CH8 脉冲波形的产生与整形
脉冲与整形电路
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22
UCC
uc
R1
84
2UCC/3
7
3
uo
UCC/3
t
R2
6 555
0
uc
2
5uoC10.01μF 0 tP1
tP2
t
第 一 个 暂 稳 态 的 脉 冲 宽 度 t p 1 , 即 u c 从 U C C / 3 充 电 上 升 到 2 U C C / 3 所 需 的 时 间 :
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8
CO TH
<2UCC/3
TR
<UCC/3
+U CC 8
5kΩ ∞
+1
5
A1 +
-
6
5kΩ
∞
2
+A02 +
-
5kΩ
R 4
RD Q
0
SD Q
1 3 uo
7D V
1
①R=0时,Q=1 、Q=0 ,uo=0,V饱和导通。
②R=1、UTH>2UCC/3、UTR>UCC/3时,RD=0、SD=1, Q=1、Q=0,uo=0,V饱和导通。 ③R=1、UTH<2UCC/3、UTR>UCC/3时,RD=1、SD=1, Q、Q不变,uo不变,V状态不变。 ④R=1、UTH<2UCC/3、UTR<UCC/3时,RD=1、SD=0, Q=0、Q=1,uo=1,V截止。
脉冲幅度Um:脉冲高低电平之间电压的最大变化值。
脉冲宽度tw:脉冲幅度为方便用户0.5 Um处脉冲前后沿之间的 时间间隔。
脉冲周期T:周期性重复脉冲序列两相邻脉冲之间看时间间隔。
上升时间tr: 脉冲上升沿0.1 Um上升到0.9 Um所需时间。
波形的产生与整形
03 波形整形技术
波形整形方法
01
02
03
模拟波形整形
通过模拟电路或模拟信号 处理技术对波形进行整形, 如滤波器、放大器等。
数字波形整形
利用数字信号处理技术对 波形进行整形,如数字滤 波、波形编码等。
适应性
波形整形技术正不断追求更高的适应 性,能够根据不同的信号特性和应用 需求进行自适应调整。
波形产生与整形技术的未来展望
融合多种技术
波形产生与整形技术将进一步融合多种技术,包括数字信号处理、 人工智能、通信技术等,实现更加高效、智能的信号处理。
拓展应用领域
波形产生与整形技术的应用领域将不断拓展,不仅局限于通信、雷 达、电子战等领域,还将应用于生物医学、环境监测等领域。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方波产生与整形实例
方波产生
方波可以通过比较器和振荡器产生, 当输入信号的幅度超过比较器的阈值 时,会产生方波输出。
方波整形
方波整形通常用于数字电路和逻辑门 电路中,通过施加适当的电压或电流 ,将方波转换为其他逻辑电平。
三角波产生与整形实例
三角波产生
三角波可以通过积分器或施密特触发 器产生,其频率和幅度可以通过调节 积分器的参数来改变。
三角波整形
三角波整形通常用于信号处理和合成 领域,通过滤波器或调制器对三角波 进行整形,以满足特定的信号要求。
05 波形产生与整形的发展趋 势
波形产生技术的发展趋势
数字化
随着数字信号处理技术的不断发 展,波形产生技术正逐渐向数字 化方向发展,数字波形产生器已
成为主流。
电子教案《数字电子技术》 第七章(教案)第7章 脉冲波形的产生与整形电路
《数字电子技术》教案第7章脉冲波形的产生与整形电路7.1脉冲信号1.脉冲信号概述从广义上讲,不具有连续正弦波形状的信号,几乎都可以称为脉冲信号,最常见的脉冲波形是方波和矩形波,如图7-1所示。
(a)方波(b)矩形波图7-1 方波和矩形波2.矩形脉冲的特性参数:如图7-2所示为矩形脉冲的实际波形图。
在描述矩形脉冲的特性时,通常会使用图7-2中所标注的参数。
图7-2 矩形脉冲实际波形图(1)脉冲幅度V:脉冲电压的最大变化幅度。
m(2)脉冲宽度t:从脉冲前沿到达0.5m V起,到脉冲后沿到达0.5wV为止的时间。
m(3)上升时间t:脉冲上升沿从0.1m V上升到0.9m V需要的时间。
r(4)下降时间t:脉冲下降沿从0.9m V下降到0.1m V需要的时间。
f(5)脉冲周期T:周期重复的脉冲序列中,两个相邻脉冲之间的时间间隔,有时也用频率f来表示。
(6)占空比q:脉冲宽度与脉冲周期的比值,即w tq。
T7.2施密特触发器施密特触发器具有以下特点:(1)电路状态转换时,输入信号在低电平上升过程或高电平下降过程中,其所对应的输入转换电平各不相同。
(2)电路状态转换时,通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
7.2.1门电路组成的施密特触发器1. CMOS反相器组成的施密特触发器如图7-3所示为CMOS反相器组成的施密特触发器的电路结构和逻辑符号图。
将两级反向器串联起来,同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端,就组成了施密特触发器。
(a)电路结构(b)逻辑符号图7-3 CMOS反相器组成的施密特触发器2.施密特触发器的电压传输特性(a)同相输出的施密特触发特性(b)反相输出的施密特触发特性图7-6 施密特触发器的电压传输特性(1)图7-6(a)中,v与I v的高低电平是同相的,所以也将这种O形式的电压传输特性称为同相输出的施密特触发特性。
