【大学课件】脉冲产生与整形电路PPT.ppt

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1、内容简介1.概述2.单稳态触发器3.施密特触发器4.多谐振荡器5.555定时器及其应用 重点内容1.多谐振荡器2.555定时器工作原理,http:/,第七章脉冲产生与整形电路,教学目标:理解掌握单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的工作原理，及555定时器的工作原理及使用方法。,http:/,第七章脉冲产生与整形电路,学时安排：6 学时课后作业:7.5、7.12、7.13,http:/,第七章脉冲产生与整形电路,7.1 概述,1.脉冲信号:脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形，如图所示。图（a）是方波，图（b）是矩形波，图（c）是尖顶脉冲，图（d）是锯齿波，图（e）是钟形脉冲。它们都

2、可以通称为“脉冲信号”。,http:/,脉冲波形的不同形状,7.1 概述,2.在数字电路中，要控制和协调整个系统的工作，常常需要时钟脉冲（CP）信号，获得这种矩形脉冲的方法：一是利用多谐振荡器直接产生，二是通过整形电路变换得到。多谐振荡器可通过门电路、石英晶体或集成555定时器三种方式构成。整形电路可分为施密特触发器或单稳态触发器，它们可以使脉冲的边沿变得陡峭，形成满足要求的矩形脉冲，脉冲波形的特性主要用图中所示的参数来描述。,http:/,描述矩形脉冲的主要参数,7.2单稳态触发器,单稳态触发器也有两个状态：一个是稳定状态，另一个是暂稳状态。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定状态；当有

3、触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后，能够自动返回到稳定状态。,http:/,7.2单稳态触发器,1、电路组成 如下图所示。门G1的输出经微分电路RC接到门G2的输入端，门G2的输出直接耦合到G1的输入端。电路处于稳态时，ui为高电平，u01为低电平，为了使u02可靠为高电平，对于TTL芯片74LS00应选择RROFF，一般取R0.7K。但对于CC4011的MOS门输入阻抗高，外接电阻R的大小不会影响其稳态，则不受ROFF限制。,http:/,7.2单稳态触发器,http:/,7.2单稳态触发器,2、工作过程 电源接通后，在没有外来触发脉冲时（uI为高电

4、平）电路处于稳定状态：uO1=UOL，uO=UOH。为此，必须保证RdRON（开门电阻），RROFF(关门电阻)。根据稳态时的部分电路图所示的等效电路，非门G2的输入 为了讨论方便，假定uI2=UOL，则此时电容C上没有电压。,http:/,7.2单稳态触发器,http:/,稳态时的部分电路,7.2单稳态触发器,二、集成单稳态触发器 集成单稳态触发器分为可重触发型和不可重复触发型两种。不可重触发单稳态触发器，是指在暂稳定时间tw之内，若有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何反应，如图（b）所示。可重触发单稳态触发器，是指在暂稳定时间tw之内，若有新的触发脉冲输入，可被新的触发脉冲重新触发，如图（

5、c）所示。,http:/,7.2单稳态触发器,1.CMOS集成单稳态触发器 CC4528B的引脚图如图所示。,http:/,7.2单稳态触发器,2.TTL集成单稳态触发器 常用的TTL集成单稳态触发器，有不可重触发单稳态触发器54LS121/74LS121，54LS221/74LS221，可重触发单稳态触发器54LS123/74LS123，54LS122/74LS122等。54LS121/74LS121的逻辑符号如图 所示。,http:/,(b)逻辑符号,7.2单稳态触发器,三、单稳态触发器应用举例 应用1.脉冲整形。脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发

6、器进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号ui加到单稳态触发器的输入端，输出端便可得到符合要求的矩形脉冲u0。如图所示。,http:/,7.3施密特触发器,施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，利用它可以将正弦波、三角波以及其它一些周期性的脉冲波形变换成边沿陡峭的矩形波。另外，它还可以用作脉冲鉴幅器、比较器。施密特触发器是一种受输入信号电平直接控制的双稳态触发器。它有两个稳定状态，在外加信号的作用下，只要输入信号变化到某一电平时，电路就从一个稳定状态转换到另一个稳定状态，而且稳定状态的保持也与输入信号的电平密切相关。下图是这种电路的工作波形。,http:/,7.3施密特触发器,http:/

