小結(jié)1多諧振蕩器不需要外加觸發(fā)信號系統(tǒng)，它在接通電源后，能自動反復(fù)地輸出一定脈寬的矩形脈沖，常用于產(chǎn)生矩形脈沖信號。2多諧振蕩器有：與門基本多諧振蕩器、環(huán)形多諧振蕩器和石英

12、晶體振蕩器。布置作業(yè)P257習題十四14-6。課題14.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1知道單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用。2會分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。3了解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路的應(yīng)用。教學重點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)的作用、工作原理。教學難點工作原理。學情分析教學效果教后記新課A引入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是只有一個穩(wěn)定狀態(tài)的觸發(fā)器，而另一個是暫穩(wěn)態(tài)。如果沒有外來觸發(fā)信號，電路將保持這一穩(wěn)定狀態(tài)不變。新課B復(fù)習 多諧振蕩器作用。C新授課14.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14.4.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1電路組成門的輸出電壓經(jīng)過R、C組成的微分電路，耦合到門的輸入端，故稱微分型單穩(wěn)態(tài)電路。2工作原理（1）電路的穩(wěn)態(tài)無觸發(fā)信號

13、時，是高電平，門的輸入信號為低電平0，輸出為高電平1態(tài)，而門的輸出電壓為低電平0態(tài)，這是電路的穩(wěn)態(tài)。（2）電路的暫穩(wěn)態(tài)當輸入端A加入低電平觸發(fā)信號時，門的輸出電壓為高電平1態(tài)，通過電容C耦合，門的輸入端B處的信號是高電平1。輸出信號為低電平0態(tài)。觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)期間與非門的輸出電壓為高電平，它通過C、R到接地端，對電容C充電。隨電容電壓的升高，充電電流逐漸變小。因此，電阻上的電壓也逐漸下降。（4）自動恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)當B端的電平下降到與非門的關(guān)門電平時，門關(guān)閉，輸出電壓又跳為高電平。它反送到門的輸入端。由于觸發(fā)負脈沖的寬度很窄，A點已恢復(fù)高電平。下跳為低電平，電路又恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。3波形圖

14、14.4.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成組件CT74121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。1外引線排列及引出端符號Q：暫穩(wěn)態(tài)正脈沖輸出端；：暫穩(wěn)態(tài)負脈沖輸出端。：正觸發(fā)輸入端；、：兩個負觸發(fā)輸入端。：外接電容端；：內(nèi)電阻端。/為外接電阻和電容的公共端。：電源端；GND為接地端；NC為空腳。2邏輯功能及簡要說明（1）功能表輸 入輸 出說 明Q0´101穩(wěn) 態(tài)×0101×´00111´0111暫態(tài)1110´×0說明：´ 表示任意值；¯ 表示電平從高到低的跳變；­ 表示電平從低到高的跳變；“高”表示高電平脈沖；“低”表示低電平

15、脈沖。（2）觸發(fā)方法 如果、的初始狀態(tài)為111，那么，當或上加上負跳變電壓，或者在這個兩個輸入同時加負跳變電壓，則電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài)。 如果、的初始狀態(tài)為0 ´ 0或者為´00，則在端加上正跳變觸發(fā)電壓，電路就由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫態(tài)。（3）定時元件R、C的接法（a）為外接電阻的接法；（b）為內(nèi)電阻的接法。脈沖寬度估算：14.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1脈沖信號的整形脈沖的整形，是把波形不規(guī)則的輸入脈沖輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在輸出端獲得具有一定的寬度和幅度、前后沿比較陡峭的矩形脈沖波。（1）方框原理圖（2）工作波形圖2延時（1）方框原理圖（2）工作波形圖3定時（1）方框原理圖（2）工作波形圖

