清华数字电路课件第十章 脉冲波形的产生和整形讲解

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脉冲波形的产生与整形

脉冲波形的产生与整形

脉冲波形的产生与整形在数字电路或系统中,常常需要各种脉冲波形,例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。

这些脉冲波形的获取,通常采用两种方法:一种是利用脉冲信号产生器直接产生;另一种则是通过对已有信号进行变换,使之满足系统的要求。

本章以中规模集成电路555定时器为典型电路,主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。

1 集成555定时器555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。

该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。

因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型,其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。

通常,双极型产品型号最后的三位数码都是555,CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555,它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。

一般双极型定时器具有较大的驱动能力,而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。

555定时器工作的电源电压很宽,并可承受较大的负载电流。

双极型定时器电源电压范围为5~16V ,最大负载电流可达200mA ;CMOS 定时器电源电压变化范围为3~18V ,最大负载电流在4mA 以下。

一. 555定时器的电路结构与工作原理 1.555定时器内部结构:(1)由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器; (2)两个电压比较器C 1和C 2:v +>v -,v o =1; v +<v -,v o =0。

(3)基本RS 触发器;(4)放电三极管T 及缓冲器G 。

2.工作原理。

当5脚悬空时,比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。

(1)当v I1>cc V 32,v I2>cc V 31时,比较器 C 1输出低电平,C 2输出高电平,基本RS 触发器被置0,放电三极管T 导通,输出端v O 为低电平。

脉冲波形的产生与整形a

脉冲波形的产生与整形a
原理
将输入脉冲波形的某一部分固定 在特定的电平上,使得输出波形 在特定时间段内保持恒定的幅度。
实现方式
采用钳位电路,如二极管钳位电路、 运放钳位电路等,对输入信号进行 非线性处理。
应用场景
适用于需要固定信号幅度的场合, 如数字电路中的电平转换、脉冲波 形的幅度调整等。
比较器整形技术
原理
利用比较器对输入脉冲波形与参考电平进行比较,根据比较结果输 出相应的电平,从而实现对输入波形的整形。
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案例一
使用示波器对某型号激光器的脉冲输出进行测量,获取了脉冲信号的幅度、频率和波形信息,为后续的光学实验提供 了准确的数据支持。
案例二
在通信系统中,对接收到的脉冲信号进行采样测量和频谱分析,成功提取了信号的频率成分和幅度信息,为通信系统 的性能评估提供了重要依据。
案例三
在电力电子领域,对开关电源的脉冲输出进行测量和评估,发现其存在较大的谐波失真和噪声干扰,为 后续的优化设计提供了方向。
脉冲波形特性
01
02
03
04
幅度
脉冲波形的幅度通常指其最大 值和最小值之间的差值,反映
了波形的强度。
宽度
脉冲波形的宽度指脉冲持续的 时间,也称为脉冲宽度。
周期
脉冲波形的周期指相邻两个脉 冲之间的时间间隔,反映了波
形的频率。
占空比
占空比指脉冲宽度与周期之比 ,反映了脉冲在周期内的占比

脉冲波形分类
06
总结与展望
研究成果总结
脉冲波形产生技术
成功研发出多种脉冲波形产生技术,包括基于振荡器、数 字合成、模拟电路等方法,实现了高精度、高稳定性的脉 冲信号输出。
脉冲波形整形技术

脉冲与数字电路第十章 脉冲波形的产生和定时

脉冲与数字电路第十章 脉冲波形的产生和定时
0
C
uo2
0
输出信号的周 期近似为: T = 2.2 RC
t
t
uA
UT
0
U
T
(3)施密特振荡器
(4) 带石英晶体的环行多谐振荡器
1. 阻抗频率特性和符号
2. 特性: 品质因数Q很大
固定振荡频率
(4) 带石英晶体的环行多谐振荡器
三、555定时器的原理和应用
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。
第十章 脉冲波形的产生和定时 一、 单稳态触发器(定时) 单稳态触发器简称单稳。 它的突出特点是: 输出端只有一个稳定状态, 另一个 状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转 入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原 来的 稳定状态。
由外界触发 稳定状态
暂稳态
自动返回
稳定状态
R
1
0
三、555定时器的原理和应用
VCC
8
RD
4
RS 触发器功能表
R
1
3
TH CO TR
6 5 2 7
R + R + A1
S 0 1
Q 0 1
Q 1 0
RQ S Q
uo
0 0 1
R
1
D
A2 T
0 保持 保持
1 禁止 禁止
R 1 0 0
晶体管T uo 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
S Q
2、555定时பைடு நூலகம்的应用
(1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。
VCC S2 4

数字电子技术10脉冲波形的产生与变换资料

数字电子技术10脉冲波形的产生与变换资料
0
vR
vO2
vO1
vo1
t1
t
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0 回到稳态:vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
0
t
t
G1 ≥1
C
1 G2 vR
R
VDD
vo2
vI
0
t
21
vO1 G1 ≥1
C
vO2 1 G2 vR
R VDD
vi
vo 1
vR
0
t1
t
vI
0
t
t tW
2. 主要参数计算:
常用的整形电路有单稳态触发器和施 密特触发器 。
3
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T; 2、脉冲幅度Vm 3、脉冲宽度tw 4、上升时间tr
5、下降时间tf
6、占空比q q = tw / T
4
10. 2 施密特触发器 施密特触发器(Schmitt Trigger)的特点:
(1)属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输 出电压会发生突变,输入信号增加和减少时,电路有不 同的阈值电平。 (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 VOH
1
G2
vI
vO1
vR
vR VDD
vO1 = 0 ,vO2 = 1, 同时: +5V
R4
vI
电容C应 该充电
vo2
vR
0
T4 T5
t
vo 1
C
R
VDD
t 只要 vR < Vth ,仍 然维持暂稳态。
0

脉冲波形产生与变换电路(课件)

脉冲波形产生与变换电路(课件)
矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义: ①脉冲周期 T:周期性脉冲序列中,两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um :脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D :脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值,即 D=tW / T 。 ④脉冲宽度 tW :从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr:脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf:脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点: ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下,能从稳态→暂稳态 ,维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同,单稳态触发器可分为积分型和微分型两种,如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行,电容电压逐渐升高, 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH,多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程:
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止,可
得uO1 =UOL, uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间,电路输
其中,74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 (a)使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 (b)使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发

脉冲波形的产生

脉冲波形的产生
在通信系统中,梯形脉冲常被用作数字信号的编码方式,如曼彻斯特编码。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点,适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
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04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制(PWM)
通过数字方式设定脉冲的宽度,以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制(PM)
通过数字方式改变脉冲的相位,实现信号的 合成与解调。
频率调制(FM)
通过数字方式改变脉冲的频率,以实现不同 的控制效果。
脉位调制(PPM)
通过数字方式改变脉冲的位序,实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形,其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ,然后保持不变,最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生,当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时,就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形,具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度,可以生成不 同特性的信号,用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿,能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性,适用于电机控 制中的开关信号。

数字电子技术脉冲波形的产生与整形


tf
Vm tW T
2.脉冲宽度tW
0.5Vm~0.5Vm
3.上升时间tr
0.1Vm~0.9Vm
4.下降时间tf
0.9Vm~0.1Vm
5.周期T
周期性脉冲信号,两脉冲间的时间间隔
6.频率f
周期的倒数或每秒钟重复的次数。
7.占空比q
脉冲宽度与周期之比
3
6.5 555定时器的电路结构与功能
6. 5.1 555 定时器的电路结构与功能
6
5K
vC1 =1,vC2 =1, Q =1不变, vO=1不变
vI> 2/3VCC时, vC1 =0,vC2 =1,
vI2
2 VR2
-+C2 5K
&
vC2 Q
G2
& G3
TD
7
Q=0, vO =0,所以VT+=2/3VCC 1
1
3 vO
G4
10
(2)vI从高于 2/3VCC下降的情况
vI>2/3VCC时,
vC1=vC2=0,工作不正常。
vO
t
措施:在输入端加微分网络Rd、 Cd(足够小),将宽脉冲变为
vC
tw
窄脉冲。
+UCC
R 0.01µF
Cd vd vI
Rd
.
uC C
58 4
6
2
3
71
vI
uO
vd
2 3VCC
t
t t
24
该电路为不可重复触发的单稳态电路,除此之外还 有可重复触发的单稳态电路。
在暂稳态尚未结束时,又 来一个触发脉冲,此脉冲 不会引发新的暂稳态。

