《电子技术与数字电路》课件第12章 脉冲信号的产生与整形.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《电子技术与数字电路》课件第12章 脉冲信号的产生与整形.ppt》由用户(momomo)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子技术与数字电路 电子技术与数字电路课件第12章 脉冲信号的产生与整形 电子技术 数字电路 课件 12 脉冲 信号 产生 整形
- 资源描述:
-
1、第第1212章章 脉冲信号的产生与整形本章主要内容本章主要内容(1)脉冲信号波形的特性参数脉冲信号波形的特性参数(2)单稳态触发器)单稳态触发器(3)多谐振荡器)多谐振荡器(4)施密特触发器)施密特触发器(5)555定时器定时器12.1 脉冲信号波形的特性参数脉冲信号波形的特性参数q所谓脉冲信号,是指在短时间内出现的阶跃电压或电流信所谓脉冲信号,是指在短时间内出现的阶跃电压或电流信号。在各种类型的脉冲信号中,最常见的是矩形脉冲。理号。在各种类型的脉冲信号中,最常见的是矩形脉冲。理想的矩形脉冲是一种无上升和下降时间,在持续时间内电想的矩形脉冲是一种无上升和下降时间,在持续时间内电压压(或电流或电
2、流)保持不变的脉冲信号。保持不变的脉冲信号。如图如图12.1(a)所示。所示。(a)理想矩形脉冲理想矩形脉冲 (b)矩形脉冲特性参数)矩形脉冲特性参数图图12.1 矩形脉冲矩形脉冲脉冲信号波形的主要特性参数:脉冲信号波形的主要特性参数:脉冲周期脉冲周期T周期性重复的脉冲序列中,两个相邻脉冲周期性重复的脉冲序列中,两个相邻脉冲间的时间间隔。周期间的时间间隔。周期T的倒数即单位时间内出现的脉冲数的倒数即单位时间内出现的脉冲数弥为重复频率弥为重复频率f,即,即f=1/T。脉冲幅度脉冲幅度Vm脉冲电压的最大变化幅度。脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度脉冲宽度Tw从脉冲前沿上升到从脉冲前沿上升到0.5Vm
3、开始,到脉冲后开始,到脉冲后沿下降到沿下降到0.5Vm为止的一段时间为止的一段时间(即脉冲幅度即脉冲幅度50处的持续处的持续时间时间)。上升时间上升时间tr脉冲前沿从脉冲前沿从0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需要的时所需要的时间。间。下降时间下降时间tf脉冲后沿从脉冲后沿从0.9Vm下降到下降到0.1Vm所需要的时所需要的时间。间。12.2 单稳态触发器单稳态触发器n前面介绍的前面介绍的触发器触发器电路,它电路,它有两种稳定状态,在外界触发有两种稳定状态,在外界触发信号作用下,可以从一种稳定状态翻转到另一种稳定状态。信号作用下,可以从一种稳定状态翻转到另一种稳定状态。所以,也称触发器为所以,
4、也称触发器为双稳态电路双稳态电路。n 触发器之所以具有这种特点,是由触发器电路的内部结触发器之所以具有这种特点,是由触发器电路的内部结构决定的。如果将基本构决定的。如果将基本RS触发器的两条交叉耦合支路的触发器的两条交叉耦合支路的其中一条改为其中一条改为RC耦合耦合(电阻电容耦合电阻电容耦合),则电路的工作情况,则电路的工作情况就大不一样。这种电路平时总是处于一种稳定状态。就大不一样。这种电路平时总是处于一种稳定状态。n在外来触发信号的作用下,它能翻转成新的状态,但这种在外来触发信号的作用下,它能翻转成新的状态,但这种状态是不稳定的,只能维持一定时间,因而称之为状态是不稳定的,只能维持一定时间
5、,因而称之为暂稳态暂稳态。n暂暂稳稳态时间结束,电路能自动回到原来状态,从而输出一态时间结束,电路能自动回到原来状态,从而输出一个矩形脉冲。由于这种电路只有一种稳定状态,因而称之个矩形脉冲。由于这种电路只有一种稳定状态,因而称之为为“单稳态触发器单稳态触发器”,简称,简称“单稳电路单稳电路”或或“单稳单稳”。n单稳电路的暂态时间的长短,与外界触发脉冲无关,仅由单稳电路的暂态时间的长短,与外界触发脉冲无关,仅由电路本身的耦合元件电路本身的耦合元件RC决定,因此称决定,因此称RC为单稳电路的定为单稳电路的定时元件。时元件。n这种电路被广泛应用于数字系统中,可用于脉冲信号的宽这种电路被广泛应用于数字
