第7章脉冲波形的产生与整形.ppt
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第第7章章脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形7-17-21,2,37-31,27-5作业作业第7章脉冲波形的产生与整形1目目录录7.1概述概述7.2矩形脉冲的产生矩形脉冲的产生7.3集成集成555定时器定时器7.4应用电路实例应用电路实例7.5脉冲产生与整形电路的系统应用脉冲产生与整形电路的系统应用第7章脉冲波形的产生与整形2矩形脉冲作为矩形脉冲作为时钟信号时钟信号控制和协调着整个数字控制和协调着整个数字系统的工作。
系统的工作。
理想的时钟信号理想的时钟信号标准的矩形波,上升和下标准的矩形波,上升和下降时间为降时间为00。
7.1概概述述标准的矩形波标准的矩形波第7章脉冲波形的产生与整形3实际的时钟信号实际的时钟信号存在上升时间和下降时间存在上升时间和下降时间周期周期脉宽脉宽上升上升时间时间下降下降时间时间脉冲脉冲幅度幅度第7章脉冲波形的产生与整形47.2矩形脉冲的产生矩形脉冲的产生方法一:
通过矩形波振荡电路产生(方法一:
通过矩形波振荡电路产生(无输入信号无输入信号)方法二:
通过波形变换产生(方法二:
通过波形变换产生(需外加输入信号需外加输入信号)第7章脉冲波形的产生与整形57.3集成集成555定时器定时器集成集成555定时器是一种将模拟和数字电路结合的、定时器是一种将模拟和数字电路结合的、多用途的单片集成电路,如在其外部配上少许多用途的单片集成电路,如在其外部配上少许阻容元件,便能构成多种用途的振荡、整形及阻容元件,便能构成多种用途的振荡、整形及定时等多种应用电路。
定时等多种应用电路。
555定时器由定时器由电阻分压器电阻分压器、两个、两个比较器比较器、RS锁锁存器存器、开关三极管开关三极管和和输出缓冲器输出缓冲器五个基本单元五个基本单元组成。
组成。
第7章脉冲波形的产生与整形6组成:
组成:
电阻分压器电阻分压器比较器比较器RS锁存器锁存器开关三极管开关三极管输出缓冲器输出缓冲器第7章脉冲波形的产生与整形77.3.1555定时器的电路结构定时器的电路结构电阻分压器电阻分压器无外加电压无外加电压VCO时,时,外加电压外加电压VCO时,时,第7章脉冲波形的产生与整形8电压比较器电压比较器C1、C2为集成为集成运算放大器运算放大器7.3.1555定时器的电路结构定时器的电路结构第7章脉冲波形的产生与整形9集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器为多用于模拟信号运算(如比集成运算放大器为多用于模拟信号运算(如比例、求和、积分、乘除等)的集成放大电路,例、求和、积分、乘除等)的集成放大电路,简称为集成运放。
简称为集成运放。
集成运放的逻辑符号及其电压传输特性集成运放的逻辑符号及其电压传输特性如下图如下图第7章脉冲波形的产生与整形10理想集成运放的主要参数为:
理想集成运放的主要参数为:
1)开环增益为无穷大,)开环增益为无穷大,Aod=;2)输入电阻无穷大,)输入电阻无穷大,Rid=;3)输出电阻为零,)输出电阻为零,Ro=0。
第7章脉冲波形的产生与整形11开环时,集成运放作为电压比较器使用。
开环时,集成运放作为电压比较器使用。
当当V+V-时,输出为时,输出为+VOM当当V+V-时,输出为时,输出为-VOM第7章脉冲波形的产生与整形127.3.1555定时器的电路结构定时器的电路结构电压比较器电压比较器C1、C2将两个触发端将两个触发端与与VR1、VR2的的比较结果作为比较结果作为锁存器的输入。
锁存器的输入。
第7章脉冲波形的产生与整形13SR锁存器锁存器由电压比较器的由电压比较器的输出输出vO1、vO2作为其触作为其触发信号发信号R、S,决定了,决定了触发器输出端触发器输出端Q的状的状态。
态。
第7章脉冲波形的产生与整形14开关三极管开关三极管用来构成放电开用来构成放电开关,当关,当Q=1时,时,G3输出为低电平,输出为低电平,V截止;当截止;当Q=0时,时,G3输出为高电输出为高电平,平,V导通。
导通。
