脉冲波形的产生与整形ppt课件.ppt

第六章 脉冲波形的产生和整形,6.1 概述6.2 施密特触发器6.3 单稳态触发器6.4 多谐振荡器6.5 555定时器及其应用,6.1 概述,数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。,最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,一、获取矩形脉冲的途径： 1、利用各种多谐振荡器电路直接产生； 2、通过整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。,二、定量描述矩形脉冲的特性的几个主要参数：,6.2 施密特触发器,特点：1、对于正向和负向增长的输入信号，电路的触发转换电平不同；一般地，VTVT，而二者之差为回差电压T） 2、可以使输出电压波形的边沿变得陡峭。,类型：分为带反相功能的和同相功能的施密特触发器两类。,电压传输特性,一、特点和类型；,二、典型电路分析,用CMOS组成的施密特触发器 VTH=1/2VDD,分析：（1）VI0，VO0V；VI1，VOVDD,（2）VI，VO0V，,令 ，代入得，,（3）VI，VOVDD，,TVTVT,令 ，代入得，,由以上可知，改变R1，R2的比值可以调节VT、VT、T但是R1R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。,三、施密特触发器的应用(1) 波形的变换利用施密特触发器可将正弦波、三角波等变换成矩形波。,（2）脉冲整形 数字系统中，矩形脉冲经传输后往往会发生波形畸变，可利用施密特触发器进行脉冲整形。,(3) 幅度鉴别 只有脉冲信号的幅度大于VT+的脉冲，电路才输出一个脉冲，而幅度小于VT+的脉冲，电路无输出脉冲。,作业：6.2 、6.3,6.3 单稳态触发器,一、特点、类型及应用 二、分析方法：波形分析法 三、典型电路分析：,一、1、特点：（1）有稳态和暂稳态两个工作状态；（2）在外界触发脉冲作用下，输出能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回稳态；（3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。,自动返回,外部触发,问题：什么是稳态？什么是暂稳态？,如何确定触发脉冲的类型和为什么会自动返回？,如何确定暂稳态维持时间？,2、类型：微分型和积分型。,3、应用：脉冲整形、延时及定时等。,二、单稳态触发器的分析方法：波形分析法（P356）,1、 确定电路的稳态、暂稳态，以及触发脉冲类型；2、分析电路工作过程，定性画出各关键点电压波形，找出决定电路状态发生转换的控制电压；3、画出控制电压充、放电的等效电路，并化简；4、确定控制电压充、放电的的起始值、终了值和转换值；,5、利用公式 ， 计算充、放电时间，求所需的计算结果。,三、积分型单稳态触发器的工作原理,t1,（1）在 vi 脉冲到来以前，vo1是高电平，vo是高电平。,vo,vi 正跳变,vo1 负跳变,vA 不突变,C放电,vA下降直到VTH,vo负跳变,vo上跳； vA继续下降,VTH,t2,TTL门电路,取值不能太大,（3）充、放电等效电路：,放电：,vi,vo1,vA,vo,t1,VTH,t2,（4）输出脉冲宽度tw： VC（0）VOH，VC（）0， VC（th）VTH，(RRO)C,恢复时间：tre(35)( RRO)C；,tTR,分辨时间：tdtretTR,回答: 有!,问题：对触发脉冲宽度tTR有无要求?,vo,要求：触发脉冲的宽度必须大于输出脉冲宽度,一、定义、特点 二、分析方法：波形分析法 三、典型电路分析：,一、1、定义：是一种自激振荡器，在接通电源后，不需外加触发信号，就能自动产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，习惯上又称为多谐振荡器。,2、特点：无稳态，两个暂稳态，称为第一暂稳态，第二暂稳态。,6.4 多谐振荡器,二、分析方法：波形分析法（P356）,确定电路的第一暂稳态，第二暂稳态；分析电路的工作过程，定性画出电路中各点电压的波形， 找出决定电路状态发生转换的控制电压；画出控制电压充放电的等效电路，并将得到的电路化简；确定关键控制电压充放电的起始值、终了值和转换值；计算充放电时间，求出所需计算结果。