16、（引導(dǎo)學生分析工作原理）（引導(dǎo)學生參考教材資料）（講解）（講解）（引導(dǎo)學生分析完成）練習1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有_狀態(tài)，在觸發(fā)脈沖作用下，從_狀態(tài)轉(zhuǎn)換到_，經(jīng)過一段時間，電路又自動返回_狀態(tài)。2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字脈沖電路中，常用于脈沖的_和_、_。小結(jié)1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，它在外加觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，經(jīng)過一段時間的延遲后，觸發(fā)器自動地從暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)，從而輸出一個具有一定脈沖寬度的矩形波。2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要應(yīng)用于：脈沖信號的整形、延時、定時等。布置作業(yè)P258習題十四14-10，14-11。課題14.5施密特觸發(fā)器課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解施密特觸發(fā)

17、器的特性。2熟悉施密特觸發(fā)器的應(yīng)用。教學重點施密特觸發(fā)器的應(yīng)用。教學難點施密特觸發(fā)器的邏輯功能及其應(yīng)用。學情分析教學效果教后記A引入施密特觸發(fā)器是脈沖數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路，電路的特點是具有兩個穩(wěn)態(tài)，電路從第一穩(wěn)態(tài)翻到第二穩(wěn)態(tài)，而后再從第二穩(wěn)態(tài)翻回到第一穩(wěn)態(tài)，兩次所需的觸發(fā)電平存在回差。新課B復(fù)習1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用。2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用。C新授課14.5施密特觸發(fā)器14.5.1用集成與非門組成的施密特觸發(fā)器1電路組成（1）組成電路由三個與非門、和一個二極管VD組成。和構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，二極管VD起到電平移動作用，用來產(chǎn)生回差電壓。（2）邏輯符號2工作原理與非門的開關(guān)電平為1.4 V，二極管導(dǎo)

18、通電壓為0.7 V。（1）初始穩(wěn)定狀態(tài)第一穩(wěn)態(tài)，門輸出高電平1，；高出一個二極管的正向?qū)妷?.7 V，所以，為小于1.4 V門坎電壓的低電平0。則輸出電壓為高電平1，而為低電平0。這是電路的第一穩(wěn)態(tài)。（Q = 1，= 0）。當上升，只要 < 1.4 V，則，故RS觸發(fā)器保持1態(tài)不變，即電路保持第一穩(wěn)態(tài)。（2）電路的第一次翻轉(zhuǎn)當上升至1.4 V時，門輸出端，而仍比高0.7 V，保持高電平1態(tài)。于是RS觸發(fā)器被置0，則輸出電壓由高電平1翻轉(zhuǎn)為0態(tài)。此是電路的第二穩(wěn)態(tài)。（Q = 0，= 1）。繼續(xù)升高，電路將保持第二穩(wěn)態(tài)不變。（3）電路的第二次翻轉(zhuǎn)當下降至1.4 V以下時，門輸出端，而仍比

19、高0.7 V，保持高電平1態(tài)。于是RS觸發(fā)器保持0態(tài)不變，即電路維持第二穩(wěn)態(tài)不變。當下降至0.7 V以下時，門輸出端，。電路將翻轉(zhuǎn)1態(tài)。電路重返第一穩(wěn)態(tài)：Q = 1，= 0。3回差特性電路兩次觸發(fā)電平存在差值，即是施密特觸發(fā)器的回差現(xiàn)象。回差電壓：上升觸發(fā)電壓，下降觸發(fā)電壓。兩次觸發(fā)電平的差值稱為回差電壓。施密特觸發(fā)器這種固有的特點，稱為回差特性，也稱為滯回特性。施密特觸發(fā)器的回差特性曲線，也稱電壓傳輸特性曲線。如圖所示。集成施密特觸發(fā)器1TTL集成施密特觸發(fā)器（1）型號、外引線排列CT74LS14：六反相器。圖（a）所示。CT74LS132：四2輸入與非門。圖（b）所示。（2）主要參數(shù)上升觸

20、發(fā)電壓；下降觸發(fā)電壓；電源電壓等。2CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106：六反相器。圖（a）所示。CC4093：四2輸入與非門。圖（b）所示。施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1波形變換施密特觸發(fā)器可以把連續(xù)變化的輸入電壓變換為矩形波輸出。2脈沖整形（1）整形電路脈沖信號在傳輸過程中，會變得不規(guī)則。用施密特觸發(fā)器整形，可以使它恢復(fù)為合乎要求的矩形脈沖波。（2）整形波形3幅度鑒別（1）電路構(gòu)成（2）輸出與輸入關(guān)系只有輸入信號的幅度大于上升觸發(fā)電壓，才能使電路翻轉(zhuǎn)，從而有脈沖輸出。否則，沒有矩形脈沖輸出。這樣，就達到鑒別輸入信號幅度大小的目的。4組成單穩(wěn)態(tài)電路（1）沒有外加觸發(fā)信號時，圖中的A端為高電平，所以輸

21、出為低電平，這是電路的穩(wěn)態(tài)。（2）當輸入負觸發(fā)脈沖信號時，由于電容C上的電壓不能突變，A點的電平也隨之跳為負電平，輸出就翻轉(zhuǎn)為高電平，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)期間，電源對電容C充電，A點電平升高，當A點電壓上升到上升觸發(fā)電平時，電路狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，暫態(tài)結(jié)束，電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。5組成多諧振蕩器（1）接通電源瞬間，= 0，輸出電壓為高電平。輸出電壓對電容C充電, 上升，當達到上升觸發(fā)電平時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出電壓跳變?yōu)榈碗娖?。?）由此電容放電，下降。當下降到觸發(fā)電平時，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出電壓跳變?yōu)楦唠娖健Ｈ绱朔磸?fù)，形成振蕩。（分析工作原理）（講解）（講解）（學生參考教材）（講解）（學

22、生參考教材）練習施密特觸發(fā)器有_，電路從_翻轉(zhuǎn)到_，然后再從_番到_，兩次翻轉(zhuǎn)所需的_是不同的。小結(jié)1施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，電路狀態(tài)的維持和翻轉(zhuǎn)，由外加的輸入電平?jīng)Q定。兩個翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)電平不同，形成回差電壓。2施密特觸發(fā)器具有回差特性，可以進行波形變換、整形、鑒幅以及構(gòu)成多諧振蕩器等。布置作業(yè)P258習題十四14-12。課題14.6555集成定時器課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解555集成電路引腳。2了解555組成的單穩(wěn)態(tài)電路和施密特電路的工作原理。教學重點555組成的單穩(wěn)態(tài)電路和施密特電路的工作原理。教學難點555集成電路的等效電路與功能表。學情分析教學效果教后記A引入555時基

23、電路開始出現(xiàn)時，通常作為定時器應(yīng)用，所以稱為555定時器或555時基電路。優(yōu)點：工作可靠，使用方便、價格低廉。新課用途：可用作定時控制；用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制；組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路等。B新授課14.6555集成定時器14.6.1電路組成1電路結(jié)構(gòu)電路可分為電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器和輸出緩沖級等部分。2外引線排列圖工作原理1電阻分壓器和電壓比較器電阻分壓器由三個等值電阻R組成，對電源電壓分壓。比較器的“-”端：；比較器的“+”端：當進入TH的電壓大于時，比較器輸出高電平1；若加在的電壓小于，比較器也輸出高電平1。2基本RS觸發(fā)器（1）當= 1，= 0，即R = 1，S = 0時，Q = 0，= 1；（2）當= 0，= 1，即R = 0，S = 1時，Q = 1，= 0；（3）當= 0，= 0，即R = 0，S = 0時，RS觸發(fā)器保持原態(tài)不變；（4）如果，則Q = 0。為直接置0端，平時應(yīng)接高電平1。定時器的輸出OUT = Q。3放電管V和輸出緩沖器（1）若Q = 0，= 1，放電管的柵極為高電平，V導(dǎo)通。（2）若Q = 1，= 0，放電管的柵極為低電平，V截止。輸出端的反相器構(gòu)成輸出緩沖器。主要作用是提高電流驅(qū)動能力，同時還可隔離負載對定時器的影響。（3）功能表復(fù)位高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端輸出OUT放電管V0×