脉冲的产生和整形电路15

第15章脉冲的产生和整形电路本章学习目标15.1锯齿波电压发生器和多谐振荡器15.2单稳态触发器15.3施密特触发器本章小结本章学习目标1．掌握锯齿波的参数，理解锯齿波电压发生器原理，了解自举补偿锯齿波电路的工作原理。2．掌握多谐振荡器的电路形式、工作原理及振荡周期的估算方法。3．掌握与非门组成的单稳态触发器电路特点及工作原理。4．了解施密特触发器的电路特点及工作原理。15.1锯齿波电压发生器和多谐振荡器15.1.1锯齿波电压发生器15.1.2多谐振荡器15.1.1锯齿波电压发生器锯齿波电压在示波器、雷达、自动控制和测量仪器等设备中广泛应用。一、锯齿波电压的参数1．扫描期T1：要求在T1时间内电压随时间线性变化。2.回扫期TB：电压在此期间迅速回到起始值，要求越小越好。3．休止期TN：是扫描结束到下次扫描开始的间隔时间。4．恢复期T2：T2=TB+TN。5．重复周期T：T=T1+T2。6．频率f：f=1/T。7．扫描幅度Vm：扫描期内电压的幅值。二、锯齿波电压发生器基本原理1．工作原理：利用电容器的缓慢充电和快速放电的过程，在电容器两端得到锯齿波电压。2．工作过程：初始时开关S闭合，VC=0。若将S断开，C开始充电，=RC，VC按指数规律上升，经短暂时间T1(T1)后再将S闭合，C快速放电。不断重复上述过程，就可以得到锯齿波。3．简单的锯齿波电压发生器：用晶体管V代替开关S，在V的基极输入连续的矩形波，让V交替地工作在截止与饱和状态，就可以获得锯齿波电压。三、自举补偿锯齿波电路+VG为电源；V2是射极跟随器；V1起开关作用；C1为自举电容器；V3是隔离二极管。1．电路：2．要求：自举电容C1电容量足够大。3．工作原理：V1截止时，电容C充电，V2输出锯齿波正程电压；V1饱和导通时，C迅速放电，V2输出锯齿波逆程电压。同时+VG通过V3、、C1、Re对C1再充电补足被放掉的电荷。15.1.2多谐振荡器在电路数字系统中，经常要处理脉冲的产生、延时、整形等问题，多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器可以实现这些功能。多谐振荡器：能自动反复输出矩形脉冲的自激振荡电路，是无稳态电路。无稳态电路：不需要外加触发信号，电路的输出状态会在高、低电平两种状态间反复不停的翻转，没有稳定的状态。一、用非门组成的多谐振荡器1．结构特点输出端与输入端接有反馈线，电路成环形。2．工作原理3.起振条件(R+R1)≤0.85k；R0.8k。4.实现电路用一块T081型四非门或一SN74S04型六非门集成电路实现。用一块SN7400型四2输入与非门或CC4011型四2输入与非门，把每个与非门的输入端并接后改为非门来实现。二、环形多谐振荡器的改进电路2．参数选择：电位器R为1k，C为15pF；1.改进电路：原电路中的R用电位器来代替，构成频率可调的多谐振荡器。3．频率可调范围：1.4~8MHz4.带石英晶体的环形振荡器特点：提高频率的稳定性；电路输出的工作频率决定于石英晶体的串联谐振频率f。15.2单稳态触发器15.2.1用与非门组成的单稳态触发器15.2.2单稳态触发器集成电路简介单稳态触发器：有一个稳定状态和一个暂稳态的触发器。主要应用：延时、整形等方面。15.2.1用与非门组成的单稳态触发器1．电路组成：两个与非门；一个积分电路。2．工作原理：电路处于稳态→外加触发信号，电路翻转为暂稳态→自动返回到稳态。（1）电路的稳态无论vI是高电平还是低电平，G2处于关闭状态，输出vO为高电平，这是电路的稳态。（2）外加触发信号，电路翻转为暂稳态设稳态时vI为低电平。当vI电平由低变高时，由于vC不能突变仍保持高电平，则使vO电平从高变低；随电容C的放电过程进行，vC将下降，维持G2开通的条件将被破坏，因此G2开通的状态是暂时的，是暂稳态。（3）自动返回到稳态当vC下降到关门电平时，G2由开通返回到关闭状态，vO由低电平返回到高电平。3．