脈沖的產(chǎn)生和整形電路ppt課件

1、 內(nèi)容摘要 本章主要討論脈沖產(chǎn)生和整形的根本電路。 在脈沖整形部分，引見了兩類整形電路施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 在脈沖產(chǎn)生部分，引見了門電路構(gòu)成的多諧震蕩器和石英晶體震蕩器。6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器6.3 6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4 6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器6.5 5556.5 555定時器及其運(yùn)用定時器及其運(yùn)用在數(shù)字電路中，時鐘脈沖信號可以利用多諧震蕩器產(chǎn)生或經(jīng)過整形電路變換得到。整形電路分為兩類，施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。矩形脈沖的性能目的。Umtrtf0.9Um0.5Um0.1UmtwT脈沖周期T周期性反復(fù)的脈沖序列中，兩個相

2、鄰脈沖間的時間間隔。有時也用頻率f = 1/T表示， f代表單位時間內(nèi)脈沖反復(fù)的次數(shù)。脈沖幅度Um脈沖電壓最大變化的幅值。脈沖寬度Tw從脈沖前沿0.5Um始，到脈沖后沿0.5Um止的一段時間。上升時間tr 脈沖從0.1Um上升到0.9Um所需的時間。下降時間tf 脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時間。 上述幾個目的反映了一個矩形脈沖的根本特性。 施密特觸發(fā)器能把變化緩慢的波形變換成矩形脈沖。輸入電壓上升的翻轉(zhuǎn)電平為上限閥值電平UT+；輸入電壓下降的翻轉(zhuǎn)電平為下限閥值電平UT-。兩者的值不同，且UT+ UT-。它們差稱為回差電壓。 輸入和輸出為反向關(guān)系的施密特觸發(fā)器為反向施密特觸發(fā)器，輸入

3、和輸出為同向關(guān)系的施密特觸發(fā)器為同向施密特觸發(fā)器。6.2.1 門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.2.2 集成施密特觸發(fā)器6.2.3 施密特觸發(fā)器運(yùn)用舉例 以下圖(a)是用兩個CMOS非門和電阻構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，設(shè)UTVDD/2，且R1R2。11uIuou oR1R2G1G2uI(a) 電路上限閥值電壓 UT+=1+R1/R2UT下限閥值電壓 UT- = 1-R1/R2UT電路回差電壓 U= UT+- UT- =2UTR1/R2UT+UT- t tuOuI(b)波形圖可見，電路輸出的形狀由輸入電壓的大小決議，改動R1和R2就可調(diào)理回差電壓VT的大小。 TTL集成施密特觸發(fā)器有：74LS14，7413

4、2，7413等。性能如下表： 型號TpdnsPwmWUTV74141525.50.874LS132158.80.8741316.58.750.8表6.2.1 TTL集成施密特觸發(fā)器CMOS集成施密特觸發(fā)器有：CD40106，CD4093和CD4584等。1.脈沖整形電路 在數(shù)字丈量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的信號波形邊沿較差，利用施密特電路可以對這些信號進(jìn)展整形。將邊沿較差或畸變脈沖uI作為施密特電路的輸入，其輸出uO為矩形波。 t脈沖整形波形圖tttuIuOuIuOUT+UT-UT+UT-2.脈沖變換電路 施密特電路在形狀轉(zhuǎn)換速度極快輸出的矩形波的前后沿總是很峻峭。利用這一特點(diǎn)，施密特電路可

5、以把變化比較緩慢的正弦波、三角波等變換成矩形脈沖信號 。uIuOVDDUT+UT-VDDtt一種變換波形圖 在一串幅度不相等的脈沖信號 中，假設(shè)要剔除幅度不夠大的脈沖，此時可利用施密特觸發(fā)器。右圖示出在施密特觸發(fā)器的輸入端送入一串幅度不等的脈沖時相應(yīng)的輸出波形 。uIuO鑒幅電路UT+UT 施密特觸發(fā)器有同相傳輸和反相傳輸兩種電路施密特觸發(fā)器有同相傳輸和反相傳輸兩種電路 施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性0OvIvOHVOLV?TV?TV 施密特觸發(fā)器特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器特點(diǎn)：1輸出有兩種形狀輸出為數(shù)字信號；輸出有兩種形狀輸出為數(shù)字信號； 2輸入采用電平觸發(fā)輸入為模擬信號；輸入

6、采用電平觸發(fā)輸入為模擬信號；3對于正向和負(fù)向增長的輸入信號，電路有不同的閾值對于正向和負(fù)向增長的輸入信號，電路有不同的閾值電平電平VT+和和VT-。 脈沖變換脈沖變換1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVT1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn

7、By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVT 脈沖整形脈沖整形 脈沖鑒幅脈沖鑒幅1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVTtt00OvtvV6T?VV2T?V 構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器6.3.1 門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的運(yùn)用舉例微分電路高通濾波電路輸出電壓與電流成微分關(guān)系微分電路高通濾波電路輸出電壓與電流成微分關(guān)系 RCtteVevvvtv