输出缓冲器输出缓冲器G4第7章脉冲波形的产生与整形157.3.2工作原理工作原理两个触发端加不同的信号与两个触发端加不同的信号与VR1、VR2比较,使比较,使比较器的输出控制比较器的输出控制RS锁存器,使其分别工作在锁存器,使其分别工作在置置0、置、置1和和保持保持状态。
如状态。
如VCO悬空,功能表为:
悬空,功能表为:
导通导通导通导通保持保持截止截止L(低电平低电平)L(低电平低电平)原状态原状态H(高电平高电平)L(低电平低电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)(VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3(2VCC)/3(2VCC)/3VvOUTH第7章脉冲波形的产生与整形16导通导通导通导通保持保持截止截止L(低电平低电平)L(低电平低电平)原状态原状态H(高电平高电平)L(低电平低电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)(VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3(2VCC)/3(2VCC)/3VvOUTH10010第7章脉冲波形的产生与整形17导通导通导通导通保持保持截止截止L(低电平低电平)L(低电平低电平)原状态原状态H(高电平高电平)L(低电平低电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)(VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3(2VCC)/3(2VCC)/3VvOUTH11第7章脉冲波形的产生与整形18导通导通导通导通保持保持截止截止L(低电平低电平)L(低电平低电平)原状态原状态H(高电平高电平)L(低电平低电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)(VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3(2VCC)/3(2VCC)/3VvOUTH0101第7章脉冲波形的产生与整形19低触发端低触发端高触发端高触发端控制电压控制电压放电端放电端输出端输出端复位端复位端导通导通导通导通保持保持截止截止L(低电平低电平)L(低电平低电平)原状态原状态H(高电平高电平)L(低电平低电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)H(高电平高电平)(VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3(2VCC)/3(2VCC)/3VvOUTH第7章脉冲波形的产生与整形207.4应用电路实例应用电路实例1、概述、概述施密特触发器是脉冲变换电路。
其特点:
施密特触发器是脉冲变换电路。
其特点:
1)有两个稳定状态,有两个稳定状态,状态的维持和转换均与输入状态的维持和转换均与输入电压有关,且电压有关,且有两个阈值电压:
有两个阈值电压:
VT+和和VT-,且,且VT+VT-。
其传输特性具有滞回特性。
其传输特性具有滞回特性。
2)输出波形边沿陡峭输出波形边沿陡峭,具有整形功能。
,具有整形功能。
7.4.1施密特触发器施密特触发器第7章脉冲波形的产生与整形21施密特触发器的符号和传输特性施密特触发器的符号和传输特性反相型施密特触发器,反相型施密特触发器,VT+和和VT-分别为两个阈值。
分别为两个阈值。
符号符号传输特性传输特性第7章脉冲波形的产生与整形222、用、用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将两个触发端将两个触发端连接作为输入。
连接作为输入。
第7章脉冲波形的产生与整形23工作原理工作原理当当viVR2时,时,输出输出vO为高电平,为高电平,vi上升到上升到VR1和和VR2之间时,输出之间时,输出vO仍保持高电平,直到仍保持高电平,直到viVR1后,后,vO才降为低电平。
才降为低电平。
vi上升到最大值后开始下降,当上升到最大值后开始下降,当vi下降到下降到VR1和和VR2之间时,之间时,输出输出vO仍保持低电平,直到仍保持低电平,直到viVR2后,后,vO又恢复为高电平。
