脉冲波形的产生和整形

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
输 入 输出 A1 A2 B vo vo 0 × × 3 4 A1 A2 GND 7 74121 × 0 × 1 1 1 1 0 × 1 1 1 0 × (a)图形符号 × 0 0 0 0 0 1 1 1 1
(3)用于鉴幅 利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号,其 中幅度大于正向阈值电压的幅度鉴别出来。
10.3 单稳态触发器
特点: 第一、它只有稳态和暂稳态两个不同的工作状态; 第二、在外界触发脉冲的作用下,能从稳态翻转到 暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动返回 稳态; 第三、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; 应用:脉冲整形、延时、定时等。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
c.电容放电,电路回到稳态 输出波形如图10.3.4所示。 随着电容C的放电,vA下 降到G2门的开启电压VTH 时,输出翻转为高电平, 回到稳定状态(“1”)。 当vI回到低电平后, vo1重 新为高电平,并向电容C 充电。
电容放电
稳态
暂态
图10.3.4
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
t RC ln
vC ( ) vC ( 0 ) vC ( ) VTH
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
VDD 0 t w RC ln VDD VTH RC ln 2 0.69RC
Vm VOH VOL VDD
输出脉冲幅度Vm为 则输出的脉冲宽度tw为
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
1.工作原理 ①当vI=0时, vo1= VOH , vo= VOL≈0,此时G1门的 输入电压为
R1 vA vO 0 R1 R2
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
②当vI 从0逐渐升高到使得vA=VTH 时,反相器进入电压传输特性的放 大区(转折区),故vA的增加,引 起下面的正反馈,即
C充电电路
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
随着vI2的增加,到vI2=VTH时, 产生另一正反馈,即
C充电
vI 2
vo
vo1
此时(vd已变低),则vO1和vI2 迅速跳变为高电平,电路马上 翻为稳态,即 vO=0
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
电容C通过R和G2门的输入保 护电路(D1)向VDD很快放电, 直到电容电压为0,电路恢复 到稳态。 C放电电路
本章内容
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 概述 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器 555定时器及其应用
10.1 概述
一、 产生矩形脉冲的途径 1.利用各种形式的多谐振荡器电路; 2.通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换成 符合要求的矩形脉冲。 二 、矩形脉冲特性的描述 通常的 矩形脉冲波 形如图10.1.1 所示。
3 4
A1 A2
74121
vo 6
vo 1
1 1
5 B
GND 7
(b)功能表 图10.3.6 集成单稳态触发器74121的图形符号及功能表
(a)图形符号
10.3.2 集成单稳态触发器
Cext和Rext为外接电 容和外接电阻; 通常Rext取值在2K30KΩ之间; Cext的取值在10pF10μF之间; 得到的脉冲宽度tW 的范围为20ns200ms。
图10.2.3
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
2.施密特触发器的主要特点 输入信号在上升和下降过程中,电路状态转换的输入 电平不同。 电路状态转换是正反馈过程,使输出波形边沿变陡。
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
例10.2.1 由CMOS反相器构成的施密特触发器如图 10.2.4所示,设VTH=3V,VDD=6V,输入电压为峰- 峰值6V的三角波。试画出输出电压vo的波形,注明VT +和VT-的大小,并求回差电压△VT。
a.无触发信号时,电路处于稳态 当vI=0时,输出电压vO=VOH为高电平, vO1=VOH, vO1通过R很快给电容C充电到vA=VOH(R值比较小)
图10.3.3
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
二、 积分型单稳态触发器 b.当有正脉冲输入后,电路进入暂稳态 当vI由低电平转为高电平时, vO1=VOL。由于电容电压 不能突变, vA仍保持高电平,使得输出vO=VOL为低电 平,电路进入暂态过程,此时电容C放电。 C放电回路
vI
100kΩ
6V
50kΩ
0
t
解:阈值电压为
VT+=(1
图10.2.4
t
VOH
R1 50 )VTH=( 1 ) 3=4.5V R2 100
R1 50 VT-=( 1 )VTH=(1 ) 3 1.5V vo R 100 2016/11/24 2
0
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
其输出波形如图10.2.5所示
100kΩ
50kΩ
回差电压为
△VT=VT+-VT-
=4.5-1.5=3V
10.2.3 施密特触发器的应用
(1)用于波形变换 利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号 变换为边沿很陡的矩形脉冲。
10.2.3 施密特触发器的应用
(2)用于脉冲整形
10.2.3 施密特触发器的应用
C放电
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
单稳态触发器的性能参数:
输出脉冲宽度(暂稳态时间):tw; 输出脉冲幅度:Vm; 恢复时间:tre; 分辨时间(触发脉冲最小间隔时间): td≥tw+tre;
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
电容C两端的充放电电压vC, 从充、放电初始到VTH的时间 t,可用下式计算,为
10.3.2 集成单稳态触发器
一、集成单稳态触发器74121
是在普通微分型单稳态触发器的基础上,附加了输入控 制电路和输出缓冲电路,是TTL逻辑电路。
图10.3.5
10.3.2 集成单稳态触发器
其图形符号和功能表如图所示
10 11 9 14 C ext R ext R intVcc
C ext
输 入 输出 A1 A2 B vo vo 0 × × × 0 × 1 1 1 1 0 × 1 1 1 0 × × 0 0 0 0 0 1 1 1 1