6、系统中,可用于脉冲信号的宽度调整及延时等。度调整及延时等。n按照定时元件的连接方式,单稳电路可分为按照定时元件的连接方式,单稳电路可分为微分型和积分微分型和积分型型两大类。两大类。12.2.1 微分型单稳电路微分型单稳电路1.电路组成电路组成n微分型单稳电路如图微分型单稳电路如图12.2所示。图中所示。图中G1、G2是是CMOS“或或非非”门。电阻门。电阻R和电容和电容C组成微分延时电路。组成微分延时电路。图图12.2 微分型单稳电路微分型单稳电路2.2.工作原理工作原理n如图如图12.2所示,该电路的输入触发脉冲为正脉冲。所示,该电路的输入触发脉冲为正脉冲。n稳态时稳态时(即正触发脉冲未到来
7、时即正触发脉冲未到来时),只要恰当选择,只要恰当选择R的阻值,的阻值,G2一定导通,其输出一定导通,其输出V02为低电平。又由于为低电平。又由于VI1为低电平,为低电平,所以所以G1的两个输入端均为低电平,的两个输入端均为低电平,G1截止,其输出截止,其输出V01为为高电平。高电平。n当正触发脉冲到来并使当正触发脉冲到来并使VI 1由低电平上升至由低电平上升至VT(即即CMOS“或非或非”门的开启电压门的开启电压)时,将引起下列正反馈过程:时,将引起下列正反馈过程:n该正反馈过程使电路快速翻转到该正反馈过程使电路快速翻转到G1导通(输出低电平)、导通(输出低电平)、G2截止(输出高电平),进入
8、暂稳状态。接着截止(输出高电平),进入暂稳状态。接着VDD通过通过R及及G1的输出电阻对电容的输出电阻对电容C充电,充电,VI2按指数规律上升,当按指数规律上升,当VI2上升到上升到VT时,又会产生下列正反馈过程(假设此时时,又会产生下列正反馈过程(假设此时VI1已回到低电平):已回到低电平):VI2 VO2 VO1n这个正反馈过程使电路快速返回到这个正反馈过程使电路快速返回到G1截止、截止、G2导通的稳导通的稳定状态。此后电容定状态。此后电容C通过通过G2输入端保护电路的二极管及输入端保护电路的二极管及G1的输出电阻放电,的输出电阻放电,VI2基本保持在基本保持在VDD,Vo1逐渐上升到逐渐
9、上升到VDD。n这种单稳态电路各点工作波形这种单稳态电路各点工作波形如图如图12.3所示所示。图图12.3 微分型单稳电路工作波形微分型单稳电路工作波形n由上述单稳电路的工作过程,可以得出输出脉冲宽度(即由上述单稳电路的工作过程,可以得出输出脉冲宽度(即暂稳态时间)暂稳态时间)tw的估算公式如下:的估算公式如下:tw=(R+Ro)C lnVDD/(VDDVT)n若若VT=1/2VDD,则,则tw=(R+Ro)C ln2 0.7(R+Ro)Cn其中其中Ro为为G1门的输出电阻。门的输出电阻。n例如,若例如,若R=1k,Ro=0.2k,C=150pF,则单稳电路的,则单稳电路的输出脉冲宽度输出脉冲
10、宽度tw=0.7(1k+0.2k)150pF=126nS。n输出脉冲的幅度近似等于输出脉冲的幅度近似等于VDD。n另外,为使单稳电路可靠工作,应让电容在暂稳态之后能另外,为使单稳电路可靠工作,应让电容在暂稳态之后能够充分恢复到稳态时的电压。够充分恢复到稳态时的电压。n为此,为此,触发脉冲周期应大于触发脉冲周期应大于tw+3。称为电容充、放电时称为电容充、放电时间常数。在本电路中,间常数。在本电路中,即为(即为(R+Ro)C。12.2.2 积分型单稳电路积分型单稳电路1.电路组成电路组成n积分型单稳电路积分型单稳电路如图如图12.4所示所示。G1、G2为为CMOS“或非或非”门,门,R、C构成积
11、分型延时电路,容易看出,与微分型单构成积分型延时电路,容易看出,与微分型单稳电路相比,其中的稳电路相比,其中的R、C刚好互易位置。刚好互易位置。图图12.4 积分型单稳电路积分型单稳电路2.工作原理工作原理n如图如图12.4所示,该电路的输入触发脉冲为负脉冲。所示,该电路的输入触发脉冲为负脉冲。n稳态时,稳态时,VI1为高电平,为高电平,G1和和G2导通,所以导通,所以Vo1为低电平,为低电平,VI2为低电平,为低电平,Vo2也为低电平。也为低电平。n当负触发脉冲到来时,当负触发脉冲到来时,VI1由高电平跳到低电平,由高电平跳到低电平,G1截止,截止,Vo1由低电平跳到高电平。但由于电容上的电
12、压不能突变,由低电平跳到高电平。但由于电容上的电压不能突变,所以此刻所以此刻VI2仍为低电平,故仍为低电平,故G2由导通变为截止,由导通变为截止,Vo2由低由低电平跳变到高电平,电路进入暂稳态。电平跳变到高电平,电路进入暂稳态。n此后电容此后电容C通过通过R和和Ro(G1的输出电阻)放电,的输出电阻)放电,VI2呈指数呈指数规律上升,当上升到规律上升,当上升到VT时(假定时(假定VI1仍为低电平),仍为低电平),G2导导通,通,Vo2跳变到低电平。跳变到低电平。n当当VI1跳变到高电平后,跳变到高电平后,G1导通,电容导通,电容C开始充电,直至电开始充电,直至电路恢复到稳定状态。其工作波形路恢