(2)图7-6(b)中,O v与v的高低电平是反相的,所以也将这种I形式的电压传输特性称为反相输出的施密特触发特性。
第十章——脉冲波形的产生与整型
电路结构
vO
1
vO 1 D vI2 R G2
vI
vO1 G1 1 Cd vd Rd C 1
vO G2
G1 vI Cd
& vd Rd
C vC
D v I2 v C R VDD
(CMOS门,与非,负脉冲触发)
(CMOS门,或非,正脉冲触发)
1、CMOS或非门电路构成的微分型单稳态触发器 (1)电路结构 正脉冲触发 (2)工作原理分析 解决三个问题: ①什么是稳态? ②如何在外部触 发脉冲作用下,由 稳态进入暂态?
vI
同相ST传输特性
反相ST传输特性
10.2 施密特触发器
4、施密特触发器应用
1. 波形变换
vI
0
vO1 VOH
VT VT
t
vo
0
t
vI
VOL o
VT_ VT+
2. 波形整形
vI
vI VT+ VT– 0 vO VOH VOL 0
1
vO
vI vI VT+ VT–
t
1
vO
0 vO VOH VOL 0
(3)当VI 1 至VTH , 又返回第一个暂稳态。
二、电压波形
脉冲宽度计算: TW T1 T2 T1 : C放电,从VTH VDD 放至VTH T2 : C充电,从VTH VDD 充至VTH
V( ) V( 0) tw RC ln V( ) V( t )
【题10-1】 在图题10-1所示的电路中,已知R1=10kW,R2=30kW, 其中CMOS非门电路的电源电压VCC=6V。 ① 计算该电路的正向阈值电压VT+、负向阈值电压VT-和回差电压ΔVT。 ② 画出该电路的传输特性曲线。
脉冲波形的产生
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点,适用于长距离通信和高速数据传 输。
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04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制(PWM)
通过数字方式设定脉冲的宽度,以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制(PM)
通过数字方式改变脉冲的相位,实现信号的 合成与解调。
频率调制(FM)
通过数字方式改变脉冲的频率,以实现不同 的控制效果。
脉位调制(PPM)
通过数字方式改变脉冲的位序,实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形,其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ,然后保持不变,最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生,当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时,就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形,具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度,可以生成不 同特性的信号,用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿,能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性,适用于电机控 制中的开关信号。
脉冲波形的产生与变换
脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法:一是利用振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器;二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
9.1 多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL门电路和CMOS门电路组成。
由于TTL门电路的速度比CMOS门电路的速度快, 故TTL门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL门电路组成的多谐振荡器由TTL门电路组成的多谐振荡器有两种形式:一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器;二是由非门和RC延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
①简单环形多谐振荡器uo(a) (b)图9-1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9-1(a)为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9-1(b)为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
