脉冲波形的产生与整形.ppt

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第6章 脉冲波形的产生与整形
三、典型电路分析：
6.4.1 源自文库称式多谐振荡器
C2
vI1
G1 1
vo1
vI2 G2
1
vo2
C1
RvoF11
voR2 F2
C1
C2
只要适当选择RF1、RF2的大
RF1
1
小，就可使两个与非门的静态
1
RF2 工作点均处于线性区或转移区。
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 。
（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。
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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。
反相功能
同相功能
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电压传输特性
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数字电子技术 电子教案 二、典型电路分析
第6章 脉冲波形的产生与整形
用CMOS组成的施密特触发器 VTH=1/2VDD
分析：（1）VI＝0，VO＝0V；VI＝1，VO＝VDD
1
>2VCC / 3
>VCC / 3
0 导通
1
<2VCC / 3
> VCC / 3 保持 保持
vo
T2
0
T1
（3）充电过程T1：
VT+ VI(0)＝VT-，VI(∞)＝VDD，VI(th)＝VT＋
VT-
t
T1

RCn VDD VDD
VT VT
（3）放电过程T2：
t
VI(0)＝VT＋，VI(∞)＝0，VI(th)＝VT-
问题：⒈占空比ｑ=？ ⒉第如1-2何2页使占空比可调（P3■39）
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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。
/ >VCC 3 > / VCC 3 < / VCC 3 < / VCC 3
0
保持
1 1
导通 保持 截止 截止
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.5.2 用555定时器构成施密特触发器
RD VI1(TH)
0

VI2(TR)

vo 晶体管TD 0 导通
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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 §6.5 555定时器及其应用
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6.1 概述
第6章 脉冲波形的产生与整形
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控制
端 阈值端
第6章 脉冲波形的产生与整形
复位端
RS 触发器功能表
低电平有效 R S Q Q
01 0 1
10 1 0
1 1 保持 保持
触发端
00 1 1
低电平
RD
VI1(TH)
VI2(TR)
vo 晶体管TD
555 0


0 导通
的
1
功
1
能
1
表
1
>2VCC / 3 <2VCC / 3 <2VCC / 3 > / 2VCC 3
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.4 多谐振荡器
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。
vA下降直到VTH vo
vo上跳； vA继续下降
tW 0
t
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第6章 脉冲波形的产生与整形
（3）充、放电等效电路：
vi
tmin
放电：
充电：
tTR
G1
VOL
R vA
VOH
0
R'O
R vA
vo1
t1
t2
t
RO
C
G1
C
t
0
（4）输出脉冲宽度tw：
vo2
C1
RF1
RF2
C1充电
vI2 ↑
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vo2↓
C2放电
vI1 ↓
■
vo1↑
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第6章 脉冲波形的产生与整形
C1充电
高电平脉冲宽度T1： VC1（0）＝VIK，VC1（∞）＝VE1， VC1（th）＝VTH，τ ＝RE1C1
T1
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
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vI1 ↑
vo1↓
vI2 ↓
第6章 脉冲波形的产生与整形
C2
vo2↑
vI1
G1 1
vo1
vI2
G2 1
vA
VC（0）＝VOH，VC（∞）＝0，
VC（th）＝VTH，τ ＝(R＋RO)C
VTH 0
tw
n VC () VC (0)
VC () VC (th)

(R

RO
)Cn
VOH VTH
vo
tre tW
t
t
恢复时间：tre＝(3~5)( R＋RO′)C； 分辨时0 间：td＝tre＋tTR
石英晶体 C2
石英晶体的阻抗与频率特性
振荡器振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率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。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
★6.5 555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。
T2
RCn VT VT
T T1 T2
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.4.5 石英晶体多谐振荡器
石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。
组成方法：在多谐振荡器中接入石英晶体
RF
RF
X
X>0感性
C1
1
1
vo
f0 0
f
X<0容性
VI VI VI VO
R1
R2
VI

R2 R1 R2
VI

R1 R1 R2
VDD
令
VI VTH
1 2 VDD
，代入得，
VT
VI

1 2
VDD
.(1

R1 R2
)
VT

1 2 VDD (1
R1 ) R2
∴△T＝VT＋－VT－＝
R1 R2
VDD
由以上可知，改变R1，R2的比值可以调节VT＋、VT－、△T 但是R1<R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。
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：
q tw T
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.2 施密特触发器
一、特点和类型；
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）
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.4.4 由施密特触发器构成的多谐振荡器
R
（1）第一暂稳态：VI＝0，VO＝1;
第二暂稳态：VI＝1，VO＝0
VI
VO
若使用的是CMOS施密特触发器，
C
则VOH＝VDD，VOL＝0
（2）波形：
vI
0
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。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
6.5.1 电路结构及功能（CB555）
可利用施密特触发器进行脉冲整形。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
(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
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（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。
问题：①什么是稳态？什么是暂稳态？
外部触发 暂稳态 自动返回
稳定状态
稳定状态
☆ 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？
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
（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，
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； 5、利用公式 T RCn V() V(0) ，
V() V(th)
计算充、放电时间，求所需的计算结果。
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（2）VI↑，VO＝0V，
VI VI VI VO
R1
R2
令
VI
VTH

1 2 VDD
VI

R2 R1 R2
VI
，代入得， VT
VI

1 2
VDD
.(1

R1 R2
)
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第6章 脉冲波形的产生与整形
（3）VI↓，VO＝VDD，
n
VC () VC (0) VC () VC (th)

R E1
C1
n VE VIK VE VTH
若RF1＝ RF2、C1＝C2＝C，则电路振荡周期：VE1、RE1的值参考 P330
T 2T1
2RE C
n VE VIK VE VTH
式（6.4.2）和式（6.4.3）
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。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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；
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6.3 单稳态触发器
第6章 脉冲波形的产生与整形
• 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：
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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；
第6章 脉冲波形的产生与整形
2、类型：微分型和积分 型。 3、应用：脉冲整形、延时及定时等。
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第6章 脉冲波形的产生与整形
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，
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第6章 脉冲波形的产生与整形
问题：对触发脉冲宽度tTR有无要求v?i
vi
1 vo1 R
G1
C
A
&
G2
vo
0
vo1
t
回答: 有!
t
0
vA
要求：触发脉冲的宽度必须大于
输出脉冲宽度
VTH
t
0
vo
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t
0
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第6章 脉冲波形的产生与整形
三、积分型单稳态触发器的工作原理 取值不能太
vo1 R
vi
1
TTL门电路 G1
C
A
&
G2
vo
v大i
0
vo1
t1
t2
t
（1）在 vi 脉冲到来以前，vo1是高
电平，vo是高电平。
t
vi 正
vo1 负跳变
0
vA
跳变
vA 不 突变
vo负跳 VTH
变
0
t
C放电