3.4波形产生、整形和变换电路.课件.ppt

1、. .波形产生、整形和变换电路波形产生、整形和变换电路退出退出1.1.施密特触发器的触发特性施密特触发器的触发特性 施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。逻辑符号施密特发器有反相传输和同相传输两种电路。 施密特触发器施密特触发器的电压传输特性的电压传输特性 ui uo UT UT+ 0 下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：UT UTUT缺点是回差太小，且不能调整。 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 VDD 施密特触发器施密特触发器的输入输出电压的输入输出电压波形波形（1）施密特触发器输出有两种状态；）施密特触发器输出有两种状态； （

2、2）施密特触发器采用电平触发即）施密特触发器采用电平触发即输入电压上升时，即输入电压上升时，即使上升很缓慢，只要输入电压上升到某一阀值电压使上升很缓慢，只要输入电压上升到某一阀值电压(UT+或或UT-)时，电路的输出状态就发生转换时，电路的输出状态就发生转换 ；（3）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀值）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀值电平（电平（UT+和和UT-）。）。11234567891011121314VccGND1111174LS142 施密特触发器的具体电路施密特触发器的具体电路UUURRU0102ii1211UUU1i01021CMOS门电路，其阀值电压为

3、门电路，其阀值电压为1/2VDD。电路中要求。电路中要求R1R2 G1G2R11vO1vI1v OR2vI（1） 当当vI=0时，时，vO1 VDD ， vO 0V， vI 0V； （2）当）当vI升高时，升高时，vI 也升高也升高。当。当vI 达到达到1/2VDD时，时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应的输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为值称为VT+。DDTIVRRRVv21221)1 (2121RRVVDDT（3 3）当）当vI大大于于VT+ +时，电路转到另一稳态：时，电路转到另一稳态：vO1 0V ，vO VDD 。 0 01 10 00 0VT+1/2VDD00111 1

4、0 00 0G1G2R11vO1vI1vOR2vI（4 4）当）当vI由高变低时，由高变低时，vI 也由高变低。当也由高变低。当vI 1/2VDD时，电路又将发生转换。此时对应的时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为称为VT。（5 5）当）当vI小于小于VT时，电路转到另一稳态：时，电路转到另一稳态：vO1= VDD ，vO 0V。 DDTTDDVVRRRVV21)(211)1 (2121RRVVDDT0 01 11100VT1/2VDD 工作波形工作波形vIVT+VT0t0tvO10tvOvIvO1vIvO)1 (2121RRVVDDT)1 (2121RRVVDDTDDURR21 由由55

5、5定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器555定时器是一多用途的数字模拟混合集成电路，555最大的优点是电源电压范围大，为4.5V18V，可以和TTL和CMOS兼容，同时驱动电流大约为200mA,可以直接驱动负载喇叭。 12345678TRRD0102UUGNDUDDTHUm55555512345678UU(U=U )Ui0.1uRcDD010202U01 施密特触发器的应用施密特触发器的应用UiUi0 0t t0 0UoUot tT+T+U UT-T-U U0Uit0UotT+UT-U0 0UiUit t0 0UoUot tU UT-T-T+T+U U施密特触发器在脉施密特触发器在

6、脉冲的产生和整形电冲的产生和整形电路中应用很广。路中应用很广。 多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。 多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。方波信号。 1UcUoCR电路图1UcUoCR工作过程分析：1.当刚加电源时，由于电容C还没有来得及充上电荷，所以UC0，UoUOHUDD。 0UDD2.UOH通过R向C充电，当充电充到UCUT时，电路输出发生转换，UO由UOH变成UOL0V。 U UT

7、T0V0V3.电容上的电压UCUT，又要通过R向UOL放电，当电容上的电压放到UT-时，电路的输出状态又发生转换。 U UT-T-UDD0Uit0UotT+T-UU如上所述，周而复始，形成振荡，振荡时UC和Uo的波形如图所示： 1CUcUoR2R1通过调节R、C的值，可调节振荡频率f 在这个电路的基础上利用二极二极管管的单向导电性能，使RC电路充放电的RC时间常数不一致，就可得到可改变输出波形占空比的多谐振荡器。当刚加电源时，由于电容C还没有来得及充上电荷，所以UC0，UoUOHUDD，UOH通过R1向C充电，当充电充到UCUT时，电路输出发生转换，UO由UOH变成UOL0V。电容上的电压UC

8、UT，又要通过R2向UOL放电，当电容上的电压放到UT-时，电路的输出状态又发生转换。 充电放放电电R RC C55512345678UU(U=U )Ui0.1uRcDD010202U011.先由555组成施密特电路 2.电路的输出端U02经RC电路接回输入端即可 2R)C0.7(R1fC多谐振荡器的频率： R Rd d由于555第4脚为清0输入，因此控制Rd 可控制电路振荡和停振。 电路组成及工作原理电路组成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（1） 设电路的初态为设电路的初态为vO1=1, vO2=0，这种状态下不可能，这种状态下不可能持久维持；持久维持；1 10 00 01 1（

9、2）通过）通过vO1RCvO2向向C充电，使充电，使vI1不断上升；不断上升；（3）当）当vI1VT时，时，G1输出低电平，输出低电平，G2输出高电平，即输出高电平，即vO1=0， vO2=1。 工作原理工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4） vO1=0， vO2=1这个状态也不能持久；这个状态也不能持久； 1 10 00 01 1（5）通过）通过vO2CRvO1对电容对电容C反向充电，反向充电，vI1逐步减少；逐步减少；（6）当）当vI1VT时，时，G1输出高电平，输出高电平， G2输出低电平，即又输出低电平，即又回到回到vO1=1，vO2=0的状态。的状态。 （7）通过电容器的充

10、放电产生方波，）通过电容器的充放电产生方波，振荡的周期振荡的周期T2.2RCT2.2RC。 tvO10tvO20vIt0电路的工作波形：11G2G1RCvO1vO2vI1当Vo1向C充电使vI1= 时Vo2状态发生改变，由低电平变为高电平VDD，由于电容两边电压不能突变，它的电压改变只能通过充放电电荷的累积形成，Vo2由0变为VDD，则Vi1也由 变为 +VDD，保持Uc= 。DDU21DDU21DDU21DDU21Vo2向C反向充电时同样会使Vi1由 变为- 。DDU21DDU21DDU21DDU23DDU21前面介绍的多谐振荡器的频率稳定性较差，当电源电压波动、温度变化、RC参数的变化都会

11、使频率变化。 石英晶体多谐振荡器是频率十分稳定的振荡器，它的频率稳定度f0/f0可达10-10，用在对频率的稳定性要求比较高，如时钟秒信号的频率源中。 11680P30P32768HZ10MG1G2Uo常见的时钟秒信号源晶体振荡器 石英晶体符号 石英晶体的固有谐振频率石英振荡器的频率取决于石英晶体的固有谐振频率，而与外接的电阻、电容无关，因此它的频率稳定。压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)简称VOC 振荡器的频率受一个输入电压的控制 广泛用于自动检测、自动控制及通信电路中 有两种状态：有两种状态：0 0态和态和1 1态，但只有一种状态能长久保持，态，但只有

12、一种状态能长久保持， 故名单稳态触发器。故名单稳态触发器。 例子例子楼道灯控制系统楼道灯控制系统 单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态； （3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。 nnQQ&UiURRG1G2DDi电路图：稳态： 在无触发信号时电路处于稳态，由于UR0， 01Q Qn n 1 1 这样G1的二个输入均为1 nQ= 0即稳态为Qn1，Qn011010稳态时UR

13、i1，当Ui下降边到达时，微分电路输出一个负脉冲被加到URi，使URi由1变为0，Qn由0变为1，这个变化通过C被加到UR上，使UR由0变为1，使Qn变为0，电路进入暂稳态即Qn0， Qn1。 01n nn nQ QQ Q& & &UiUiU UR RR RG1G1G2G2DDDDi i1010放电UR的高电平要通过RC放电而逐渐变低，当UR下降到CMOS与非门转换的阀值电压 时，Qn由0变为1，电路又回到稳态。 DDU21暂稳态不会持久：Q QQ Qi iU UR RU Ut tw wR RU Ui iU UDDDD1 12 2电路工作波形：只有负脉冲才能触发单稳态触发器进入暂稳态 暂稳态时

14、间tw可用RC电路的暂稳态过程三要素公式求出tw0.7RC。分类： 不可重复触发型可重复触发型1UUi0UUi0t t0 0U Ui it t0 0U Uo ow wt tw wt tw wt tt t0 0U Ui it t0 0U Uo ow wt tw wt t单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加触发脉冲，不会影响电路的工作过程，只有等到暂稳态结束之后，才可能被下一个脉冲触发。 可重复触发的单稳态触发器，当电路被触发进入暂稳态后，在暂稳态没有结束之前，再加触发脉冲，电路又一次被触发，电路从第二次触发起要再维持一个暂稳态时间tw。 整形整形把脉宽不一致的波形变成脉宽一致的波形 。单稳单

15、稳vOvItt00vOvI 定时定时由于单稳态触发器的输出为tw可调的矩形波，因此可用在tw时间内去控制某种功能产生或不产生 。U UC C0.1uF0.1uFU UU UR RR RU UDDDDC CC C010102025555551 12 23 34 45 56 67 78 8R RD DU Ui i1 1受Rd控制的由555组成的多谐振荡器将不可重复触发的单稳态触发器接入Rd，来控制多谐振荡器在规定的时间（tw）内产生声音。 延时延时由于单稳态触发器一经触发，电路进入暂稳态，暂稳态时间tw0.7RC ，调节R、C可产生比触发脉冲时间长很多的暂稳态时间tw。把输入信号延迟一定时间后输出

16、。延时功能典型的例子就是我们前面提到的楼道灯延时开关电路，下面是它的电路组成及工作过程简述。nnQQ&0.5A0.1A1MC1R10.68u/400V灯火零220VV VIN40074220u 0.1u10V/1WKR2R3R4R5R6R7R8C2C3C4C5VG1G2V1BTA12MOC3061100k3M100u22K30062056560.47uD51256D1D4电容降压桥式整流电容滤波稳压管稳压单稳态触发器 数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的峭边沿的脉冲信号脉冲信号，如触发器就需要，如触发器就需要时钟脉冲（时钟脉冲（CP）。脉冲信号产生要用脉冲信号产生要用多谐振荡器多谐振荡器。 本章将介绍常用的脉冲变换电路本章将介绍常用的脉冲变换电路单稳态触发器单稳态触发器和和施密特触发器施密特触发器，脉冲产生电路，脉冲产生电路多谐振荡器多谐振荡器，和它，和它们的一些应用。们的一些应用。 获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接直接产生产生； 利用已有信号利用已有信号变换变换得到。得到。 脉冲信号整形则要用脉冲信号整形则要用单稳态触发器单稳态触发器和和施密特触发器施密特触发器