几种常用的脉冲波形的产生与整形电路-精选文档
v I
vO1
v
O
电路状态迅速转换为vO= vOH ≈ VDD 。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT+ v
R1
I
VTH
v I
v o1
G1
v
G
2
o
0
v o
R 2 v V V I TH T R R 1 2
得正向阈值电压:
R R R 1 2 1 V V ( 1 ) V T TH TH R R 2 2
7
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT-
R1
v
I
v I
v o1
G1
G
2
v
o
VDD
v o
VTH
当vI从高电平逐渐下降并达到v'I = VTH时,
v'I的下降引发又一个正反馈过程。
v I
vO 1
vO
电路的状态迅速转换为vO= vOL ≈ 0。
8
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI
O
VTH
VDD v
I
(b)反相输出
通过改变R1和R2的比值可以调节VT+、VT-和回差电压的大小。
但R1必须小于R2,否则电路将进入自锁状态,不能正常工作。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 集成施密特触发器
仿真
带与非功能的TTL集成施密特触发器
脉冲的产生与波形
要点二
详细描述
脉冲宽度定义为高电平持续的时间,通常以时间单位(如 秒、毫秒等)表示。在数字电路中,脉冲宽度是一个关键 参数,因为它决定了信号的逻辑状态和传输速率。较窄的 脉冲宽度可能导致信号的逻辑状态不稳定,而较宽的脉冲 宽度则可能使信号在传输过程中发生畸变。因此,选择合 适的脉冲宽度对于确保信号的正确传输和识别至关重要。
脉冲幅度
总结词
脉冲幅度是衡量脉冲电压或电流高低的标准,它决定了信号的能量和强度。
详细描述
脉冲幅度定义为脉冲的最大电压或电流值,通常以伏特或安培表示。在电子设备和系统中,脉冲幅度对于信号的 传输质量和系统性能具有重要影响。较大的脉冲幅度意味着更高的能量和更强的信号,但同时也可能导致信号失 真和干扰。因此,选择合适的脉冲幅度需要根据具体的应用需求和系统限制进行权衡。
电子脉冲
电子脉冲是由电子设备产生的。当电子设备中的电路状态发生变化时,会产生电 流的突然变化,形成脉冲。
电子脉冲通常用于控制和驱动各种电子设备,如计算机、电视、音响等。它们在 通信、数据处理、控制系统中也有广泛应用,如数字信号传输、开关电源控制等 。
03
脉冲的波形
矩形波
矩形波是一种常见的脉冲波形, 其特点是具有明确的上升沿和 下降沿,以及相对平坦的顶部 和底部。
脉冲频率
总结词
脉冲频率是衡量单位时间内脉冲数量的参数 ,它决定了信号的速度和动态特性。
详细描述
脉冲频率定义为单位时间内脉冲重复的次数, 通常以赫兹(Hz)表示。在通信和控制系统 等应用中,脉冲频率是关键参数之一。较高 的脉冲频率意味着更快的传输速度和更高的 响应能力,但同时也可能增加信号的噪声和 干扰。因此,选择合适的脉冲频率需要根据 实际应用的需求和限制进行优化。
脉冲波形产生及整形
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.2 施密特触发器
主要用途:把边沿变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。
特点: ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。 ⑵电压传输特性特殊,电路有两个阈值电压(正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT-)。 ⑶状态翻转时有正反馈过程,从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。
图 脉冲定时
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.4 多谐振荡器 1.多谐振荡器没有稳定状态,只有两个暂稳态 2.通过电容的充电和放电,使两个暂稳态相互交替,从而产生自激振荡,无需外触发。 3.输出周期性的矩形脉冲信号,由于含有丰富的谐波分量,故称作多谐振荡器。
在对称式多谐振荡器的基础上,串接一块石英晶体,就可以构成一个石英晶体振荡器电路。 该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲,其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。
图 石英晶体振荡器电路
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
施密特触发器的应用 一. 用于波形变换
将变化缓慢的波形变换成矩形波(如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波)。