7、,7.3施密特触发器,一、用门电路组成的施密特触发器 下图所示电路是由TTL门电路构成的施密特触发器。图中，V为电压偏移二极管，R1、R2为分压电阻，电路的输出通过电阻R2进行正反馈。下面我们来分析电路的工作原理。,http:/,7.3施密特触发器,假设在接通电源后，电路输入为低电平uI=UOL，则电路处于如下状态：uO1=UOH，uO=UOL。如果不考虑G1门的输入电流，uI1的电压为：,http:/,7.3施密特触发器,其中，UD为二极管的导通压降。当uI上升到门电路的阈值电压UTH时，由于uI1的电压还低于UTH，电路仍然保持这个状态不变；随着uI的继续升高，当uI1也上升到UTH时，电

8、路将产生如下正反馈过程：,http:/,7.3施密特触发器,结果使电路的状态迅速翻转为：uO1=UOL，uO=UOH，这是电路的另一个稳定状态。那么这一时刻的输入电压uI就是电路的正向阈值电压UT+，将uI=UT+，uI1=UTH带入式9-21可得：当uI从UT+再升高时，电路的状态不会发生改变。,http:/,7.3施密特触发器,当uI从高电平下降时，只要下降到uI=UTH，由于电路中的正反馈作用，电路状态立刻发生翻转，回到初始的稳定状态。可见，电路的负向阈值电压UT-=UTH。所以该电路的回差电压为:因此，通过改变电阻R1和R2的比值，可以调整回差电压。,http:/,7.3施密特触发器,

9、二、集成施密特触发器 由于性能稳定，所以在数字系统中集成施密特触发器被广泛采用。目前，各厂家已经生产出多种单片集成的施密特触发器产品。74LS132是一种典型的集成施密特触发器，其内部逻辑图和引脚排列如图9-25（a）所示。74LS132内部包括四个相互独立的两输入施密特触发器，每一个触发器都是以基本的施密特触发电路为基础，在输入端增加了与的功能，在输出端增加反向器，所以我们将其称为施密特触发的与非门，其逻辑符号如图（b）所示,http:/,7.3施密特触发器,http:/,集成施密特触发器74LS13274LS132的引脚排列和内部逻辑图(b)施密特触发与非门的逻辑符号,7.3施密特触发器,

10、74LS132的输出信号Y与输入信号中 A、B只要有一个低于施密特触发器的负向阈值电平，输出Y就是高电平；只有当A、B同时高于正向阈值电平时，输出Y才为低电平。在使用+5 V电源的条件下，集成施密特触发器74LS132的正向阈值电平UT+=1.52.0 V，负向阈值电平U T-=0.61.1 V，回差电压UT的典型值为0.8 V。,http:/,7.3施密特触发器,三、施密特触发器的应用1 波形变换 利用施密特触发器在状态转换过程中的正反馈作用，可以将边沿变化缓慢的周期性信号（如正弦波、三角波等）变换成边沿陡峭的矩形脉冲。在图中，施密特触发器的输入是一个直流分量和正弦分量相叠加的信号，只要输入

11、信号的幅度大于施密特触发器的正向阈值电压UT+，在触发器的输出端就可得到相同频率的矩形波。,http:/,7.3施密特触发器,http:/,7.3施密特触发器,2 脉冲整形 矩形波经过传输后波形往往会发生畸变，其中比较常见的有图所示的三种情况：（a）矩形波的边沿变缓；（b）在矩形波的边沿处产生振荡；（c）矩形波被叠加上干扰。无论哪一种情况，只要设置好合适的UT+和UT-，均能获得满意的整形效果。,http:/,7.3施密特触发器,http:/,3 脉冲幅度鉴别 利用施密特触发器的输出取决于输入幅度的特点，可以将其用作脉冲幅度鉴别电路。如图所示，在施密特触发器的输入端输入一系列幅度不等的矩形脉冲