,6.4.1 对称式多谐振荡器,只要适当选择RF1、RF2的大小，就可使两个与非门的静态工作点均处于线性区或转移区。,第一暂稳态：VI11， VO10， VI20， VO21 第二暂稳态：VI10， VO11， VI21， VO20,三、典型电路分析：,C1充电,C2放电,高电平脉冲宽度T1：VC1（0）VIK，VC1（）VE1， VC1（th）VTH，RE1C1,C1充电,若RF1 RF2、C1C2C，则电路振荡周期：,VE1、RE1的值参考 P330 式（6.4.2）和式（6.4.3）,（3）放电过程T2：,6.4.4 由施密特触发器构成的多谐振荡器,（1）第一暂稳态：VI0，VO1;第二暂稳态：VI1，VO0,VI(0)VT-，VI()VDD，VI(th)VT,VI(0)VT，VI()0，VI(th)VT-,（3）充电过程T1：,问题：占空比=？ 如何使占空比可调（P339）,若使用的是CMOS施密特触发器，则VOHVDD，VOL0,（2）波形：,石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。,振荡器振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率f0。,6.4.5 石英晶体多谐振荡器,组成方法：在多谐振荡器中接入石英晶体,而石英晶体的谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决定，故具有极高的频率稳定性。,6.5 555定时器及其应用,555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器。,6.5.1 电路结构及功能； 6.5.2 用555定时器构成施密特触发器； 6.5.3 用555定时器构成单稳态触发器； 6.5.4 用555定时器构成多谐振荡器。,（1） 一个由三个相等电阻组成的分压器;,（2）两个电压比较器: C1、C2 ;,（3）一个基本 RS 触发器;,（4）一个反相器和一个晶体管TD。,6.5.1 电路结构及功能（CB555）,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供基准电压: C1 的为 2VCC / 3 , C2 的为 VCC / 3 。,复位端低电平有效,阈值端,触发端低电平,控制端, VI由0升高的过程：当VI =0时， VO=1 ；, VI由1降低的过程：当VI =1时， VO=0；,6.5.2 用555定时器构成施密特触发器,晶体管TD,当VI 2VCC/3时， VO=0 。 VT+= 2VCC/3,当VCC/3VI 2 VCC/3时，保持；,当VCC/3VI 2 VCC/3时，保持；,当VI VCC/3时， VO=1 。 VT-= VCC/3,6.5.3 用555定时器组成单稳态触发器,（1）稳态时VI1, VO0，VC0，触发脉冲负脉冲。,（2）波形：,（3）计算脉冲宽度tW：,VC(0)0 ，VC()VCC，VC(th)2/3 VCC,触发脉冲要求：宽度必须小于输出脉冲宽度。, 思路：,555,存在问题：一般门的带负载能力较差，而充放电的电流较大，不宜直接用门的输出提供充放电的电流，怎么办？,解决办法：构造一个和VO逻辑关系一致的点，来代替门的输出提供充放电的电流，这个点如何构造？,6.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,电路的实现：,三极管与R1配合接成一个反相器，输出VO与VO逻辑关系一致，可用VO代替VO提供充放电回路。,工作过程分析与参数计算,（1）第一暂稳态：VI0，VO1； 第二暂稳态：VI1，VO0（2）波形：,放电期间T2： =R2C ，VC(0)2/3 VCC，VC()0，VC(th)1/3 VCC,（3）计算时间参数：,充电期间T1：=(R1+R2)C，VC(0)1/3 VCC，VC()VCC，VC(th)2/3 VCC,问题：占空比=？如何使占空比可调？P355,本章小结,1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路的工作原理，以及电路参数和性能的定性关系；2、脉冲电路的分析方法。3、 555定时器的应用；,