二. 用于脉冲整形
在数字系统中,矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变,或者边沿产生振荡等。通过施密特触发 器整形,可以获得比较理想的矩形脉冲波形。
波形畸变
脉冲产生与整形电路概述、结构和功能
15
双 4 输入 CT7413
42.5
1.7
0.9 0.8 15
18
与非门 CT74LS13 8.75
1.6
0.8 0.8 18
15
TTL 施密特触发器的特点
(1) 可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很 陡直的脉冲信号。 (2) 具有阈值电压和回差电压温度补偿。 (3) 具有很强的抗干扰能力。
构成电压比 较器,比较 TH 与 UR1 和TR 与 UR2 的大小。
R C1
R
UR1 R
UR2
S
R C2 V
构成基本 RS 触发 器,决定电路输出。
G1 Q G3
G4 输出 缓冲器
Q G2
MOS 开关管
555 定时器的电路结构与符号
电源端 直接置0端
VDD
RD
8
4
阈值输入端 TH 6
R C1 R G1 Q G3
7.3.3 集成施密特触发器
二、CMOS 集成施密特触发器
CC40106
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
六施密特反相器输出逻辑 逻辑符号 表达式为 Y=A
CC4093
1A
1Y
1B
2A
2Y
2B
3A
3B
3Y
4A
4B
4Y
四2输入施密特与非门输出逻辑 逻辑符号 表达式为
Y=A·B
CMOS 施密特触发门电路一些重要参数
脉冲产生与整形电路概 述、结构和功能
概述 555 定时器的电路结构及其逻辑功能 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
17
8.1.2 集成555定时器的应用
➢ 多谐振荡器 ➢ 单稳态触发器 ➢ 施密特触发器
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
18
(一) 多谐振荡器
➢ 多谐振荡器是一种产生矩形脉冲波的自激 振荡器。由于矩形波含有丰富的高次谐波, 所以矩形波振荡器又称为多谐振荡器。多 谐振荡器没有稳态,不需外加触发信号, 当接通电源后,便可以自动地周而复始地 产生矩形波输出。
8
5 R1 5k Ω
V-C TH 6
VR1
+ - C1
R2 5k Ω
2
TL
+
VR2 - C2
R3 5k Ω
4R
R
1
VC1(VR)
Q 3
3 v0
S VC1(VS)
7
2Q
D
T R
1
图8-1集成5G555定时器原理图 7
1、555定时器基本结构
基本RS触发器 电源端
电阻分压器
8
电压控制端 5 R1 5k Ω
VCC时,
比较器C1输出低电平, 比较器C2输出低电平,
输出端v0为高电平, 放电三极管TD截止。
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
11
5G555定时器的功能表。如表8-1所示。
表8-1 5G555定时器的功能表
TH
× >2VCC/3 <2VCC/3 <2VCC/3
TL
× × >VCC/3 <VCC/3
2)通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程,称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施密 特触发器 。
几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
锯齿波
边缘斜率匀速增加,常用于 信号发生器和音乐合成。
脉冲波形产生方式
1
基于定时器
利用微控制器或集成电路中的定时器来产生精确的脉冲波形。
2
基于电荷泵
利用电荷泵电路将电荷存储并释放,产生高频率的脉冲波形。
ห้องสมุดไป่ตู้
3
基于脉冲变换
利用放大和滤波电路将正弦波形转换为脉冲波形。
整形电路概述
整形电路用于将输入的不规则波形转换为规则的脉冲波形,提高信号质量和 准确性。
常见的整形电路类型
低通滤波器
去除高频噪声,保留低频成分。
施密特触发器
将输入的不稳定波形转换为稳定的方波输出。
微分器
输出与输入信号的斜率成正比的脉冲信号。
积分器
输出与输入信号积分值成正比的脉冲信号。
整形电路工作原理
整形电路通过调整信号的幅度、频率或相位,将输入波形转换为所需的脉冲 波形。
应用案例和总结
几种常用的脉冲波形的产 生和整形电路
脉冲波形广泛应用于电子领域,本演讲将介绍常见的脉冲波形种类、产生方 式以及整形电路类型和工作原理。
脉冲波形概述
脉冲波形是一种非周期性的电信号,具有高幅度且持续时间短暂的特点。
常用脉冲波形种类
方波
具有快速上升和下降的边缘, 常用于数字电路和通信系统。
脉冲状波
持续时间非常短暂,常用于 雷达和高速数据传输。
脉冲波形的产生与变换
02
脉冲波形的产生
矩形脉冲的产生
矩形脉冲:通过将电压快速地加到高 电平然后减到低电平,再重复这个过 程,可以产生矩形脉冲。
矩形脉冲的宽度和高度可以通过改变 电压的上升和下降速度以及高低电平 的电压值来调整。
