《电子线路 教学课件 作者 孙成林 第十四章脉冲波形的产生和变换》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子线路 教学课件 作者 孙成林 第十四章脉冲波形的产生和变换（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十四章 脉冲波形的产生和变换,教学目标 第一节 概述 第二节 单稳态触发器 第三节 多谐振荡器 第四节 施密特触发器 第五节 555时基电路,教学目标,1.掌握脉冲波电压的主要参数。 2.掌握几种常用的脉冲波形产生与变换电路。 3.理解几种常用的脉冲波形产生与变换电路的工作原理、输出波形的分析及其应用。 4.了解555定时器内部结构框图、基本原理及典型应用。,返回,第一节 概述,一、脉冲的基本概念 1 .常见的脉冲信号：脉冲信号有很多种，如图14-1所示 2.矩形脉冲信号参数 如图14-2所示 脉冲幅度Vm：用来表示脉冲信号强弱的参数。 上升时间：脉冲从0. 1 Vm上升到0. 9 Vm所需
2、要时间 下降时间：脉冲从0. 9 Vm下降到0. 1 Vm所需要时间,下一页,返回,第一节 概述,脉冲宽度：从脉冲前沿的0. 5 Vm处起，到后沿的0. 5 Vm处止的一段时间。 脉冲周期：两个相邻脉冲之间的时间间隔 占空比q: 脉冲信号的宽度与脉冲周期的比值 任何脉冲波都是由多种频率和振幅不同的正弦波合成的。 通常称脉冲波的频率是指“基波”频率(最低频率)。这个频率可通过数字频率计(或示波器)测定。脉冲波的幅度、脉宽、上升和下降时间等可通过示波器读出。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,二、RC波形变换电路 1. RC电路的充、放电过程 图14 -3是RC充、放电电路。 其充电过程如图14
3、-4所示，放电过程如图14-5所示 电阻R与电容C的乘积称作时间常数,下一页,返回,上一页,第一节 概述,2.微分电路: 利用微分电路可将矩形脉冲变换为尖峰脉冲。 (1)电路结构电路如图14-6 ( a)所示。 (2)工作原理 电容中仅在加电压的瞬间有电流流通，由于电容两端电压不能突变，所以可得到如图14-6（b）所示的波形 3.积分电路: 利用积分电路可将矩形波变换成锯齿波。 (1)电路结构： 电路如图14-7 ( a)所示。 (2)工作原理：电路波形如图14-7 ( b )所示。,返回,上一页,第二节 单稳态触发器,一、单稳态触发器基础 1.电路组成 图14 -8为CMOS或非门构成的单稳
4、态触发器。 2.工作原理 (1)稳态：无触发信号时 (2)暂稳态：当外加输入信号发生正跳变时，其过程可描述为,下一页,返回,第二节 单稳态触发器,(3)暂稳态自动翻转到稳态 在暂稳态期间，充电回路如图14 -9所示，随着充电时间的增加，电路发生下列正反馈，恢复到新的稳定状态 3.波形 上述电路的工作波形如图14-10所示。 tw即输出脉宽，表示暂稳态持续时间，由R C充、放电时间决定，与外加触发信号无关，一般,下一页,返回,上一页,第二节 单稳态触发器,二、集成单稳态触发器 74HC123是带清除端的双可重触发单稳态触发器。其引脚排列如图14-11所示。,返回,上一页,第三节 多谐振荡器,振荡
5、器有两大类型:能产生正弦交流信号的电路称为正弦振荡器，产生矩形波(或方波)的电路称为多谐振荡器，如图14-12所示。 一、门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成 图14-13所示为一个由CMOS反相器及电容C,电阻R构成的自激多谐振荡器,下一页,返回,第三节 多谐振荡器,2.工作原理 (1)电源VDD接通时，这一状态称为第一暂稳态。 (2)R对C充电，电路发生如下正反馈过程: 这称为电路的第二暂稳态。 (3)电路进入第二暂稳态瞬间，电容C放电 如此电容C重复充放电过程，可得到如图14-14所示波形,下一页,返回,上一页,第三节 多谐振荡器,二、石英晶体多谐振荡器 石英晶体由于频率特性好、品质因素
6、高，所以其选频特性较好。在要求高的场合，多采用石英晶体多谐振荡器。 石英晶体多谐振荡器如图14-15所示。晶体在电路中起窄带滤波器的作用，以石英晶体为定时器件的多谐振荡器，电路的振荡频率决定于晶体本身的串联谐振频率，与电路中的R, C值无关，其频率稳定性高，但不可调节。,返回,上一页,第四节 施密特触发器,施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种双稳态触发电路，该电路须依赖外加触发信号来维持两个稳定状态。 特点： 它是一种电平触发器; 使电路发生两次翻转的触发电平值不同，即电路有不同的阈值电压。,下一页,返回,第四节 施密特触发器,一、CMOS门电路组成的施密特触发器 1.电路组成 如图14
