脉冲波形的产生与整形.ppt

第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-1页■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§6.5555定时器及其应用第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-2页■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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-3页■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：Ttqw第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-4页■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，VT＋VT－，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。电压传输特性反相功能同相功能一、特点和类型；第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-5页■二、典型电路分析用CMOS组成的施密特触发器VTH=1/2VDD分析：（1）VI＝0，VO＝0V；VI＝1，VO＝VDDIOII12VVVVRR2II12RVVRR1TIDD2R1VVV.(1)2R（2）VI↑，VO＝0V，DDTHIVVV21令，代入得，第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-6页■IOII12VVVVRR21IIDD1212RRVVVRRRR1TIDD2R1VVV.(1)2R（3）VI↓，VO＝VDD，1DD2RVR∴△T＝VT＋－VT－＝DDTHIVVV21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。1TDD2R1VV(1)2R第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-7页■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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-8页■（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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-9页■(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第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-10页■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：第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-11页■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。稳定状态稳定状态暂稳态自动返回外部触发问题：①什么是稳态？什么是暂稳态？②如何确定触发脉冲的类型和为什么会自动返回？③如何确定暂稳态维持时间？☆☆第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-12页■2、类型：微分型和积分型。3、应用：脉冲整形、延时及定时等。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-13页■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；)th(V)(V)0(V)(VnRCT5、利用公式，计算充、放电时间，求所需的计算结果。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-14页■三、积分型单稳态触发器的工作原理0tvivo1vAvo0t0t0tt1（1）在vi脉冲到来以前，vo1是高电平，vo是高电平。vovi正跳变vo1负跳变vA不突变C放电vA下降直到VTHvo负跳变vo上跳；vA继续下降VTHt2viAvo1RC1&G1G2TTL门电路取值不能太大tW第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-15页■（3）充、放电等效电路：RCvAROG1VOL放电：0tvivo1vAvo0t0t0tt1VTHt2RCvAR'OG1VOH充电：（4）输出脉冲宽度tw：VC（0）＝VOH，VC（∞）＝0，VC（th）＝VTH，τ＝(R＋RO)CTHOHOCCCCwVVnCRRthVVVVnt)()()()0()(恢复时间：tre＝(3~5)(R＋RO′)C；tTRtW分辨时间：td＝tre＋tTRtretmin第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-16页■回答:有!问题：对触发脉冲宽度tTR有无要求?0tvivo1vAvo0t0t0tVTHvoviAvo1RC1&G1G2要求：触发脉冲的宽度必须大于输出脉冲宽度第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-17页■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多谐振荡器第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-18页■二、分析方法：波形分析法（P356）⒈确定电路的第一暂稳态，第二暂稳态；⒉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；⒊画出控制电压充放电的等效电路，并将得到的电路化简；⒋确定关键控制电压充放电的起始值、终了值和转换值；⒌计算充放电时间，求出所需计算结果。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-19页■6.4.1对称式多谐振荡器11RF1RF2C2C1vo2vo111RF1RF2C2C1vI2vI1vo2vo1G1G2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：VI1＝1，VO1＝0，VI2＝0，VO2＝1第二暂稳态：VI1＝0，VO1＝1，VI2＝1，VO2＝0三、典型电路分析：第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-20页■11RF1RF2C2C1vI2vI1vo2vo1G1G2vI1↑vo1↓vI2↓vo2↑C1充电C2放电vI2↑vo2↓vI1↓vo1↑第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-21页■高电平脉冲宽度T1：VC1（0）＝VIK，VC1（∞）＝VE1，VC1（th）＝VTH，τ＝RE1C1CCEIK1E11CCETHV()V(0)VVTnRCnV()V(th)VVC1充电若RF1＝RF2、C1＝C2＝C，则电路振荡周期：EIK1EETHVVT2T2RCnVVVE1、RE1的值参考P330式（6.4.2）和式（6.4.3）第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-22页■（3）放电过程T2：6.4.4由施密特触发器构成的多谐振荡器CVIVOR（1）第一暂稳态：VI＝0，VO＝1;第二暂稳态：VI＝1，VO＝0TDDTDDVVVVnRCT121TTTVI(0)＝VT-，VI(∞)＝VDD，VI(th)＝VT＋VI(0)＝VT＋，VI(∞)＝0，VI(th)＝VT-（3）充电过程T1：TTVVnRCT2问题：⒈占空比ｑ=？⒉如何使占空比可调（P339）vIvo0t0tVT+VT-若使用的是CMOS施密特触发器，则VOH＝VDD，VOL＝0T1T2（2）波形：第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-23页■石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。vo11RFRFC2C1石英晶体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fXX0感性X0容性0石英晶体的阻抗与频率特性f0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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-24页■★6.5555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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-25页■（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。第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-26页■复位端低电平有效阈值端触发端低电平控制端RSQ0110110101保持保持Q0011RS触发器功能表555的功能表VI1(TH)VI2(TR)RD晶体管TDvo00导通2VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3保持保持11101导通截止2VCC/3VCC/311截止第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-27页■⒈VI由0升高的过程：当VI=0时，VO=1；⒉VI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TDVI1(TH)VI2(TR)RDvo00导通2VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3保持保持11101导通截止2VCC/3VCC/311截止＋VCC555152687430.01µFVOVI当VI2VCC/3时，VO=0。VT+=2VCC/3当VCC/3VI2VCC/3时，保持；当VCC/3VI2VCC/3时，保持；当VIVCC/3时，VO=1。VT-=VCC/3第6章脉冲波形的产生与整形数字电子技术电子教案©山东轻工业学院电子信息工程教研室第1-28页■6.5.3用555定时器组成单稳态触发器（1）稳态时VI＝1,VO＝0，VC＝0，触发脉冲负脉冲。VI1(TH)VI2(TR)RDvo00导通2VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3保持保持11101导通截止2