第1章脉冲电路.ppt

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1、电子电路基础(II),学习方法,课堂学习与课后复习相结合,系统性概念与典型例题相结合,集中思想、独立思考,勤！,理论学习与电路实践相结合,懒！,本课程总体要求,围绕电子信号的产生、传输与处理的线索内容多/课时少/要求高在元器件物理机理理解的基础上注重：元器件/芯片性能特性、工作机制与电路 分析方法的理解、掌握,本课程主要内容,1、脉冲电路,2、主要元件：二极管、三极管、场效应管,3、放大电路（差分放大、多级放大、功率放大）,4、反馈,5、频响特性,6、振荡电路,7、AD/DA,第1章 脉冲电路,1.1 概述 1.2 施密特触发器1.3 单稳态触发器 1.4 多谐振荡器1.5 555定时器,1.

2、1 概述,一、脉冲信号,脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。,(a)矩形波,(b)方波,1.1 概述,在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。,1.1 概述,1.1.2、脉冲信号的参数,脉冲幅度,脉冲周期,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比D脉冲宽度与脉冲周期的比值，DtW/T。,1.1 概述,1.1.3、脉冲产生电路的暂态分析,脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。,

3、开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC()为0，即电容器相当于开路。,令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历的时间tW（脉冲宽度）可用下式计算：,电路的时间常数=RC，决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为,1.1 概述,1.2 施密特触发器,施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。,工作特性：,具有两个稳态；属于电平触发 电路状态转换时，上升与下降时对应的不同阈值电压。,电压传输特性,输入信号上升时对应的转换电平VH，称为正向阈值电压；输入信号下降

4、时对应的转换电平VL，称为负向阈值电压；差值VVHVL，称为回差电压。,1.2 施密特触发器,反相输出的逻辑符号,同相输出的逻辑符号,反相输出电压传输特性,1.2 施密特触发器,正弦波矩形脉冲波,将变化较慢的上升/下降沿变得更陡峭,增大回差电压，有利于抗干扰（输出信号幅度）,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,1,R1,vo,1,vi1,vi,R2,vo1,vi,vo1,vo,vOH,vOL,vOL,vOH,v+,v-,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,IN一开始为0V，则Q1截止，Q2饱和导通，Q2集电极输出低电平,输入升高，Q1开始导通，Q1集电极电压下降

5、，降低到触发电平，Q2转而截止，Q2集电极输出高电平,输入电压继续升高，只会保持Q1导通Q2截止的状态，电路输出不变,输入电压降低，当使得Q1的基极电压比Q2的基极电压低时，Q2将开始导通，Q1集电极电流减小，其集电极电压上升，加快 Q2导通，电路切换回Q1截止Q2饱和导通,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,正向阈值电压,反向阈值电压,1.2 施密特触发器,一、集成施密特触发器TTL系列,7413图形符号,1.2 施密特触发器,一、集成施密特触发器CMOS系列,40106,1.2 施密特触发器,1.2.3、施密特触发器的应用,1.波形变换,施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期

6、性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。,1.2 施密特触发器,2.波形整形,通过施密特触发器整形,可以消除振铃与干扰。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。,一系列幅度不同的脉冲，需要对其中幅度达到一定大小的脉冲计数，可以通过设置阈值电压，鉴出脉冲,1.2 施密特触发器,3.脉冲鉴幅,1.3 单稳态触发器,单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路，简称单稳。,由外界触发,自动返回,工作特性：,它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。,

7、1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,（1）没有触发信号时电路工作在稳态 当没有触发信号时，输入低电平，G2的输入端经电阻R接至+V，VA为高电平，因此G2输出Q为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：Q0。,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,（2）触发信号暂稳态 当触发信号时，G1输入高电平，G1的输出为低电平，电容电压不能跃变，使得G2的输入为低，G2输出Q为高电平；同时电源V通过R给电容充电。高电平Q反馈到门G1的输入端，此时即使输入触发信号撤除，

8、仍能维持门G1的低电平输出。,1.3 单稳态触发器,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态电容充电，使得门G2的输入端电压升高，达到触发电平，G2反转，输出Q为低电平，反馈到门G1的2个输入均为0，其G1输出为高电平；而电容电压不能跃变，因此门G2的输入端有一个正向跳变，然后进入恢复期。,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,输出脉冲宽度,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,单稳态触发器图形符号,单稳态触发器接法,1.3 单稳态触发器,1.3.2 集成单稳态触发器,非重复触发单稳态触发器,1.3 单稳态触发器,1.3.2、集成单稳态触发器,可重