7、-16所示的是由两级CMOS反相器构成的施密特触发器。 其工作波形图如图14-17所示。 2.工作原理 (1)输入电压为0V时，电路如图14-18所示,电路进入第一稳态。,下一页,返回,上一页,第四节 施密特触发器,(2)随着输入电压逐渐上升，电路状态发生翻转，如图14-19所示，电路保持在第二稳态 (3)随着输入电压逐渐下降， 电路状态再一次发生翻转 电路由第一稳态翻转到第二稳态时的输入触发信号称为正向阈值电压，第二稳态翻转到第一稳态时的输入触发信号称为负向阈值电压，将它们的差值定义为回差电压,下一页,返回,上一页,第四节 施密特触发器,这种正向阈值电压与负向阈值电压不相等的现象，称为回差现
8、象。 回差是施密特触发器固有的特性，称为回差特性。 根据上面的分析，可作出施密特触发器电压传输特性，如图14-20所示。,下一页,返回,上一页,第四节 施密特触发器,二、集成施密特触发器 图14-21 ( a)所示是附加“与非”逻辑功能的集成施密特触发器的图形符号 图14-21 ( b)所示是附加“非”逻辑功能的集成施密特触发器的图形符号 74LS132是集成施密特与非门，74LS14是集成施密特非门，图14 -22是它们的外引脚排列图。 施密特触发器的应用见表14-1,返回,上一页,第五节 555时基电路,一、555定时电路简介 555定时器除了可用作定时控制外，还可以组成单稳态触发器、施密
9、特触发器、多谐振荡器等等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，得到了广泛的应用。555电路的逻辑图、外引线功能图、内部电路如图14-23所示。,下一页,返回,第五节 555时基电路,1.比较电路 比较电路由比较器C1和C2及3个分压电阻R构成。 2. RS触发器 当电路复位端R =0时，触发器复位。当R=1时，触发器输出0;当S=1时，触发器输出1 3.放电开关及反相输出 V是一个放电开关，状态受RS触发器的输出控制。反相器G的作用是输出缓冲，提高电路的驱动能力。,下一页,返回,上一页,第五节 555时基电路,4.集成电路主要管脚 管脚6：阈值输入端， 管脚2: 触发输入端， 管脚5：电压控制
10、端 管脚7: 放电端口，提供外接电容后的放电通路，同时作为V管集电极开路输出 555定时电路功能表如表14 -2所示。,下一页,返回,上一页,第五节 555时基电路,二、555定时电路的应用 1.构成多谐振荡器 如图14-24所示。 工作原理: (1)接通电源，电容C两端电压较低，v截止，电路输出高电平，处于第一暂稳态。 (2)随着VCC对C充电的进行，电路进入第二暂稳态 (3)电路处于第二暂稳态时，C开始放电，回到第一暂稳态,下一页,返回,上一页,第五节 555时基电路,2.构成单稳态触发器 如图14-25所示 工作原理: (1)接通电源，Vcc对C充电,电路进入稳态 (2)若在电路触发输入
11、端加入一个负向触发脉冲后,电路输出高电平，电路进入暂稳态。 (3)电容C对V放电，恢复稳态,下一页,返回,上一页,第五节 555时基电路,3.构成施密特触发器 如图14-26 (a)所示，图14 -26 ( b)为电路工作波形 工作原理: (1)接通电源后，电路输出高电平 (2)当输入电压上升至 ，输出不变 (3)当输入电压 ，状态翻转 (4)当输入电压开始下降，使 ，输出仍为低，当 ，输出变为高 该电路的回滞特性如图14 -27所示。,返回,上一页,图14-1 各种脉冲信号的波形,返回,图14-2 描述矩形脉冲信号波形参数,返回,图14-3 RC充、放电电路,返回,图14-4 RC电路充电过
12、程波形,返回,图14-5 RC电路放电过程波形,返回,图14-6利用微分电路可将矩形脉冲变换为尖峰脉冲,返回,图14-7利用积分电路可将矩形波变换成锯齿波,返回,图14-8 单稳态触发器,返回,图14-9 电容充电回路,返回,图14-10 单稳态电路波形,返回,图14-11 74HC123双可重触发单稳态触发器,返回,图14-12 两大类型的振荡器,返回,图14-13 多谐振荡器,返回,图14-14 多谐振荡器工作波形,返回,图14-15 石英晶体多谐振荡器,返回,图14-16由两级CMOS反相器构成的施密特触发器,返回,图14-17 施密特触发器工作波形,返回,图14-18 电路进入第一稳态,返回,图14-19 电路保持在第二稳态,返回,图14-20 施密特触发器 电压传输特性,返回,图14-21 集成施密特触发器 图形符号,返回,图14-22 集成施密特触发器引脚图,返回,表14-1 施密特触发器的应用,返回,图14-23 555电路,返回,表14-2 555定时电路功能表,返回,图14-24 555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形,返回,图12-25 555构成的单稳态触发器电路及工作波形,返回,图14-26 555定时器构成的施密特触发器及其工作波形,返回,图14-27 电路的回滞特性,返回,