又恢复为高电平。
第7章脉冲波形的产生与整形24电压传输特性曲线(输出电压与输入电压之间电压传输特性曲线(输出电压与输入电压之间的关系曲线的关系曲线第7章脉冲波形的产生与整形25VR1和和VR2分别为上、下阈值电压,两电压之差分别为上、下阈值电压,两电压之差为回差电压。
为回差电压。
第7章脉冲波形的产生与整形263.施密特触发器的应用施密特触发器的应用1)波形变换)波形变换输入图示正弦波输入图示正弦波555无外加控制电压,无外加控制电压,电源电压为电源电压为15V.其上升到上阈值其上升到上阈值(10V)时输出下降;)时输出下降;输入下降到下阈值输入下降到下阈值(5V)时输出上升。
)时输出上升。
将正弦波变换为矩形波。
将正弦波变换为矩形波。
第7章脉冲波形的产生与整形272)整形整形输入矩形波输入矩形波有波形畸变,通有波形畸变,通过施密特触发器过施密特触发器整形,只要畸变整形,只要畸变部分不超过阈值部分不超过阈值电压,就可以得电压,就可以得到比较理想的矩到比较理想的矩形波形波波形畸变波形畸变第7章脉冲波形的产生与整形283)鉴幅鉴幅将高于将高于10V(VT+)的脉冲选)的脉冲选出,其他脉冲去出,其他脉冲去掉,称为鉴幅功掉,称为鉴幅功能。
能。
第7章脉冲波形的产生与整形297.4.2单稳态触发器单稳态触发器1、概述、概述单稳态电路有一个稳态,单稳态电路有一个稳态,在外加触发脉冲的在外加触发脉冲的作用下,电路进入暂稳态,经过(作用下,电路进入暂稳态,经过(tW)时间后,)时间后,能自动返回稳态。
其中暂稳态维持的时间仅取决能自动返回稳态。
其中暂稳态维持的时间仅取决于电路本身元件的参数,与触发脉冲的宽度无关。
于电路本身元件的参数,与触发脉冲的宽度无关。
通过触发脉冲产生矩形波通过触发脉冲产生矩形波。
第7章脉冲波形的产生与整形302、用、用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器充电充电放电放电触发脉冲触发脉冲输出输出第7章脉冲波形的产生与整形31工作原理工作原理负触发脉冲到来前,低触发端处于高电平,输负触发脉冲到来前,低触发端处于高电平,输出状态保持低电平(出状态保持低电平(稳态稳态)。
)。
当加入触发负脉冲后,电路的输出当加入触发负脉冲后,电路的输出uO由低电平由低电平跳变为高电平,三极管跳变为高电平,三极管V截止,截止,VCC通过通过R向向C充电。
充电。
uC按指数规律增加,电路处于按指数规律增加,电路处于暂稳态暂稳态。
uC充电到充电到VR1时,时,三极管导通,三极管导通,C放电,放电,uo返回低电平。
返回低电平。
第7章脉冲波形的产生与整形32工作波形工作波形各点波形各点波形充、放电充、放电第7章脉冲波形的产生与整形33脉冲宽度的计算脉冲宽度的计算脉冲宽度(脉冲宽度(tW)为电容充电时从)为电容充电时从0到上阈值所需到上阈值所需的时间,如果上阈值为的时间,如果上阈值为2VCC/3,根据三要素法,根据三要素法,计算如下:
计算如下:
第7章脉冲波形的产生与整形343、集成单稳态触发器及应用、集成单稳态触发器及应用74121TTL集成单稳态触发器,其中,集成单稳态触发器,其中,A1、A2和和B为触发脉冲输入端,可以选择上升沿触发或为触发脉冲输入端,可以选择上升沿触发或下降沿触发,下降沿触发,为输出。
外接为输出。
外接Rext、Cext充、放电元充、放电元件,也可选用内部电阻(件,也可选用内部电阻(2k左右)。
左右)。
输出脉冲的宽度为:
输出脉冲的宽度为:
第7章脉冲波形的产生与整形35使用内部使用内部R使用外接使用外接R、C输出输出输入输入第7章脉冲波形的产生与整形36集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的功能表的功能表0011111101110010101010uOuOBA2A1输输出出输输入入第7章脉冲波形的产生与整形377.4.3多谐振荡器多谐振荡器1、概述、概述多谐振荡器有两个暂稳态,不需要外加输入多谐振荡器有两个暂稳态,不需要外加输入(或触发)信号,就能在两个暂稳态
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- 脉冲 波形 产生 整形