正常工作条件：输入正脉冲vI的宽度tpI一定要大于单稳态的输出脉冲宽度tp。4．弱点：正常工作依赖输入脉冲宽度。5．改进措施：采用负窄脉冲触发的积分型单稳电路。15.2.2单稳态触发器集成电路简介一、CT74121型单稳态触发器简介1．引线排列2．功能说明：表示任意值；↓表示电平从高到低的跳变；↑表示电平从低到高的跳变；单稳态触发器输出脉冲的宽度由定时元件R和C决定。“高”表示高电平脉冲；“低”表示低电平脉冲。使用：Cext是外接电容端，Rint是内部电阻端，Rint/Cext是外接电阻和电容公共端。接法：二、CT74LS123双单稳态触发器简介1．引脚排列2．使用在直接复位端输入低电平脉冲，可提前终止输出脉冲，迫使脉冲变窄，由tp变为tp′。此芯片具有重复触发功能，可使输出脉冲加宽。外加负脉冲终止输出脉冲重触发脉冲加宽输出脉宽3．功能表CT74LS123控制功能低高1↓16低高↑015触发暂稳态低高10↑41003稳态1012清零1001Q说明输出输入序号QDRTRTR例：由CT74LS123组件接成的两级单稳态定时电路。单稳态触发器应用举例单稳态触发器在脉冲系统中有着广泛的应用。工作波形：15.3施密特触发器15.3.1用与非门组成的施密特电路15.3.2集成施密特触发器电路简介15.3.1用与非门组成的施密特电路一、工作原理1．电路构成电路特点：具有两个稳态；电路存在回差现象。2．工作原理第一稳态→输入信号作用→第二稳态→输入信号作用→回到第一稳态。3.工作特点是一个双稳态电路；电路状态的翻转依赖于外触发信号电平。二、滞回特性1.下限门槛电压VTL：在输入电压下降过程中，施密特触发器的输出电平由低变高时的输入电压。又称下触发电平。2.上限门槛电压VTH：在输入电压上升过程中，施密特触发器的输出电平由高变低时的输入电压。又称上触发电平。3.回差(滞回电压)：VTH与VTL之间的差值；即VH=VTHVTL4.滞回特性：施密特触发器由第一稳态翻转到第二稳态的上限门槛电压VTH与第二稳态翻转到第一稳态的下限门槛电压VTL存在差值的现象。15.3.2集成施密特触发器电路简介集成施密特触发器性能一性好，触发电平稳定。一、TTL集成施密特触发器CT7414型六施密特反相器二、CMOS集成施密特触发器CC40106和CC4093是国产CMOS施密特触发器的典型产品。施密特触发器应用举例一、波形的变换和整形1.将连续变化的波形，如正弦波、三角波等变换成矩形波。2.将发生畸变的矩形波整形。注：施密特触发器的输出信号与输入信号是反相的，如果要求输出与输入信号同相，可在施密特触发器的输出端再接一级反相器。二、构成多谐振荡器注：振荡频率可通过改变R和C的大小来调节。将施密特反相器的输出端经RC充放电电路与输入端相连。电路：工作波形：本章小结一、锯齿波电压发生器锯齿波和矩形波是两种电子设备常用的电压波。自举补偿锯齿波电路是产生锯齿波电压的电路。二、多谐振荡器用集成与非门组成的环形多谐振荡器是产生矩形波的一种电路。三、单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态，在外加触发信号的作用下可从稳态转为暂稳态，经过一段时间后自动从暂稳态翻转回稳态，从而输出具有一定脉冲宽度的矩形波。用途：做为自动控制的定时和延时线路。四、施密特触发器施密特触发器有两个稳态，电路状态的维持和翻转依赖于输入端的电平。两个稳态翻转时的输入端触发电压不同，存在回差，这是该触发器的固有特征――滞回特性。应用：波形变换、整形和构成多谐振荡器。本章重点1．掌握锯齿波电压发生器的工作原理和锯齿波电压参数。2．掌握单稳态电路的工作原理及应用。3．掌握多谐振荡电路的工作原理及应用。4．掌握施密特电路的工作原理及应用。本章难点3．施密特触发器的滞回特性。1．环形多谐振荡器的工作原理。2．单稳态触发器的工作原理。学时分配序号内容学时115.1锯齿波电压发生器和多谐振荡器3215.2单稳态触发器3315.3施密特触发器24本章小结25本章总学时10