9、复触发触发器,1.3 单稳态触发器,集成单稳态触发器,74121,内部2K电阻,1，A1和A2中的任一个输入低电平，B出现上升沿（）；2，B输入高电平，A1和A2的至少其中一个出现下降沿（）,触发条件,1.3 单稳态触发器,集成单稳态触发器典型应用与接法,1.3 单稳态触发器,可重复触发触发器74122,内部10K电阻,触发条件：与门输出出现上升沿,脉冲宽度约为,1.3 单稳态触发器,1.3.3、单稳态触发器的应用,1.脉冲整形,单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲。幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。,单稳态触发器

10、的整形波形,1.3 单稳态触发器,2、选通定时,由于单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。,单稳态触发器的定时波形,1.3 单稳态触发器,3.脉冲信号延时,脉冲延时宽度,1.4 多谐振器,多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。,无稳态多谐振荡器，工作状态在两个暂稳态之间自主切换，电路输出始终在振荡，用于产生时钟信号。,1.4 多

11、谐振器,1.4.1 环形振荡器,假设在时间点0，非门I1的输入由0变到1。经I1传播时延t，其输出（也即I2的输入）在t1由1变为0。再I2的时延 t，非门I3的输入在t2由0变为1，并使非门I1的输入端在t3由1变到0,1.4 多谐振器,1.4.2 施密特触发器构成多谐振荡器,开始上电，C两端电压为零，1低，2高电容C充电 1增高到VH，2低 电容C放电 1降低到VL 2高 C再次充电。,1.4 多谐振器,1.4.3 单稳态触发器构成多谐振荡器,两片74121单稳态触发器构成多谐振荡器。开始时工作在稳态，Q1、Q2均为低。如果将开关SW断开，1B，触发Q1为高。经t1后，Q1回到低，2A1，

12、触发Q2为高。经t2，Q2回到低，1A1、1A2，Q1为高。,1.5 555定时器,或非门构成RS触发器（高电平有效）,与非门构成RS触发器（低电平有效）,真值表,1.5 555定时器(芯片),555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同,1.5 555定时器,真值表,直接置 0 端 RD 低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1.,1.5.2 用555定时器构成施密特触发器,1.5 555定时器,当输入为低电（小于,）时，输出为高电平VCC；当输入为高电平（大于,）时，输出为低电平（0）当输

13、入介于这两个电压之间时，输出保持不变。,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,电路连接图,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,初始，触发输入高电平（低电平有效），接通电源，电源通过电阻R向电容C充电，U6上升导致RS触发器置1，Uo=0，Q1导通，电容C又通过导电管V1迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态，输出低电平。,1、初始稳态,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,当触发输入电平低于 时，1/3 Vcc,比较器高电平，RS触发器置0，Q1截止，电源经由R1对C1充电，暂稳态开始,2、低电平触发进入暂稳态,1.5.3 用5

14、55构成单稳态触发器,1.5 555定时器,充电过程使C1上的电压逐渐上升到2/3 Vcc,比较器A高电平，RS触发器置1，Q1导通，Uo=0，电容C又通过导电管Q1迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态，输出低电平。,3、恢复期,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,1、电源接通，电容电压0，B高，RS置0，Q1关，输出高,2、电容电压2/3，A高，RS置1，Q1开，输出低，电容放电,3、电容电压1/3，B高，RS置0，Q1关，输出高，电容充电,

15、1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,TmTs，占空比将大于50%,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,占空比小于50%的矩形脉冲信号产生,在R2两端并联一个二极管，在C1充电过程中使R2被旁路,只要R1比R2小,将振荡器A的输出电压uo1，接到振荡器B中555定时器的复位端（4脚）。当uo1为高电平时振荡器B振荡，当uo1为低电平时555定时器复位，振荡器B停止振荡。,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,第1章 小结,1.正确理解施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理及应用2.熟悉不可重复单稳态触发器74121工作原理及应用3.熟练掌握555定时器的工作原理及应用，利用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作方法；,