第九章_清华_脉冲波形的产生和整形_《数字电子技术基本教程》教学课件
使电路迅速跳变到 vO = VOH
求出 v I 上升过程中电路状态发 生转换时的输入电平 VT + v A = VTH R2 R1 VT + VT + = (1 + )VTH ≈ R1 + R2 R2
《数字电子技术基本教程》 数字电子技术基本教程》
当v I ↓ , 至v A = VTH时, v I ↓→ v A ↓→ vO1 ↑→ vO ↓
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《数字电子技术基本教程》教学课件 数字电子技术基本教程》
清华大学
王红 陈莉平 阎石
联系地址: 联系地址:清华大学 自动化系 邮政编码: 邮政编码:100084 电子信箱:wang_hong@ 电子信箱: 联系电话:(010)62792973
不变 不变 高 高 截止 截止
v I ↑ , 使电路状态发生转变的 值 VT + = ? v I ↓ , 使电路状态发生转变的 值 VT = ?
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9.5.3 用555定时器接成多谐振荡电路 555定时器接成多谐振荡电路
输
入
输
出
TD 状态
R′ D
0 1 1 1 1
不变 不变 高 高 截止 截止
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9.5.2 用555定时器接成施密特触发电路 555定时器接成施密特触发电路 工作原理 输 入
R′ D
0 1 1 1 1
输
出
v I1
X
vI2
X
vO
低 低
TD 状态
导通 导通
2 1 > VCC > VCC 3 3 2 1 < VCC > VCC 3 3 2 1 < VCC < VCC 3 3 2 1 > VCC < VCC 3 3
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第九章 脉冲波形的产生和整形
《数字电子技术基本教程》 数字电子技术基本教程》
9.1 概述 一,获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形发生电路 2. 脉冲波形整形电路 二,描述矩形脉冲特性的主要参数
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9.2 施密特触发电路
( 2 )V I 1 ↓ 至 VTH ,则有: V I 1 ↓→ V I 2 ↑→ V O 2 ↓ 使 V O 1迅速 = 高,而 V O 2 迅速 = 低. 电路进入第二个暂稳态 C 开始充电 , V I 1 ↑
(3)当VI 1 ↑ 至VTH , 又返回第一个暂稳态.
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9.2.1 施密特触发电路的工作原理
VOH = VDD,VOL = 0,VTH
1 = VDD,且R1 < R2 2
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vO1
当 v I = 0时, v O = 0. 当 v I ↑ , 至 v A = VTH时, v I ↑→ v A ↑→ v O1 ↓→ v O ↑
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2. 非对称式多谐振荡器 工作原理(CMOS) 一,工作原理(CMOS) (1)由于"扰动"使 V I 1 有微小 ↑ ,则有:
V I 1 ↑→ V I 2 ↓→ V O 2 ↑ 使 V O 1迅速 = 低,而 V O 2 迅速 = 高. 电路进入第一个暂稳态 C 开始放电 , V I 1 ↓
VT+
R1 = (1 + )VTH R2
VT
R1 = (1 )VTH R2
VT = VT + VT
R1 = 2 VTH R2
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施密特触发电路的两个重要特点: 施密特触发电路的两个重要特点: 1. 输入信号上升和下降过程中,引起输出状态转换的输入 输入信号上升和下降过程中, 电平是不同的, 电平是不同的,即VT+不等于VT-. 2. 由于输出状态转换时有正反馈过程发生,所以输出电压 由于输出状态转换时有正反馈过程发生, 波形的边沿很陡,可以得到比较理想的矩形输出脉冲. 波形的边沿很陡,可以得到比较理想的矩形输出脉冲.
使电路迅速跳变到 vO = VOL ≈ 0
求出v I下降过程中电路状态发 生转换时的输入电平 VT v A = VTH R2 ≈ VDD (VDD VT ) R1 + R2
1 在VTH = VDD的条件下,得到 的条件下, 2 R1 VT- = (1 )VTH R2
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T = t1 + t 2 = RC ln((VDD VT )VT + /(VDD VT + )VT )
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9.5 555定时器 555定时器
9.5.1 555定时器的电路结构和工作原 555定时器的电路结构和工作原 理 由电压比较器(Comp1,Comp2) 由电压比较器(Comp1,Comp2) 锁存器 输出缓冲器 OC输出的三极管(TD) OC输出的三极管 输出的三极管( 组成
电容充电 等效电路
t w = RC ln
v( ∞ ) v( 0 ) v( ∞ ) v( t )
VDD 0 = RC ln VDD VTH
= RC ln 2 = 0.69 RC
t re = ( 3 ~ 5) RON(P)C t d = t w + t re
电容在恢复 时间的放电 等效电路
的时间. 输出脉冲宽度 ( v O = 1时间)等于 C开始充电到充至 v I2等于 VTH的时间.