13、复到稳定状态。其工作波形如图如图12.5所示所示。图图12.5 积分型单稳电路工作波形积分型单稳电路工作波形 n脉冲宽度脉冲宽度tw的估算公式为:的估算公式为:tw=(R+Ro)C lnVDD/(VDDVT)n典型情况下典型情况下VT=1/2VDD,则,则tw 0.7(R+Ro)Cn另外,这种电路要求触发信号另外,这种电路要求触发信号VI1的脉冲宽度的脉冲宽度(低电平时间低电平时间)应大于输出脉冲应大于输出脉冲Vo2的宽度的宽度tw,否则该电路就成了反相器,否则该电路就成了反相器,失去了单稳电路的基本特性和功能。失去了单稳电路的基本特性和功能。12.3 多谐振荡器多谐振荡器n在数字电路中,经常
14、需要有能够自己产生脉冲信号的电路。在数字电路中,经常需要有能够自己产生脉冲信号的电路。n多谐振荡器就是不需要外加触发信号,自身就可以产生脉多谐振荡器就是不需要外加触发信号,自身就可以产生脉冲信号的矩形波发生器。这种自身就可以产生信号的电路冲信号的矩形波发生器。这种自身就可以产生信号的电路称为称为“自激振荡器自激振荡器”。又由于矩形波或方波都包含有多次。又由于矩形波或方波都包含有多次谐波,所以这种电路又称谐波,所以这种电路又称“自激多谐振荡器自激多谐振荡器”,简称,简称“多多谐振荡器谐振荡器”。n双稳态电路双稳态电路和和单稳态电路有一个共同特点,就是必须在外单稳态电路有一个共同特点,就是必须在外
15、界触发信号的作用下才能引起电路工作状态的翻转。多谐界触发信号的作用下才能引起电路工作状态的翻转。多谐振荡器不需要外加触发信号,自身就能够反复不停地翻转、振荡器不需要外加触发信号,自身就能够反复不停地翻转、产生矩形脉冲产生矩形脉冲。n单稳电路单稳电路的的两条交叉耦合支路中的一条为两条交叉耦合支路中的一条为RC耦合,因而耦合,因而出现一个暂稳态,一次自动翻转。如果把两条耦合支路都出现一个暂稳态,一次自动翻转。如果把两条耦合支路都改为改为RC耦合,且耦合电阻选择得恰当,这时电路就耦合,且耦合电阻选择得恰当,这时电路就没有没有稳态稳态,即,即只有两个暂稳态只有两个暂稳态。n在电源接通后,电路就能不停地
16、在两个暂稳态间来回翻转,在电源接通后,电路就能不停地在两个暂稳态间来回翻转,即电路产生振荡,输出一定脉冲宽度和重复周期的矩形脉即电路产生振荡,输出一定脉冲宽度和重复周期的矩形脉冲信号。冲信号。n多谐振荡器的类型及电路组成形式较多,多谐振荡器的类型及电路组成形式较多,这里这里主要介绍主要介绍环环形多谐振荡器形多谐振荡器及及石英晶体多谐振荡器。石英晶体多谐振荡器。12.3.1 环形多谐振荡器环形多谐振荡器n环形多谐振荡器,是一种由奇数个门电路首尾相联而构成环形多谐振荡器,是一种由奇数个门电路首尾相联而构成的闭环电路多谐振荡器。图的闭环电路多谐振荡器。图12.6所示即为一个由三块所示即为一个由三块T
17、TL“与非与非”门构成的环形多谐振荡器及各点电压波形。门构成的环形多谐振荡器及各点电压波形。图图12.6 环形多谐振荡器环形多谐振荡器n由于每个门电路都有一定的传输延迟时间,所以在电源接由于每个门电路都有一定的传输延迟时间,所以在电源接通后,电路的输入输出关系按通后,电路的输入输出关系按“1-0-1-0”的规律变化,即的规律变化,即这种联结形式的电路一定没有稳定状态。这种联结形式的电路一定没有稳定状态。n例如当例如当VI1突然跳变到突然跳变到VI1=1时,那么经过时,那么经过G1门延迟门延迟tpd以后,以后,VI2=0;然后经过;然后经过G2门延迟门延迟tpd,使,使VI3=1;再经过;再经过
18、G3门延迟门延迟tpd,使使Vo=0=VI1。即。即VI1经过经过3tpd之后,又变成了低电平。可之后,又变成了低电平。可以推断,再经过以推断,再经过3tpd之后,之后,Vo=VI1又会变成高电平。如此又会变成高电平。如此周而复始,电路形成振荡,输出如图周而复始,电路形成振荡,输出如图12.6(b)所示)所示的矩的矩形脉冲。形脉冲。n由波形图容易看出,振荡周期由波形图容易看出,振荡周期T=23tpd=6tpd,振荡频率,振荡频率f为:为:f=1/(23tpd)n式中,式中,3为门电路数,为门电路数,tpd为单个门电路的传输延迟时间。为单个门电路的传输延迟时间。n这种振荡器的电路结构简单,但由于
展开阅读全文