數(shù)電第7章_脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形1第第7章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形本章課時：本章課時：4學(xué)時學(xué)時第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形2作業(yè)作業(yè)7-2 題的題的1，2，37-3題的題的1，27-57-8選選 做做 7-1第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形3目目 錄錄7.1 概述概述7.2 矩形脈沖的產(chǎn)生矩形脈沖的產(chǎn)生7.3 集成集成555定時器定時器7.4 應(yīng)用電路實例應(yīng)用電路實例7.5 脈沖產(chǎn)生與整形電路的系統(tǒng)應(yīng)用脈沖產(chǎn)生與整形電路的系統(tǒng)應(yīng)用第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形4 矩形脈沖作為矩形脈沖作為時鐘信號時鐘信號控制和協(xié)調(diào)著整個數(shù)字控制和協(xié)調(diào)著整個數(shù)字系統(tǒng)的工作。系統(tǒng)的工作。理想的時鐘信號理

2、想的時鐘信號 標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，上升和下標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，上升和下降時間為降時間為0 0。7.1 概概 述述標(biāo)準(zhǔn)的矩形波標(biāo)準(zhǔn)的矩形波第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形5實際的時鐘信號實際的時鐘信號 存在上升時間和下降時間存在上升時間和下降時間 周期周期脈寬脈寬上升上升時間時間下降下降時間時間脈沖脈沖幅度幅度第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形67.2 矩形脈沖的產(chǎn)生矩形脈沖的產(chǎn)生 方法一：通過矩形波振蕩電路產(chǎn)生（方法一：通過矩形波振蕩電路產(chǎn)生（無輸入信號無輸入信號）方法二：通過波形變換產(chǎn)生（方法二：通過波形變換產(chǎn)生（需外加輸入信號需外加輸入信號）第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形77.3 集成集成555定時器定時器 集成

3、集成555定時器是一種將模擬和數(shù)字電路結(jié)合的、定時器是一種將模擬和數(shù)字電路結(jié)合的、多用途的單片集成電路，如在其外部配上少許多用途的單片集成電路，如在其外部配上少許阻容元件，便能構(gòu)成多種用途的振蕩、整形及阻容元件，便能構(gòu)成多種用途的振蕩、整形及定時等多種應(yīng)用電路。定時等多種應(yīng)用電路。 555定時器由定時器由電阻分壓器電阻分壓器、兩個、兩個比較器比較器、RS鎖鎖存器存器、開關(guān)三極管開關(guān)三極管和和輸出緩沖器輸出緩沖器五個基本單元五個基本單元組成。組成。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形8組成：組成：電阻分壓器電阻分壓器比較器比較器RS鎖存器鎖存器開關(guān)三極管開關(guān)三極管輸出緩沖器輸出緩沖器第7章 脈沖波形的產(chǎn)

4、生與整形97.3.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu)電阻分壓器電阻分壓器 無外加電壓無外加電壓VCO時，時， 外加電壓外加電壓VCO時，時，121323RCCRCCVVVV1212RCORCOVVVV第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形10電壓比較器電壓比較器C1、C2為集成為集成運算放大器運算放大器7.3.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu)第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形11集成運算放大器集成運算放大器 集成運算放大器為多用于模擬信號運算（如比集成運算放大器為多用于模擬信號運算（如比例、求和、積分、乘除等）的集成放大電路，例、求和、積分、乘除等）的集成放大電路，簡稱為集成運放。簡稱為集成

5、運放。 集成運放的邏輯符號、簡化的集成運放低頻等集成運放的邏輯符號、簡化的集成運放低頻等效電路及其電壓傳輸特性效電路及其電壓傳輸特性 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形12理想集成運放的主要參數(shù)為：理想集成運放的主要參數(shù)為：1）開環(huán)增益為無）開環(huán)增益為無窮大，窮大，Aod= ；2）輸入電阻無窮大，）輸入電阻無窮大，Rid= ；3）輸出電阻為零，輸出電阻為零，Ro=0。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形13開環(huán)時，集成運放作為電壓比較器使用。開環(huán)時，集成運放作為電壓比較器使用。當(dāng)當(dāng)V+V-時，輸出為時，輸出為+VOM當(dāng)當(dāng)V+V-時，輸出為時，輸出為-VOM第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形14 7.3.1 555

6、定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu) 電壓比較器電壓比較器C1、C2 將兩個觸發(fā)端與將兩個觸發(fā)端與VR1、 VR2的比較結(jié)果的比較結(jié)果作為鎖存器的輸入。作為鎖存器的輸入。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形15 SR鎖存器鎖存器 由電壓比較器的由電壓比較器的輸出輸出vO1、vO2作為其觸作為其觸發(fā)信號發(fā)信號R、S，決定了，決定了觸發(fā)器輸出端觸發(fā)器輸出端 Q 的狀的狀態(tài)。態(tài)。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形16 開關(guān)三極管開關(guān)三極管 用來構(gòu)成放電開用來構(gòu)成放電開關(guān)，當(dāng)關(guān)，當(dāng)Q = 1時，時， G3 輸出為低電平，輸出為低電平， V 截止；當(dāng)截止；當(dāng) Q = 0 時，時， G3 輸出為高輸出為高電平，電平，V導(dǎo)

7、通。導(dǎo)通。 輸出緩沖器輸出緩沖器G4 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形177.3.2 工作原理工作原理 兩個觸發(fā)端加不同的信號與兩個觸發(fā)端加不同的信號與VR1、 VR2比較，使比較，使比較器的輸出控制比較器的輸出控制RS鎖存器，使其分別工作在鎖存器，使其分別工作在置置0、置、置1和和保持保持狀態(tài)。如狀態(tài)。如VCO懸空，功能表為：懸空，功能表為：導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通保持保持截止截止 L (低電平低電平)L (低電平低電平)原狀態(tài)原狀態(tài)H (高電平高電平) L (低電平低電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VC

8、C)/3 VvO U TH TRUR第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形18導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通保持保持截止截止 L (低電平低電平)L (低電平低電平)原狀態(tài)原狀態(tài)H (高電平高電平) L (低電平低電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH TRUC R10010第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形19導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通保持保持截止截止 L (低電平低電平)L (低電平低電平)原狀態(tài)原狀態(tài)H (高電平高電平) L (低電平低電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平) (

9、VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH TRUC R11第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形20導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通保持保持截止截止 L (低電平低電平)L (低電平低電平)原狀態(tài)原狀態(tài)H (高電平高電平) L (低電平低電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH TRUC R0101第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形21低觸發(fā)端低觸發(fā)端高觸發(fā)端高觸發(fā)端控制電壓控制電壓放電端放電端輸出端輸出端復(fù)位端復(fù)位端導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通保持保持截止截止 L

10、 (低電平低電平)L (低電平低電平)原狀態(tài)原狀態(tài)H (高電平高電平) L (低電平低電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平)H (高電平高電平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH TRUC R第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形227.4 應(yīng)用電路實例應(yīng)用電路實例1、概述、概述 施密特觸發(fā)器是脈沖變換電路。其特點：施密特觸發(fā)器是脈沖變換電路。其特點：1) 有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換均與輸入狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換均與輸入電壓有關(guān)，且電壓有關(guān)，且有兩個閾值電壓：有兩個閾值電壓：VT+ 和和VT-，且，且VT+ VT-。其

11、傳輸特性具有滯回特性。其傳輸特性具有滯回特性。2) 輸出波形邊沿陡峭輸出波形邊沿陡峭，具有整形功能。，具有整形功能。7.4.1 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形23施密特觸發(fā)器的符號和傳輸特性施密特觸發(fā)器的符號和傳輸特性 反相型施密特觸發(fā)器，反相型施密特觸發(fā)器，VT+ 和和VT-分別為兩個閾值。分別為兩個閾值。符號符號傳輸特性傳輸特性第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形242、用、用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將兩個觸發(fā)端將兩個觸發(fā)端連接作為輸入。連接作為輸入。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形25工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)vi V R1 時，時， 輸出輸出vO 為高電

12、平，為高電平， vi 上升到上升到VR1和和 VR2 之間時，輸出之間時，輸出vO仍保持高電平，直到仍保持高電平，直到vi VR2后，后， vO才降為低電平。才降為低電平。vi 上升到最大值后開始下降，當(dāng)上升到最大值后開始下降，當(dāng)vi 下降到下降到VR1和和 VR2 之間時，之間時， 輸出輸出vO仍保持低電平，直到仍保持低電平，直到vi VR2后，后，vO 又恢復(fù)為高電平。又恢復(fù)為高電平。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形26電壓傳輸特性曲線（輸出電壓與輸入電壓之間電壓傳輸特性曲線（輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形27V R1 和和VR2分別為上、下閾值電壓，兩

13、電壓之差分別為上、下閾值電壓，兩電壓之差為回差電壓。為回差電壓。12TRTRVVVVTTTVVV第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形283. 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1）波形變換）波形變換輸入圖示正弦波輸入圖示正弦波555無外加控制電壓，無外加控制電壓，電源電壓為電源電壓為10V.其上升到上閾值（其上升到上閾值（10V）時輸出下降；輸入下降時輸出下降；輸入下降到下閾值（到下閾值（5V）時輸）時輸出上升。出上升。將正弦波變換為矩形波。將正弦波變換為矩形波。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形292) 整形整形 輸入矩形波輸入矩形波有波形畸變，通有波形畸變，通過施密特觸發(fā)器過施密特觸發(fā)器整形，只要畸變

14、整形，只要畸變部分不超過閾值部分不超過閾值電壓，就可以得電壓，就可以得到比較理想的矩到比較理想的矩形波形波 波形畸變波形畸變第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形303、鑒幅、鑒幅 將高于將高于10V（VT+）的脈沖選）的脈沖選出，其他脈沖去出，其他脈沖去掉，稱為鑒幅功掉，稱為鑒幅功能。能。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形317.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、概述、概述 單穩(wěn)態(tài)電路有一個穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)態(tài)電路有一個穩(wěn)態(tài)， 在外加觸發(fā)脈沖的在外加觸發(fā)脈沖的作用下，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過（作用下，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過（tW）時間后，）時間后， 能自動返回穩(wěn)態(tài)。其中暫穩(wěn)態(tài)維持的時間僅取決能自動返回穩(wěn)態(tài)。其中暫穩(wěn)態(tài)維

15、持的時間僅取決于電路本身元件的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。于電路本身元件的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。通過觸發(fā)脈沖產(chǎn)生矩形波通過觸發(fā)脈沖產(chǎn)生矩形波。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形322、用、用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 充電充電放電放電觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖輸出輸出第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形33工作原理工作原理 負觸發(fā)脈沖到來前，低觸發(fā)端處于高電平，輸負觸發(fā)脈沖到來前，低觸發(fā)端處于高電平，輸出狀態(tài)保持低電平（出狀態(tài)保持低電平（穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)）。）。 當(dāng)加入觸發(fā)負脈沖后，電路的輸出當(dāng)加入觸發(fā)負脈沖后，電路的輸出uO由低電平由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，三極管跳變?yōu)楦唠娖?，三極管V截止，截止

16、，VCC通過通過R 向向C 充充電。電。uC 按指數(shù)規(guī)律增加，電路處于按指數(shù)規(guī)律增加，電路處于暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。 uC充充電到電到VR1時，時， 三極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，C放電，放電，uo返回低電平。返回低電平。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形34工作波形工作波形各點波形各點波形充、放電充、放電第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形35脈沖寬度的計算脈沖寬度的計算 脈沖寬度（脈沖寬度（tW）為電容充電時從）為電容充電時從0到上閾值所需到上閾值所需的時間，如果上閾值為的時間，如果上閾值為2VCC/3，根據(jù)三要素法，根據(jù)三要素法，計算如下：計算如下：RCRCVVVRCtuuuutCCCCCCWCCCCW1 . 13

17、ln32ln)()()0()(ln第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形363、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用 74121 TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其中，集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其中，A1、A2和和B為觸發(fā)脈沖輸入端，可以選擇上升沿觸發(fā)或為觸發(fā)脈沖輸入端，可以選擇上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，為輸出。外接下降沿觸發(fā)，為輸出。外接Rext、Cext 充、放電元充、放電元件，也可選用內(nèi)部電阻（件，也可選用內(nèi)部電阻（2K左右）。左右）。 輸出脈沖的寬度為：輸出脈沖的寬度為： extextextextWCRCRt7 . 02ln第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形37使用內(nèi)部使用內(nèi)部R使用外接使用外接R、C輸出輸出

18、輸入輸入第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形38集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表的功能表 0011111101110010101010uOuOBA2A1輸輸 出出輸輸 入入第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形397.4.3 多諧振蕩器多諧振蕩器1、概述、概述 多諧振蕩器有兩個暫穩(wěn)態(tài)，不需要外加輸出多諧振蕩器有兩個暫穩(wěn)態(tài)，不需要外加輸出（或觸發(fā)）信號，就能在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間連續(xù)交（或觸發(fā)）信號，就能在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間連續(xù)交替轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生矩形脈沖信號。替轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生矩形脈沖信號。多諧多諧振蕩器振蕩器無輸入無輸入信號信號暫暫態(tài)態(tài)暫暫態(tài)態(tài)第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形402、用、用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器定

19、時器構(gòu)成多諧振蕩器 特點：將高、低特點：將高、低觸發(fā)端連接（施密觸發(fā)端連接（施密特觸發(fā)器）再外接特觸發(fā)器）再外接R、C第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形413、工作原理、工作原理無穩(wěn)定狀態(tài)，電源接通時輸出應(yīng)為隨機狀態(tài)。無穩(wěn)定狀態(tài)，電源接通時輸出應(yīng)為隨機狀態(tài)。輸出高電平時，內(nèi)部三極管截止，電源通過輸出高電平時，內(nèi)部三極管截止，電源通過R1、R2向向C 充電。充電。uC指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)uCVR1時，時，輸出為低電平，三極管截止。輸出為低電平，三極管截止。C通過通過R2放電，放電， uC指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)uCVR2時，時，輸出再次為高電平輸出再次為高電平 形成矩形波。形成矩形

20、波。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形424、工作波形、工作波形電容充放電容充放電波形電波形輸出波形輸出波形第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形435、參數(shù)計算、參數(shù)計算 T1 uC從從VR2到到VR1的充電時間的充電時間 充充 =（ R1 + R2）C、 uC（0）=VR1、 uC（）=VCC 如：如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，則：，則：CRRtCCCCCCCCeVVVtu)(13)(2ln)(3231ln)(21211CRRVVVVCRRTCCCCCCCC第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形44T2 uC從從VR1到到VR2的放電時間的放電時間 放放 = R2C、uC（0）=VR2、 uC（）

21、= 0 如：如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，則：，則：CRtCCCCeVtu0320)(2ln310320ln222CRVVCRTCCCC第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形45頻率與占空比頻率與占空比 輸出脈沖的周期、頻率輸出脈沖的周期、頻率2ln)2(2121CRRTTT2ln)2(121CRRf輸出脈沖的占空比（輸出脈沖的占空比（1/21/2）21212121122ln)2(2ln)(RRRRCRRCRRTTq第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形466、占空比可調(diào)的多諧振蕩器、占空比可調(diào)的多諧振蕩器 充電充電放電放電第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形47 利用利用RP調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1和和R2的比值

22、，可以達到調(diào)的比值，可以達到調(diào)節(jié)占空比的作用。節(jié)占空比的作用。 充電回路為：充電回路為：VCCR1VD1C地地（三極管截止）（三極管截止） 放電回路為：放電回路為：CVD2R2V（三極（三極管導(dǎo)通）管導(dǎo)通）地。地。因為：因為： 充充 = R1C 放放 = R2C 所以：所以：T1 = R1Cln2、T2 = R2Cln2。 T = T1 + T2 =（R1 + R2）C ln221121112ln)(2lnRRRCRRCRTTq第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形483、石英晶體振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器、石英晶體振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器 1）石英晶體的的特點：石英晶體的的特點： 當(dāng)外加信號的頻率當(dāng)外加信號

23、的頻率 f 等于等于石英晶體的固有頻率石英晶體的固有頻率f0時，時， 其其等效阻抗最小且為純電阻，信等效阻抗最小且為純電阻，信號最容易通過號最容易通過。利用石英晶體。利用石英晶體的這個特點，將其接入多諧振的這個特點，將其接入多諧振蕩器中，使多諧振蕩器的振蕩蕩器中，使多諧振蕩器的振蕩頻率僅由石英晶體的固有頻率頻率僅由石英晶體的固有頻率f 0決定。決定。 f f 0f = f 0時為純電時為純電阻，阻抗最小阻，阻抗最小第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形492）TTL非門與石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器非門與石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器 非門與電容非門與電容構(gòu)成構(gòu)成正反饋正反饋第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形50工作原

24、理工作原理 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) R 使使TTL非門工作在電壓傳輸特性的非門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)（轉(zhuǎn)折區(qū)（1.4V左右），使其具有較高的放大能左右），使其具有較高的放大能力。當(dāng)振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率力。當(dāng)振蕩頻率等于石英晶體的固有頻率 f0時，時，因為石英晶體等效阻抗呈現(xiàn)兩個特征：一是阻因為石英晶體等效阻抗呈現(xiàn)兩個特征：一是阻抗最小，信號最容易通過；二是為純電阻，附抗最小，信號最容易通過；二是為純電阻，附加相移加相移= 0，滿足振蕩的相位條件。所以，滿足振蕩的相位條件。所以，該電路的振蕩頻率為石英晶體的固有頻率該電路的振蕩頻率為石英晶體的固有頻率f0。而與外接電阻和電容的參數(shù)無關(guān)。而與外接電阻和電容的參數(shù)無關(guān)。第7章