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9.2.2 施密特触发电路的应用 1. 用施密特触发电路进行脉冲整形
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2. 用施密特触发电路实现波形变换
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3. 用施密特触发电路进行脉冲鉴幅
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输入端时, 当正向的触发信号加到 输入端时, v I ↑ 至 V TH , v I ↑→ v O1 ↓→ v I2 ↓→ v O ↑ 电路迅速进入暂稳态 v O = 1, v O1 = 0 , C 开始充电
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VOH = V DD , VOL = 0 , V TH
9.5.4 用555定时器接成单稳态触发器 555定时器接成单稳态触发器
输
入
输
出
R′ D
0 1 1 1 1
VI 1
X
2 > VCC 3 2 < VCC 3 2 < VCC 3 2 > VCC 3
VI 2
X
1 > VCC 3 1 > VCC 3 1 < VCC 3 1 < VCC 3
( 3 )随着 C 2的放电 v I1 逐渐 ↓ ,当到 V TH 时,引起如下正反馈: 引起如下正反馈: v I1 ↓→ v O1 ↑→ v I2 ↑→ v O2 ↓ 使 v O1 迅速跳变为高,而 v O2 迅速跳变为低. 迅速跳变为高, 迅速跳变为低. 开始充电, 开始放电. 电路进入第二个暂稳态 , C 2开始充电, C 1开始放电.
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功能表( 关系) 功能表(输出与输入的 关系)
输
入
输
出
R′ D
0 1 1 1 1
vI1
X
vI2
X
vO
低 低
TD 状态
导通 导通
2 1 > VCC > VCC 3 3 2 1 < VCC > VCC 3 3 2 1 < VCC < VCC 3 3 2 1 > VCC < VCC 3 3
《数字电子技术基本教程》 数字电子技术基本教程》Biblioteka 3. 石英晶体多谐振荡电路
1922年 1922年 美国 卡第提出用石英压电效应调制 电磁振荡的频率. 电磁振荡的频率. 巴黎广播电台首先用严济慈制作的 石英振荡片实现了无线电播音中的稳频, 石英振荡片实现了无线电播音中的稳频, 随后各国相继采用, 随后各国相继采用,使无线广播振荡电 磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用 之一. 之一.
v I1
X
2 > VCC 3 2 < VCC 3 2 < VCC 3 2 > VCC 3
v I2
X
1 > VCC 3 1 > VCC 3 1 < VCC 3 1 < VCC 3
vO
低 低
导通 导通
不变 不变 高 高 截止 截止
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9.5.3 用555定时器接成多谐振荡电路 555定时器接成多谐振荡电路
1 = V DD 2
充电至v I2 = VTH时, v I2 ↑ 又引起正反馈 v I2 ↑→ vO ↓→ vO1 ↑ 放电至没有电压, 稳态. 电路迅速返回稳态vO = 0, vO1 = VDD , C放电至没有电压,恢复稳态.
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单稳态电路电压波形 输出脉宽t 输出脉宽tw:
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9.4.2 环形振荡电路 最简单的环形振荡电路
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改进的环形振荡电路 在G2的输出端接入RC延迟环节 的输出端接入RC延迟环节
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9.4.3 利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路
合集下载
脉冲波形的产生与整形电路PPT学习教案
UI
0
VT-
VT+
UI
同相传输特性
反相传输特性
第15页/共62页
集成施密特触发器
1. CMOS集成施密特触发器
14 VDD
1A 1
13 6A
1Y 2
12 6Y
2A 3
11 5A
2Y 4
10 5Y
3A 5
9 4A
3Y 6 VSS 7
8 4Y
集成施密特触发器CC40106的逻辑功能图
第16页/共62页
用。 5. 掌握基本脉冲电路的设计。
第2页/共62页
三、本章知识结构
基本概念
脉冲信号 脉冲电路
施密特触发器 脉冲波形 Nhomakorabea的
产
单稳态触发器
生
与
整
形
多谐振荡器
电路结构 电路应用 电路结构 电路应用 门电路结构 石英晶体结构
555定时器 第3页/共62页
工作原理 应用与仿真
7.1 脉冲信号与脉冲电 路
在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度， 一定时间间隔连续发出的脉冲信号。脉冲信号之 间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1 秒）内所产生的脉冲个数称为频率。频率是描述 周期性循环信号（包括脉冲信号）在单位时间内 所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准 计量单位是Hz（赫兹）。