图10.1.1
10.1 概述
其中:
脉冲周期T :周期性重复的脉冲序列中,两个相邻脉 冲之间的时间间隔。有时也用频率f=1/ T表示单位时 间内脉冲重复的次数。 脉冲幅度Vm:脉冲电压的最大变化幅度。
图10.1.1
10.1 概述
脉冲宽度tW:从脉冲前沿到达0.5Vm起,到脉冲后沿到 达0.5Vm为止的一段时间。
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
恢复时间tre为
t re ( 3 ~ 5) RON C
分辨时间td为
t d t w t re
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
二、 积分型单稳态触发器 图10.3.3为由TTL与 非门、反相器及RC积分 电路构成的积分型单稳 态触发器。用于正脉冲 触发。
R2 v A VTH= VT R1 R2
当vA>VTH时,电路状态维持在 vo=VOH= VDD不变。
R1 R 2 VT = VTH R2
R1 =(1 )VTH R2
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
③当vI从高电平VDD逐渐下降到vA=VTH时,由于也存在 正反馈,即
vA
vd vo1
vI 2
vo
则vO1迅速跳变为低电平, 由于电容电压不能跃变,故 vI2同时为低电平,使得输出 vO翻转为高电平,此时电路 进入暂稳态,电容C随后开 始充电。
暂稳态开始 图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
c.电容充电,电路由暂稳态自动返回至稳态
电源VDD通过R和G1门的输出电路给电容C充电
C放电回路
输出的脉冲宽度为
VO L-VO H tW ( R R0 )C ln VO L-VTH
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
两种单稳态触发器的比较:
微分型单稳态触发器
积分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器输出波形比较理想,前后沿比较陡, 因为有正反馈存在,但抗干扰能力差; 积分型单稳态触发器抗干扰能力强,但输出波形边沿比 较差,而且要求输入触发脉冲的宽度要大于输出脉冲宽 度。
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
施密特触发器
R2
vI
R1
v I G1
vo1 1 1
G2 (a) 电路
vo vo
图10.2.1
vI vI
vo
vo
图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器
设反相器G1和G2均为CMOS门,其阈值电压为VTH= VDD/2,输出高低电平分别为VOH= VDD, VOL=0,且 R1< R2
vo
vo
使电路迅速跳变 到vO=VOL≈ 0
此时施密特触发器在vI下降时对应输出电压由高电平 转为低电平时的输入电压为VT-,称为负向阈值电压, 此时vO=VDD。故, G1门的输入电压为
vA R2 R1 vI vO R1 R2 R1 R2
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
vA
vo1
vo
Leabharlann Baidu
使电路迅速跳变 到vo=VOH≈ VDD
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
由叠加原理得 R2 R1 vA vI vO R1 R2 R1 R2
设施密特触发器在输入信号vI正向增加时的门槛电压 (阈值电压)为VT+,称为正向阈值电压,此时vo=0。 故,G1门的输入电压为
第十章 脉冲波形的 产生和整形
作业
题10.1 题10.3 题10.11 题10.13 题10.25
第十章 脉冲波形的产生和整形
内容提要
本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。在矩形波 产生电路中介绍常用的多谐振荡器——对称式多谐振荡 器、环形振荡器以及用施密特触发器和555定时器构成 的多谐振荡器等。 在整形电路中,介绍施密特触发器和单稳态触发器。 本章最后讨论常用的555定时器及其所构成的施密特 触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
上升时间tr :脉冲上升沿从0.1Vm上升到 0.9Vm所需要的时间。
下降时间tf :脉冲下降沿从0.9Vm 下降到 0.1Vm所需要 的时间。
图10.1.1
10.1 概述
占空比q :脉冲宽度与脉冲周期的比值,即q = tw /T。
图10.1.1
10.2 施密特触发器
施密特触发器(Schmitt Trigger)为脉冲波形变换中 经常使用的一种电路,具有下面两个性能特点: 第一 输入信号从低电平上升的过程中,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过程 中对应的输入转换电平不同; 第二 在电路状态转换时,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。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
b.外加触发信号时,电路由稳 态翻转到暂稳态
图10.3.1 当加触发脉冲输入信号vI时, 在Rd、Cd组成的微分电路输出 端得到很窄的正负脉冲vd,如 图10.3.2波形所示。
图10.3.2
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
当vI上升,vd也随之上升,当 上升到VTH后,此时存在下 列正反馈:
v I VT
R1 (1 )VTH R2
v I VT
R1 (1 )VTH R2
R1 VT=VT+-VT- 2 VTH R2
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
施密特触发器的电压传输特性
图10.2.2
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
施密特触发器的两个输出电压传输特性图
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
一、微分型单稳态触发器
图10.3.1 设VOH≈ VDD, VOL≈ 0,且CMOS门的转折电压为 VTH≈ VDD / 2。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
a.无触发信号时,电路处于稳态,vO=0
图10.3.1 在稳态下vI=0,vI2=VDD 故vO=0, vO1=VDD,vO1、vI2两端电压相等; 电容C两端无电压, 即vc=0。
v A VTH R2 R1 vI vO R1 R2 R1 R2
R2 R1 VT- VDD R1 R2 R1 R2
由于VTH= VDD / 2,故
R1 VT- (1 )VTH R2
只要vI<VT-,vO≈0。
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
将VT+和VT-之间的差值定义为回差电压,用△VT表示, 即
相关文档
最新文档