8、IMOOOO0)()()()(CCCC( )( )(0 )( )tv tvvve 三要素： 當(dāng)微分電路輸入方波信號時，輸出波形應(yīng)如何？當(dāng)微分電路輸入方波信號時，輸出波形應(yīng)如何？設(shè)設(shè)RCRCTW TW 積分電路積分電路)()()()()(RCtteVeVVVtv10IMOOOO 在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過時間tw后又自動翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個寬度為tw的矩形脈沖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常由門電路和RC電路元件組成。暫穩(wěn)態(tài)的時間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時和定時電路中。1.微分型單穩(wěn)態(tài)電路的組成微分型單穩(wěn)態(tài)電路的

9、組成 門1的輸出經(jīng)微分電路RC接到門2的輸入端，門2的輸出直接耦合到門1的輸入端。 應(yīng)選R tw，為使單穩(wěn)電路能按要求自動前往，那么應(yīng)經(jīng)過微分電路RPCP再輸入到與非門1，如以下圖6.3.2所示。門3改善了輸出波形，起反相和整形的作用。 &1CPRPG1G2uO2uO1G3CRuI圖6.3.2 輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中運(yùn)用非常普遍，目前已有各種單片集成電路。TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。這些器件只需外接很少的電阻和電容，就可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。運(yùn)用起來非常方便。 74121是在普通微分型單穩(wěn)

10、態(tài)觸發(fā)器的根底上附加輸入控制電路和輸出緩沖級而構(gòu)成的。圖6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的的邏輯圖& 111111A2ABG1G2G3G4G5G6G7G8G9輸入控制電路微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出緩沖級&QQCextRextVCC輸出脈沖寬度 可由下式估算(推導(dǎo)略) Wextextextext20.7tR C lnR CWtextRextCextRextC通常 值取在2K30K。 值取在10 10uF之間，得到的 范圍可達(dá)20ns 200ms。DM74121: 30ns 28s 另外，74121內(nèi)部2K電阻 可替代 。extRextCFpWtintRextR門G5 、G6 、G7和外接電阻 電容

11、 組成的電路是一個用或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它由G4給出的正脈沖觸發(fā)，而輸出脈沖寬度那么由 和 決議。門G1G4組成輸入控制電路，用于實(shí)現(xiàn)上升沿與下降沿觸發(fā)控制。輸出緩沖級由G8和G9組成，用于提高電路的負(fù)載才干。 內(nèi)部電路不需求掌握 兩種不同接法兩種不同接法正脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)運(yùn)用內(nèi)部電阻運(yùn)用外部電阻4538的符號圖如圖6.3.7(a)所示(a)符號圖 (b) 管腳圖 圖6.3.7 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538 18916ABCRxCXXCRQ圖6.3.9 脈沖整形uIuOVCC B Q A1 A2uOcxCx/RXu1 用于定時用于定時(或延時、脈沖拓寬或延時、脈沖拓寬)B (9) T

12、TL集成單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)時間tW 為_。 (10) CMOS精細(xì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)時間tW為_一、非反復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、非反復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121非反復(fù)觸發(fā)非反復(fù)觸發(fā) 只能在穩(wěn)態(tài)接受輸入信號。只能在穩(wěn)態(tài)接受輸入信號。1. 圖形符號圖形符號 11 &QQTRATRBTR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 下降沿觸發(fā)輸入下降沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入非反復(fù)觸發(fā)非反復(fù)觸發(fā)外接定時外接定時電阻、電容電阻、電容VCC內(nèi)接接定時電阻引出端內(nèi)接接定時電阻引出端)(BA TRTRTRTR二、可反復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、可反復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74122可反復(fù)觸發(fā)

13、可反復(fù)觸發(fā) 在暫穩(wěn)態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間, 可以接受新的觸發(fā)信號。可以接受新的觸發(fā)信號。1. 圖形符號圖形符號1QQTRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接復(fù)位直接復(fù)位)(BABA TRTRTRTRTR可反復(fù)觸發(fā)可反復(fù)觸發(fā)W0.32tRC 多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號，就能自動地不斷來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖。由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。 6.4.1 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器6.4.2 石英晶體多諧振蕩器 圖6.4.1表示用三個集成非門構(gòu)成的方波發(fā)生器。這些門組成

14、一個環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時延tpd來產(chǎn)生方波振蕩的。 1圖6.4.1環(huán)型振蕩器11uOuI圖6.4.2 環(huán)行單穩(wěn)態(tài)的波形uIuOuFtpd2tpd 電路組成及任務(wù)原理電路組成及任務(wù)原理11G2G1RCv O1v O2vI11 設(shè)電路的初態(tài)為設(shè)電路的初態(tài)為vO1=1, vO2=0，這種形狀下不能夠，這種形狀下不能夠耐久維持；耐久維持；1 10 00 01 12經(jīng)過經(jīng)過vO1RCvO2向向C充電，使充電，使vI1不斷上升；不斷上升；3當(dāng)當(dāng)vI1VT時，時，G1輸出低電平，輸出低電平，G2輸出高電平，即輸出高電平，即vO1=0， vO2=1。 任務(wù)原理任務(wù)原理11G2G1RCv