10 11 9 14
Cext Rext Rint VC
0
Cext
C
3 A1
74121
6Q
B
4 A2 5B
1 Q
0 Q
GND
7
0
逻辑符号图
第28页/共62页
t
t
脉冲波形的产生与整形优秀课件
三、阈值电压 集成门电路的输出状态发生翻转时，所对应
的临界输入信号电压，用VTH 表示。 通常将转折区中点所对应的输入电压称为阈
值电压。一般TTL门电路取1.4V作为阈值电压， CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。
脉冲波形的产生与整形优秀课件
三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理 前述的微分电路和积分电路虽然可对波形进
后特性。
脉冲波形的产生与整形优秀课件
施密特触发器 a）电路图 b）传输特性 c）波形图
由于该施密特触发器两阈值电平为1/3VCC和 2/3VCC，
因而该电路存在1/3VC脉C冲的波形回的产差生与电整形压优秀。课件
思考题与习题
脉冲波形的产生与整形优秀课件
暂稳态：
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +) vC ( ) - vC ( t )
脉冲波形的产生与整形优秀课件
6.2 555定时器
555定时器是将模拟电路和数字电路集 成于一体的电子器件。它使用方便,带负载 能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。
单定时器 型号：
双极型——555 单极型——7555
多谐振荡器波形图 脉冲波形的产生与整形优秀课件
（1） 工作原理
1► 0
0► 1
+
1正. 反第馈一过暂程稳：态及其自动翻转的过程 假定在接通电源的瞬间， 电暂路稳最态）初，处即于u┗I━Gu↑━0→11━关=━u1闭0━，1┛↓、u→0G2u=20打02↑。开状此态时（，设uO这1经时电为阻电R路到的u第O2一对 电u发I的结暂容生电果稳C下充位导态述电不致，正，断G即反1u上u馈门I0的升1过迅=电，0程速脉，位冲当：打波u等形u0开的2I于上产=，生1u升与。CG整到与形2优门Gu秀0课迅12件门之速的和关阈。闭值随，电着电压充路V电进TH的入后进第，行二电，路
数字电子技术基础第五版第九章-阎石、王红、清华大学
10.3.2 集成单稳态触发器 电路结构与工作原理 (74 121)
《数字电子技术基础》第五版 微分型单稳
控制附加电路
《数字电子技术基础》第五版
使用外接电阻
使用内接电阻
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
10.4 多谐振荡器（自激振荡, 不需要外加触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
通过调整R、C改f（R不能太大） RC常数远大于Tpd ,因此周期主要计算RC环节
《数字电子技术基础》第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
+ T2
RC
ln VDD VDD
-VT -VT +
+
RC ln VDD VDD
-VT + -VT -
T
T1
+ T2
R2C
ln
VDD VDD
充电至VI 2 VTH时,VI 2 又引起正反馈 VI 2 VO VO1
电路迅速返回稳态VO 0,VO1 VDD, C放电至没有电压，恢复稳态。
2.性能参数计算 输出脉冲宽度 输出脉冲幅度 恢复时间 分辨时间
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
tw
RC lnV() -V(0) V() -V(t)
TD
0 X X 0 导通
1
2 3 VCC
1 3VCC
0
导通
1
2 3
VCC
1 3 VCC
不变
不变
1
2 3
VCC
1 3
VCC
1
数字电路ppt-第九章脉冲波形的产生与整形
（7脚）
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
接通电源前：电容 u出1，CA2输出0 Q=1，Q#=0，uo输出
高电平，VTD截止 ，此为电路的初始 状态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
初始状态下电容充电 ，UC缓慢升高，时间 常数为 τ1=（R1+R2)C
数字系统中，数字信号的载体是某种脉冲波形
脉冲信号是一种持续时间极短的电流或电压tf：波下形降时。间 凡不具t备r：连上升续时正间弦波形状的信号，都称为脉冲信号。
最常用的脉冲信号是矩形脉冲和方波。
T-tw是脉冲的休止期 tw/T是脉冲的占空比
理想矩形脉冲波形
Um： 脉冲电
压幅度
tw：脉冲宽度 T：脉冲周期
20XX年复习资料
大学复习资料
专 业： 班 级： 科目老师： 日 期：
第九章 脉冲波形的产生与整形
9.1 概 述 9.2 555定时器 9.3 用555定时器构成自激多谐振荡器 9.4 用逻辑门构成的自激多谐振荡器 9.5 石英晶体振荡器 9.6 单稳态触发器 9.7 施密特触发器
9.1 概述
当UC升至2Ucc/3时， CA1输出跳变为0， Q#=1，Q=0，uo输出 低电平，VTD饱和导 通