三角脉冲的产生
三角脉冲:三角脉冲可以通过比较器电路产生,当输入信号大于某个阈值时,比 较器输出高电平,否则输出低电平。
脉冲波形产生与变换技术的实际应用
为了更好地发挥脉冲波形产生与变换技术的优势,未来研究可以加强该技术在各领域的实 际应用研究。通过与产业界的合作,推动脉冲波形产生与变换技术的成果转化,为经济发 展和产业升级提供技术支持。
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THANKS
压力传感器
通过检测压力变化产生的 脉冲波形,实现对压力的 测量。
温度传感器
利用热敏元件产生的脉冲 波形,实现对温度的测量。
在医学领域的应用
超声成像
利用超声波产生的脉冲波形,通 过接收反射回的脉冲信号进行成
像。
核磁共振成像
通过施加脉冲磁场和射频脉冲, 获取组织中的氢原子核磁矩信息,
重建图像。
脉冲激光治疗
目的和意义
随着科技的发展,脉冲波形在各个领 域的应用越来越广泛,对脉冲波形产 生与变换的研究具有重要的实际意义。
此外,脉冲波形的产生与变换也是信 号处理领域的重要研究方向之一,对 于推动相关领域的发展具有重要意义。
研究脉冲波形的产生与变换,有助于 深入了解信号的特性和传播规律,为 信号处理、通信系统设计等领域提供 理论支持和技术指导。
够将输入的脉冲波形进行变换,得到所需的输出波形。实验结果表明,
该算法具有快速、准确和稳定的特点。
03
脉冲波形在各领域的应用
数字电路第8章脉冲波形的产生与整形概要
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件,使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz , 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚),当Uo1输出高 电平时,B振荡器才能振荡,Uo1输出低电平时, B振荡器 被复位,停止振荡,因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到,电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态:外加触发信号Ui的下降沿到达时,由于
U21 3UC、 C U6(UC)0,RS触发器Q端置 1,因此Uo=1, V1截止,UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行,UC不断上升,趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态,电容C上电压UC略低于
,Uo
输出高电平,V1截止,电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电,平但不只变要,13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳,
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉,冲R消S失触后发,器U状2回态到保高持电不平变,,在因U此2 ,13UUoCC、 一直保持高电平不变,电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时,RS触发器置 0,电路输出Uo
=0,V1导通,此时暂稳态便结束,电路将返回到初始的
脉冲产生与整形电路实验报告
脉冲产生与整形电路实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过脉冲产生与整形电路实验,掌握脉冲信号的产生和整形基本原理,并学会使用555定时器、多谐振荡器等电路元器件进行实现。
二、实验原理1.脉冲产生电路原理脉冲信号通常是由正弦波信号经过整形电路处理得到的。
正弦波信号经由非线性电路处理,波形就会变形,产生各种脉冲信号。
其中,在整形电路中,最常用的是555定时器产生的脉冲信号。
555定时器是一种通用的集成电路,内部包含比较器、多谐振荡器等功能电路,经过调整参数,可以快速产生各种类型的脉冲信号。
2.整形电路原理整形电路在信号处理中的作用是根据信号的幅值、频率和相位等特性,将输入信号转化成特定形式的输出信号。
通常的整形电路包括正弦波整形电路、方波整形电路、脉冲整形电路等。
其中,最常见的脉冲整形电路是单稳态多谐振荡器电路。
该电路采用多谐振荡器,输出一个脉冲信号,带有“占空比”的特点。
这个信号由一端持续保持高电平,另一端持续保持低电平,长度和时间间隔具有可调性。
三、实验内容与步骤1.实验器材:555定时器、74LS123、电路板、导线等。
2.实验步骤:(1) 确定实验电路,根据电路原理图进行串联连接,构成脉冲产生与整形电路。
(2) 对寄存器电路写数据,设置电路元器件的参数,如输入电压的范围、输入电压的幅度等。
(3) 打开开关,接通电源,通过示波器观察脉冲信号的变化情况,并确定产生的脉冲信号的相位和频率等参数。
(4) 调整电路参数,不断进行实验测试,并对比不同参数下输出信号的差异,获得更多的实验结果。
四、实验结果与分析在实验中,我们通过脉冲产生与整形电路实验,成功地实现了脉冲信号的产生与整形,并对不同参数下的信号进行了调节和分析。
经过实验,我们发现脉冲信号的产生有较高的可调性,可以根据需要在一定范围内进行调节,以获得不同形式的输出信号。
而整形电路在处理各种信号时都具有优良的效果,可以更加精细地控制脉冲信号的特性。
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CC D CC 2 o CO R1 1 6
(c)尖脉冲
(d)锯齿波
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8.1 概述
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
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: ①脉冲产生电路直接产生; ②利用已有的周期信号整形、变换得到。
t
电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,它必须小于 tW 。若
输入触发脉冲宽度大于tW时,应在u2输入端加入微分电路。
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8.3 单稳态触发器
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计 2.输出脉冲宽度tW 输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间,即电容C的电压 2 从0充电到 U CC 所需的时间。根据电容C的充电过程可知: 3 2 U C (0 ) 0 , U C ( ) U CC , UT uC ( tW ) U CC , RC , 3 因此可得 U C ( ) U C (0 ) tW RC 1n RC 1n3 1.1 RC U C ( ) U T 上式说明:单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定 时元件R、C的取值,且成正比关系,而与输入触发信号和 电源电压无关,因此调节R、C的大小,即可方便地改变tW。 矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。
uo
电 压 传 输 特 性
0 U- U+ u
I
①输入信号上升时对应的转换电平 U+ ,称为正向阈值电压; ②输入信号下降时对应的转换电平U - ,称为负向阈值电压; ③差值Δ U=U+-U-,称为回差电压。
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8.4 施密特触发器
脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 施密特触发器; 脉冲产生电路——多谐振荡器; 多用途的定时电路——555定时器。
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8.1 概述
二、脉冲信号的参数
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
上升时间 下降时间
0.9 Um 0.5 Um 0.1 Um
uI
1
uO
&
uO
单稳
uF
uO
与门
tW
uF uO
单稳态触发器的定时波形
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8.4 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。 数 字 电 路 与 逻 辑 设 计 工作特性: ① 具有两个稳态; ② 属于电平触发,缓慢变化的信号也可以作为输入信号, 当输入信号达到某一特定值时,输出电平就发生突变; ③ 输入信号从低电平上升时,电路状态转换时对应的输入 电平,与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
u6
(TH )
&
Q
u2
(TR )
+C 2 -
S
&
Q G2
&
G3
1
3 G4
uo
4.放电三极管 VT是一个集电极开路的放电三极管。
当uO=0时,VT导通; 当uO=1时,VT截止。
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8.2 555定时器
tr
tf
脉 Um 冲 幅 度
t W脉冲宽度
脉冲周期
T
矩形脉冲信号的主要参数
占空比D--脉冲宽度与脉冲周期的比值,D=tW/T 。
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8.1 概述
三、脉冲产生电路的暂态分析
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。
U+≥U-时,Ci=1; U+<U-时,Ci=0。
R 0 0 1 1
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S 0 1 0 1
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Qn+1 不定 0 1 Qn
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8.2 555定时器
U CC 8 5k U CO U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 +C 1 - R
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8.2 555定时器
U CC RD 4
数 电压控制端 字 U 电 u (TH ) 路 u 与 (TR ) 逻 辑 放电端 设 计
CO 6 2
8
5k
U R1 5 +C 1 - 5k 2 U R2 5k VT 7 1 +C 2 - S R
G1
&
Q
6
&
Q G2
&
G3
1
3 G4
uo
1.分压器
①5脚悬空时, U R 1
单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路,简称单稳。 数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
工作特性:
① 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态; ② 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; ③ 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。
④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:
tW RC 1n
U C ( ) U C (0 ) U C ( ) U T
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8.2 555定时器
uO
tW
单稳态触发器的整形波形
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8.3 单稳态触发器
2.脉冲延时 脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延 数 时时间为tW1,它决定于第一级单稳态触发器的定时元件 字 R和C。 电 路 u0 uI 1 1 与 u 逻 (tW2) (tW1) 辑 设 uI 计
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路,可 以方便地构成单稳态触发器,施密特触发器和多谐振荡器。
u6 u2
(TH )
6 5k 2 U R2
-
1
RD
4
5
U CO
(TR )
+C 2 -
S
&
Q G2
&
G3
1
3
uo
G4
5k 放电端
VT 7 1
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8.2 555定时器
U CC RD 4 5k U R1 5 6 5k 2 U R2 +C 2 - S +C 1 - R G1
异步清零端
数 阈值输入端 U 字 u 电 (TH) 路 u 与 (TR) 逻 辑 触发输入端 放电端 设 计
CO
8
&
Q
6
2
&
Q G2
&
G3
1
3
uo
G4
5k
VT 7 1
3.基本RS触发器 2.电压比较器
数 字 电 路 与 逻 辑 设 计
第八章 脉冲波形的产生与整形
8.1 概述 8.2 555定时器 8.3 单稳态触发器 8.4 施密特触发器
8.5 多谐振荡器
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8.1 概述
一、脉冲信号
数 脉冲是脉动和短促的意思,凡是具有不连续波形的信 字 号均可称为脉冲信号。广义讲,各种非正弦信号都是脉冲 电 信号。 路 与 逻 辑 设 (b)方波 (a)矩形波 计
输出
RD
0 1 1 1
u2 ×
1 U CC 3 1 U CC 3
2 U CC 3 2 U CC 3
2 U CC 3
1 U CC 3
uO 0 1 0 不变
VT 导通 截止 导通 不变
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8.3 单稳态触发器
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8.3 单稳态触发器
波形图
数 字 电 路 与 逻 u 辑u I C 设 计
uI T UCC R 8 4
1 U 3 CC
0 uo t
7 6 555 3 2 C
uo tW TW t UCC
1
5 0.01μ F
0 uC 2 U 3 CC 0
C UC(t) S U R
UC(0+) 0 UT
UC(t ) UC(∞ ) tM t
① 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-)。