《脉冲波形的产生》PPT课件


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2
10.4 施密特触发器
脉冲整形电路能够将其它形状的信号,如正弦波、 三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。
施密特触发器是常用的整形电路。
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3
10.2 多谐振荡器
主要内容: ▪ 门电路构成多谐振荡器的工作原理 ▪ 石英晶体多谐振荡器电路及其优点 ▪ 秒脉冲信号产生电路的构成方法
充电 放电 充电 放电
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11
10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器
两种常见的石英晶体振荡器电路:
具有各种谐振频率的石英晶体(简称“晶振”)已被 制成标准化和系列化的产品出售。
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12
例10-1 秒脉冲信号产生电路的设计。
秒信号产生电路(1)
精选课件ppt
13
秒信号产生电路(2)
用方法
精选课件ppt
16
10.3.1 门电路构成的单稳态触发器
1.电路结构
微分型单稳态触发器
R<ROFF
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17
工作原理分析(1)
原理概述:在外触发信号的作用下,电路由稳态进入暂稳 态,然后在电容充放电的作用下,电路自动返回到稳定状态。
(1)无触发信号时uI为高电平。考虑到R<ROFF,所以稳态时uI2 为低电平,则uo为高电平。故uo1为低电平,电容C两端的电压近 似为0V。只要触发信号不到来,电路就维持在uo1为低电平,uo 为高电平这一稳定状态。
外接电阻Rext 的取值范围为2kΩ~40kΩ,外接电容Cext取值为 10pF~1000μF。
10.1 概述
主要内容: ▪ 多谐振荡器的概念 ▪ 单稳态触发器的概念 ▪ 施密特触发器的概念

数字电路脉冲波形的产生


(2)当外加触发信号时,电路由稳态翻转到暂态暂
当Vi正跳变来时,在Rd、Cd组成的微分电路输出端得到很窄的 正脉冲,使 G1输出V01由高变为低电平,经电容C耦合,使Vi2 为D低电平,于是G2的输出变为高电平。即,VO1=0,VO=1。 由于G2的输出与G1的输入端相连,这时即使触发信号再变为 低电平,G1输出暂时也不会变回高电平。即,维持暂态。 (3)电容C充电,电路由暂态自动返回稳态 在暂稳期间,电源经G1的导通管及电阻R对电容充电。随着电 容两端的电压的增长,当Vi2上升到G2的阈值电压Vth时,电路 发生下述正反馈过程:
所充的电荷释放完,使电路恢复初始状态。一般要经过3d ( d=RONC为放电时间常数)的时间。C 放电的等效电路如 上。
(4).分辨时间td
是指在保证电路正常工作的前提下,允许两个相邻触发脉
阜师院数科院
图10.2.4 集成施密特触发器7413的 电压传输特性
2020/4/21
阜师院数科院
图10.2.5 CMOS集成施密特触发器 CC40106
2020/4/21
阜师院数科院
图10.2.6 集成施密特触发器CC40106的特性
( a)电压传输特性(b)VDD对VT+、VT-的影响
2020/4/21
图12002.03/4/.221 图10.3.1电路的阜师电院数压科院波形图
主要参数的计算
(1)输出脉冲宽度tw 输出脉冲宽度tw 等于从电容C开始 充电到vi2上升至 VTH的这段时间。
在RON<<R的情况下,等效电路可简化为简单的 RC串联电路。该电路的过度过程可用三要素法求 解。
VC(t)=VC ()- [VC( ) -VC (0)]e-t/
10.2施密特触发器(Schmitt Trigger)

脉冲波形的产生与整形电路


UOL
0
VT-
VT+
UI
0
VT-
VT+
UI
同相传输特性
反相传输特性
编辑ppt
16
7.2.2 集成施密特触发器
1. CMOS集成施密特触发器
2.
1A 1 1Y 2 2A 3 2Y 4 3A 5 3Y 6 VSS 7
14 VDD 13 6A 12 6Y 11
5A 10 5Y 9
4A 8 4Y
集成施密特触发器CC40106的逻辑功能图
U IV T H V D D (V D D V T )R 1 R 2 R 2
UI
VTR1R 2R2VTH R R1 2VDDVVTT+-
t
VT
(1 R1 R2
)VT
H
UO UOH
ΔVT=VT+-VT-=
2 R1 R2
VTH
编辑pUpOt L 0
15 t
3. 电压传输特性
UO UOH
UO UOH
UOL
脉冲的原意被延伸出来即隔一段相同的时间发出的 波等机械形式,学术上把脉冲定义为在短时间内 突变,随后又迅速返回其初始值的物理量称之为
脉冲。
编辑ppt
5
7.1.1 脉冲信号
脉冲信号现在一般指数字信号,它已经是一个周 期内有一半时间(甚至更长时间)有信号。
脉冲信号是一种离散信号,与普通模拟信号(如 正弦波)相比,波形之间在时间轴不连续(波形 与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性 是它的特点。脉冲信号可以用来表示信息,也可 以用来作为载波,比如脉冲调制中的脉冲编码调 制(PCM),脉冲宽度调制(PWM)等等,还 可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。
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