15、 O1v O2vI14 vO1=0， vO2=1這個形狀也不能耐久；這個形狀也不能耐久； 1 10 00 01 15經(jīng)過經(jīng)過vO2CRvO1對電容對電容C反向充電，反向充電，vI1逐漸減逐漸減少；少；6當(dāng)當(dāng)vI1VT時，時，G1輸出高電平，輸出高電平， G2輸出低電平，即又輸出低電平，即又回到回到vO1=1，vO2=0的形狀。的形狀。 7周而復(fù)始產(chǎn)生方波。周而復(fù)始產(chǎn)生方波。 任務(wù)波形任務(wù)波形11G2G1RCv O1v O2vI1T1 T2tvO10tvO20vI1t0T1、T2的計(jì)算公式請同窗本人推導(dǎo)。的計(jì)算公式請同窗本人推導(dǎo)。UT1.1.石英晶體的根本特性石英晶體的根本特性 石英晶體的符號如

16、圖6.4.4所示。頻率穩(wěn)定性能到達(dá)10-510-8，高質(zhì)量石英晶體振蕩器，頻率穩(wěn)定性可達(dá)10-11。QR圖6.4.4石英晶體的電路符號2. CMOS石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 圖6.4.5所示為方波發(fā)生器的簡化電路，其中虛線以上部分制造在集成電路內(nèi)，而石英諧振器QR及C1、C2為外接分立元件。在有些集成電路中，C2也做在芯片內(nèi) 。G1RQRC1C21uO圖6.4.5石英晶體多諧振蕩器 555定時器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動化控制安裝中運(yùn)用很廣。它可組成定時、延時和脈沖調(diào)制等各種電路。本節(jié)先簡單引見該定時器內(nèi)部電路原理和參數(shù)，然后著重引見由它組成的施密特電路、單穩(wěn)態(tài)電

17、路和多諧振蕩電路。 6.5.1 555定時器 6.5.2 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.5.3 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.4 555構(gòu)成的多諧振蕩器圖6.5.1 NE555集成定時器1+OUT5627VCCDRTHC-UDISTR31+GNDTROUT C-U TH DIS VCCDRRS表6.5.1 555功能表不變TH OUTT RDRDISLL導(dǎo)通 C C13VC C23VHL導(dǎo)通 C C23VC C13VH不變C C13VHH截止1+OUT5627VCCDRTHC-UDISTR31+RS當(dāng)當(dāng)2個觸發(fā)信號高于其域值電壓，根個觸發(fā)信號高于其域值電壓，根本本RS觸發(fā)器清觸發(fā)器清0，輸出為

18、，輸出為0；當(dāng)觸發(fā)端處于功能表第三行，當(dāng)觸發(fā)端處于功能表第三行，RS觸觸發(fā)端均無效，輸出不變；發(fā)端均無效，輸出不變；當(dāng)同相端觸發(fā)信號低于其域值電壓，當(dāng)同相端觸發(fā)信號低于其域值電壓，根本根本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，輸出為，輸出為1。 VDD RDTH OUTTR C-UuOVDDuI圖6.5.2 555構(gòu)成的施密特電路 ttuIuOVDD2/3DDV/ 3DDV圖6.5.3 三角波變換矩形波電路 uOuIUTLUTHUT+=UT=2VDD/3 UT =UTL=VDD/3 UT=VDD/3圖6.5.5 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及任務(wù)波形(a) 電路圖VDD RDTHTRDISC-UOUTVDDGN

19、DuOuICR(b) 任務(wù)波形VDD/32VDD/3tw充電放電uIuCuOt圖6.5.5 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及任務(wù)波形tttw = 1.1RCui為延續(xù)脈沖輸入端，信號周期比該單穩(wěn)電路的脈寬窄為延續(xù)脈沖輸入端，信號周期比該單穩(wěn)電路的脈寬窄圖6.5.6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器及任務(wù)波形a電路圖 VDD RD DIS OUTTR 555TH C-U GND R1R2CuCuOVDDb波形圖ttt1t2t3 t4T1 T2uCD D2/3VD D/3VuO圖6.5.6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器及任務(wù)波形CCCC( )( )(0 )( )tv tvvve 三要素：充電時間T1為： T1 = (R1+R2)C ln2 = 0.693 (R1+R2)C (6.5.3)放電時間T2為: T2= R2C ln2=0.693R2C (6.5.4)頻率f為: f =1/(T1+T2) =1.44/(R