此是一种暂稳态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
VTD饱和导通，电容 通过R2放电，时间常 数为τ2=R2C
当UC降至Ucc/3时， CA2输出跳变为0， Q#=0，Q=1，uo输出 高电平，VTD截止
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
四．触发脉冲的脉冲 宽度（即uI的低电 平持续时间）必须 小于电路输出的脉 冲宽度，否则电路 不能正常工作。
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
接通电源前：电容 u出1，CA2输出0 Q=1，Q#=0，uo输出
高电平，VTD截止 ，此为电路的初始 状态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
初始状态下电容充电 ，UC缓慢升高，时间 常数为 τ1=（R1+R2)C
数字系统中，数字信号的载体是某种脉冲波形
脉冲信号是一种持续时间极短的电流或电压tf：波下形降时。间 凡不具t备r：连上升续时正间弦波形状的信号，都称为脉冲信号。
最常用的脉冲信号是矩形脉冲和方波。
T-tw是脉冲的休止期 tw/T是脉冲的占空比
理想矩形脉冲波形
Um： 脉冲电
压幅度
tw：脉冲宽度 T：脉冲周期
20XX年复习资料
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专 业： 班 级： 科目老师： 日 期：
第九章 脉冲波形的产生与整形
9.1 概 述 9.2 555定时器 9.3 用555定时器构成自激多谐振荡器 9.4 用逻辑门构成的自激多谐振荡器 9.5 石英晶体振荡器 9.6 单稳态触发器 9.7 施密特触发器
9.1 概述
当UC升至2Ucc/3时， CA1输出跳变为0， Q#=1，Q=0，uo输出 低电平，VTD饱和导 通
此是一种暂稳态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
VTD饱和导通，电容 通过R2放电，时间常 数为τ2=R2C
当UC降至Ucc/3时， CA2输出跳变为0， Q#=0，Q=1，uo输出 高电平，VTD截止
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
四．触发脉冲的脉冲 宽度（即uI的低电 平持续时间）必须 小于电路输出的脉 冲宽度，否则电路 不能正常工作。
数字电子技术脉冲波形的产生与整形
<1/3Vcc
1
不允许
出
TD 通 通 不变 截止 截止
6.5.2 用555构成施密特触发器
施密特触发器
功能特点：
1.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，及输入信号从高电平下降过程中对应的
输入转换电平不同。
2.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。 vO
555定时器是由于其型号的最后三位是555而命名的。世界上 各个厂家都有各自的555产品。尽管其型号各不相同，但其最后 几位都是555。
电路结构： ★
由分压器，C1、C2比较器,
基本 RS触发器， VCO
集电极开路的放电 vI1
三极管TD四部分构成。(TH)
vI2
主要原理：
(TR)
定时器的主要功能
Q=0不变， vO=0不变
vI2
vI<1/3VCC时， vC1 =1，vC2 =0， Q=1， vO =1，所以VT-=1/3VCC
VCC RD
84
5K
G1
VR1 5
－+C1vC1 & Q
6
5K
2 VR2
－+C2 5K
&
vC2 Q
G2
& G3
TD
7 1
1
3 vO
G4
电压传输特性：
vO
VT- VT+ vI
➢vI1>VR1，vI2<VR2时，
vC1=0，vC2=0，不定，
不允许
Q=Q=1，vO=1，TD截止
1
3 vO
G4
所以，CB555的功能如下表（VCO悬空时）
脉冲波形的产生和整形电路PPT课件
知识点精讲
【解】先求电路的时间常数τ
= RC = 20 × 103 × 200 × 20−12 = 4 × 10−6 = 4
再求方波的脉宽 ，方波脉宽为周期的一半，即
1
1
= =
=
= 5 × 10−5 = 50
3
2 2 2 × 10 × 10
1
由计算可知， < 5 ，该题所示电路是微分电路。
试估算电路的振荡周期，画出 和0 的波形。
【分析】多谐振荡器又称为无稳态电路，它只有两个暂稳态，
没有稳态，两个暂稳态交替变化，输出连续的矩形脉冲信号。
【解】电路的振荡周期由下式计算:
= 0.7 1 + 22
= 0.7 × (4.7 × 103 + 2 × 4.7 × 103 ) × 0.1 × 10−6
知识点精讲
【知识点1】RC波形变换电路的分析与计算
【例1】图9-5所示电路中，R=20kΩ，C=200pF，若输入f=10kHz的连续方波，试分析此电路是否
满足RC微分电路的条件?
【分析】组成微分电路应满足两个条件:
（1）输出信号取自RC电路中电阻R的两端，即0 = ;
（2）电路时间常数τ应远小于输入的矩形波脉冲宽度 ，即τ≤15 。
知识清单
3.555定时器的应用
（1）用7555定时器构成单稳态电路，电路如图9-2所示:
输ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脉冲宽度 ：
≈ 1.1
知识清单
（2）用555定时器构成多谐振荡器，电路如图9-3所示:
振荡频率：
=
1.44
1 + 22
知识清单
（3）用555定时器构成施密特触发器，电路如图9-4所示: