第六章脈沖波形的產(chǎn)生和整形000001課件

1、第六章 脈沖波形 的產(chǎn)生和整形本章的重點： 1.施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器典型電路的工作原理，以及電路參數(shù)和性能的定性關(guān)系； 2555定時器的應(yīng)用； 3脈沖電路的分析方法。本章的難點： 分析脈沖電路時使用的是分析非線性電路過渡過程的方法，而且在分析電路時必須考慮集成電路在不同工作狀態(tài)下輸入端和輸出端的等效電路。因此，脈沖電路的分析方法是本章的難點。1第六章 脈沖波形 的產(chǎn)生和整形本章的重點：1第六章 脈沖波形 的產(chǎn)生和整形第一節(jié) 概述本章只討論矩形脈沖。矩形脈沖的主要參數(shù)：脈沖周期T；脈沖頻率：脈沖幅度VM；脈沖寬度tW；上升時間tr；下降時間tf； 本章討論三種脈沖電路：施密特觸

2、發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器。 每種電路都有三種構(gòu)成方式：集成；用門電路構(gòu)成；用555電路構(gòu)成。本章主要介紹用555電路構(gòu)成的脈沖電路。f = 1/T占空比q：q=tw /T .2第六章 脈沖波形 的產(chǎn)生和整形第一節(jié) 概述本章只討論矩形脈沖第二節(jié) 555定時器及其應(yīng)用一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能555電路又稱為集成定時器。1972年由Signetics公司推出。既有雙極型產(chǎn)品，也有MOS型產(chǎn)品。它們產(chǎn)品型號的最后3位數(shù)碼都是555.如：CB555 是國產(chǎn)雙極型電路；CH7555是CMOS型電路。清零端控制電壓閾值端、高觸發(fā)端觸發(fā)端、低觸發(fā)端放電端CB555電路結(jié)構(gòu)圖雙極型555電路CMO

3、S型555電路電源電壓范圍最大負載電流516V318V200mA4mA3第二節(jié) 555定時器及其應(yīng)用一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能 RD TH TR TD狀態(tài)低導(dǎo)通1低導(dǎo)通1導(dǎo)通低（不變）高截止11高截止（不變）VCOVCO 2電路的功能：當(dāng)在VCO端外接控制電壓時，閾值電壓將變化：變?yōu)閂CO;變?yōu)閂CO/2。有兩個閾值電壓：VR1=2VCC / 3 VR2=VCC / 3 隨著TH端和TR端的電壓不同，其工作狀態(tài)將發(fā)生變化：2VCC / 3VCC / 304 RD TH 二、構(gòu)成施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）（一）電路的特點： 1.輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換

4、時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入電平不同。 2.在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部 的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿很陡。工作原理： 分析輸入電壓由0V上升到VCC和由VCC下降到0V時，電路狀態(tài)如何變化。將TH端和TR端并聯(lián)作輸入端，接輸入電壓5二、構(gòu)成施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）（一0t0tVCCVCC/32VCC/3V T+:正向閾值電壓或上限閾值電壓VT- :負向閾值電壓或下限閾值電壓V= VT+ - VT- ： 回差電壓傳輸特性若改變VCO值VT+,VT-的值將改變。VOH0.01特點：由于有比較器，允許輸入信號慢變化；由于有觸發(fā)器，輸出端邊沿好

5、。V T+V T-60t0tVCCVCC/32VCC/3V T+:正向閾值電壓或（二）施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換2.脈沖整形3.脈沖鑒幅波形變換脈沖整形脈沖鑒幅7（二）施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換2.脈沖整形3.脈沖鑒幅（三）其他類型的施密特觸發(fā)器用門電路也可構(gòu)成施密特觸發(fā)器；還有集成的施密特觸發(fā)器。 用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器已很少使用，這里不作介紹。集成施密特觸發(fā)器既有TTL型，也有CMOS型。 如74LS14是集成施密特觸發(fā)六反相器；74LS132是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門。 如CC40106是集成施密特觸發(fā)六反相器；CC4093是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門。8（三）其他類型的施

6、密特觸發(fā)器用門電路也可構(gòu)成施密特觸發(fā)器； 三、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）電路的特點 1.有兩個狀態(tài)穩(wěn)態(tài)、暫穩(wěn)態(tài)； 2.在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回； 3.暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器tWtW由電路內(nèi)部參數(shù)決定暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)9三、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）電路的特點 1.有兩個狀RC（二）工作原理1.穩(wěn)態(tài)=VH , 設(shè)TD工作在飽和狀態(tài)，則：VC=VTH=0V, 555電路處于保持狀態(tài)，且一定是VO=VL， 這是因為若假設(shè)TD截止，則不合理。2.觸發(fā)555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為VO=VH此時TD截止，VC保持0V不變

7、。3.暫穩(wěn)態(tài)電容C充電 =VIL充其三要素為：(0)=0V,( )=VCC，=RC4.自動返回VCC+10RC（二）工作原理1.穩(wěn)態(tài)=VH , 設(shè)TD工作在飽和狀態(tài)VCC當(dāng) =2/3 VCC時，555電路翻轉(zhuǎn)為輸出VL,而 保持不變。5.恢復(fù)由于TD導(dǎo)通，電容C向TD放電，使 迅速下降為0V。RC充+4.自動返回11VCC當(dāng) =2/3 VCC時，555電路翻轉(zhuǎn)為輸(t)（三）參數(shù)計算VCCtW1.脈沖寬度tW得到公式：tWVCC0V2.恢復(fù)時間tre:tre=(35)rcec3.分辨時間td:td=tw+tretre（四）電路特點：窄脈沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖的最小周期觸發(fā)脈沖寬度要小于輸出脈沖寬度R

8、C2/3VCC12(t)（三）參數(shù)計算VCCtW1.脈沖寬度tW得到公式：tWt0VCCRC若條件不滿足可在輸入端加微分電路：13t0VCCRC若條件不滿足可在輸入端加微分電路：13（五）應(yīng)用1.整形改變輸入脈沖的占空比。2.定時（延時）控制脈沖被測脈沖&單 穩(wěn) 計數(shù)器CP輸出頻率值例1：數(shù)字頻率計。例2：延時觸發(fā)單穩(wěn)一單穩(wěn)二ttt000tW2tW1能輸出固定寬度的脈沖。寬度為1秒的正脈沖延遲時間為tW1，輸出脈寬為Tw2.14（五）應(yīng)用1.整形改變輸入脈沖的占空比。2.定時（延時）（六）其他類型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；也有集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。1.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 既有TTL

9、電路產(chǎn)品，也有CMOS電路產(chǎn)品。介紹74121。只介紹如何使用。有三個輸入端：A1,A2為下降沿觸發(fā)輸入端；B為上升沿觸發(fā)輸入端。有兩個互補的輸出端VO、VO。 電容需外接；電阻可選擇內(nèi)部的，也可外接。接法如圖?？捎霉δ鼙砘虿ㄐ螆D說明起工作原理。15（六）其他類型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；也有保持A端觸發(fā)B端觸發(fā)16保A端觸發(fā)B端觸發(fā)16工作波形：輸出脈寬的計算：從器件手冊可查到計算公式。74121的公式如下：tW 0.69RextCextRext的取值在2K 到30K 之間；Cext的取值在10pF到10 F之間。 tW的范圍在20nS到200mS之間。 也可使用內(nèi)部電阻Ri

10、nt代替外接電阻Rext。Rint約為2K 。 74121是不可重復(fù)觸發(fā)的。而74122是可重復(fù)觸發(fā)的。見圖示。17工作波形：輸出脈寬的計算：從器件手冊可查到計算公式。74122.CMOS微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）工作原理 輸入端微分電路提取 的上升沿。穩(wěn)態(tài)：=VDD，=0，=0。觸發(fā)：暫穩(wěn)態(tài)：=0，=VDD，=VDD。i充C充電 VDD三要素為：(0)=0，( )=VDD，=RC。自動返回：條件： VTH。+182.CMOS微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）工作原理 輸入端i充VDD=0，=VDD， VDD?；謴?fù)過程：電容C放電至起始狀態(tài)。所用時間為：Tre=(35)CRON（2）計算脈寬tW 等于 由

11、0V上升到VTH所用的時間：門G1的輸出電阻0.5VDD取消輸入微分電路會使輸出后沿變壞。+19i充VDD=0，=VDD， VDD。恢復(fù)過程：電容C放三、構(gòu)成多諧振蕩器（一）電路的特點（二）電路的原理不需輸入信號即可產(chǎn)生矩形脈沖。剛接通電源：=0V,TD截止。此時為暫穩(wěn)態(tài)1：i充C充電VCC三要素為：(0)=0V1/3VCC( )=VCC充=(R1+R2)C在t1時刻 =2/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。t1C放電0t2i放=VH ，進入暫穩(wěn)態(tài)2 =VL，TD導(dǎo)通。+20三、構(gòu)成多諧振蕩器（一）電路的特點（二）電路的原理不需輸入信VCCt1三要素為：(0)=2/3VCC，( )=0V，放=R2C0

12、在t2時刻 =1/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。t2（三）計算周期T=T1+T2i充i放充1/3vcc2/3vcc占空比：(#)+f = 1/T21VCCt1三要素為：(0)=2/3VCC，( )=0（四）改進電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器T1=R1Cln2T2=R2Cln2q=T=(R1+R2)Cln2解：可選VCC=5V由(#)式，且q=2/3可求出：R1=R2由于T=(R1+2R2)Cln2R1=48K選C=10 F代入上式求出R2=R1=48K上述電路占空比始終大于50%,且不可調(diào)。例：用CB555設(shè)計多諧振蕩器。要求T=1s,3vvMUT時，uo不反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2

13、010300tuo0tuo20tuo10tuAUT假設(shè)：開始時uo=00tuo0tuo20tuo10tuAUT當(dāng)uA=UT時，uo反轉(zhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2310tuo0tuo20tuo10tuAUT當(dāng)uA=UT時，uo0tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于電容電壓不能 突變,當(dāng)uo1 發(fā)生下跳時,uA有一突變。U123RRS100CAuo1uouo2320tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于電容電壓不能 0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，uo2 uo1，電容反向充電,uA上升。只要uA UT，uo就不反轉(zhuǎn)。t112

14、3RRS100CAuo1uouo2330tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，uo2 0tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)uA=UT 時(t2) ，uo、uo1、uo2 再次反轉(zhuǎn)。t2123RRS100CAuo1uouo2340tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)uA=UT 時(0tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電容電壓不能突變，所以uA 上跳，然后uA開始下降電流方向123RRS100CAuo1uouo2350tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU 輸出信號的周期近似為:T = 2.2 RC123RRS100CAuo1uouo236T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU 輸出信號的周期練習(xí)自我檢測題