12、，根据施密特触发器的特点，对应于那些幅度大于UT+的脉冲，电路有脉冲输出；而对于幅度小于UT+的脉冲，电路则没有脉冲输出，从而达到幅度鉴别的目的。,7.3施密特触发器,http:/,7.4多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为多谐振荡器，又称方波发生器。一、对称多谐振荡器 1.由CMOS六反相器CC4009UB构成的多谐振荡器，如图所示。图中两个反相器之间经C1和C2耦合形成正反馈回路。合理选择RF1和RF2使G1、G2工作在传输特性的转折区，这时，G1和G2都工作在放大区。由于G1、G2的外

13、电路对称，因此，又称其为电容反馈式对称多谐振荡器。,http:/,电容反馈式对称多谐振荡器,7.4多谐振荡器,2.工作过程电路的工作波形如图所示。,http:/,电容反馈式对称多谐振荡器的工作波形,7.4多谐振荡器,3.振荡周期的计算：取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，UTH=1.4V，UOH=3.6V，UOL=0.3V，则：T=2tw1.4RFC 二、环形振荡器 由三个非门构成的环形振荡器(即方波发生器)如图所示。,http:/,7.4多谐振荡器,三、石英晶体多谐振荡器,http:/,石英晶体的等效电路、电路符号、阻抗频率特性分别如图(a)(b)(c)所示。,7.5 555定时器及其应

14、用,一、555定时器的电路结构与功能:尽管555定时器产品的型号繁多，但它们的电路结构、功能及外部引脚排列都是基本相同的。在Philips公司生产的555定时器的结构图中，它主要由三个阻值为5 k的电阻组成的分压器、两个高精度的电压比较器C1和C2、基本RS触发器以及一个作为放电通路的晶体三极管V组成。为了提高电路的驱动能力，在输出级又增加了一个非门G。在结构图中，引脚旁的数字为8引脚封装的555定时器产品的引脚编号。,http:/,7.5 555定时器及其应用,http:/,7.5 555定时器及其应用,二、555时基集成电路的分类555时基集成电路按内部元件分类，可分为TTL型555（电源

15、电压为4.5V5V）和CMOS型555（电源电压为2V18V）两大类，按芯片内包含的定时器的个数可分为单时基定时器555和双时基定时器556两种类型。按封装分类又可分为8脚T099型，8脚双列直插型和14脚双列直插型三种.,http:/,8脚TO99型,8脚双列直插型,556双进基电路的封装,7.5 555定时器及其应用,三.555时基集成电路的功能无论是日立公司产的HA17555（日本），莫托罗拉（美国）公司产的MCI555，还是上海无线电十四厂产的CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。,http:/,555时基集成芯片功能表,7.5 555定时器及其应用,定时器555芯片是一种用

16、途广泛的多功能集成电路，只需要外接少量的R、C元件就可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等。由于555定时器有较好的带负载能力，使用方便灵活，因此，获得广泛的应用如下表所示。,http:/,7.5 555定时器及其应用,http:/,小 结,http:/,数字系统中所需要的脉冲信号，一是由脉冲发生器直接产生，二是通过整形电路将已有的周期性波形变换成矩形波。单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器是脉冲产生与变换中的常用三种电路。单稳态触发器的显著特点是：在无外加信号时，它工作于稳态，只是在触发脉冲信号作用下才由稳态翻转为暂稳态。经过一段时间后，它又自动返回稳态。单稳态触发器输出脉冲宽度(即暂稳态时间)由电路定时参数R、C决定，而与输入触发信号无关。单稳态触发器可用脉冲整形(对脉冲信号的宽度、幅度进行变换)、定时与延时。多谐振荡器不需要外加输入信号，只要接通电源就能自行产生矩形脉冲信号，其输出脉冲频率由电路参数R、C决定，在要求脉冲频率稳定性要求高的场合应采用石英晶体多谐振荡器。施密特触发器输出有两个稳态。输入信号上升到上限阈值UT+时，输出从一个稳态转换到另一稳态，下降到下限阈值UT-时，输出又转换到第一状态。上、下阈值不同，具有回差电压UT。,