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第4章 脉冲信号的产生与整形(4).ppt

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脉冲产生与整形电路 ppt课件

脉冲产生与整形电路 ppt课件

2020/11/24
(c)尖脉冲
(d)锯齿波
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
2020/11/24
tWR1 CnUC U (C () )U C U (T 0)
8
6.2 555定时器
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，可 以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。
双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数 码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同。
1
3
uo
G4
2.电压比较器
3.基本RS触发器
RS
Qn+1
U+≥U-时，Ci＝1； U+＜U-时，Ci＝0。
00 01 10
不定 0 1
2020/11/24
11
Qn
11
6.2 555定时器
U CC
RD
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
8
4
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
2 U R2
5k
4
6.1 概述
在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有
陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种： ①脉冲产生电路直接产生； ②利用已有的周期信号整形、变换得到。

脉冲波形的产生与整形优秀课件

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

脉冲信号产生与整形-PPT课件

脉冲信号产生与整形-PPT课件

负载电流
可达200mA
可达4mA
2019/3/9
8
1. 电路组成
电阻分压器 电压比较器 基本RS触发器 缓冲器 放电管T
图7-4 555定时器 (a) 原理图 (b)外引线排列图
（1） 电阻分压器 由 3 个 5kΩ 的电阻 R组成，为电压比较器 C1和 C2 提供基准电压。
2019/3/9
10
T T+ T－ T+ T－
19
1. 555构成施密特触发器
图7-6 555定时器构成的施密特触发器 （a）电路 （b）工作波形
2019/3/9
如果在UIC加上控制电压， 则可以改变电路的UT+和UT－。
20
2. 集成施密特触发器
集成施密特触发器的UT+和UT－的具体数值可从 集成电路手册中查到。 如CT74132的UT+＝1.7 V、UT－＝0.9 V，所以， ΔUT＝UT+—UT－＝1.7 V—0.9 V＝0.8 V。 (1). 施密特反相器 TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密 特触发的反相器。 下面以CC40106为例说明其功能。
2019/3/9
13
（3） 基本RS触发器 其置0和置1端为低电平有效触发。 R是低电平有效的复位输入端。 正常工作时，必须使R处于高电平。
2019/3/9
14
（4） 放电管T T是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开 关。 输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。
Hale Waihona Puke 2019/3/915
（5）缓冲器 缓冲器由 G3 和 G4 构成，用于提高电路的负载能 力。
2019/3/9 21
为了提高电路的性能，电路在施密特触发器 的基础上，增加了整形级和输出级。 图7-7施密特触发反相器 整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭， (a) 原理框图 (b) 电压传输特性 (c) 逻辑符号 输出级可以提高电路的负载能力。 2019/3/9

脉冲波形的产生与整形详解

脉冲波形的产生与整形详解

④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖 峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电 流高达300~400mA。 ⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高 出几个数量级，高达1010Ω。 ⑥CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅 为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA.
一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场 合宜选用CMOS型555；而在负载重、要求驱动电流 大、电压高的场合，宜选用双极型的555。
二、用门电路组成的施密特触发器
将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的 电压反馈到输入端，就构成了施密特触发器电路。 CMOS门，阈值电压
1 VTH VDD，且R1 R2 2
R2
vI
R1
1
v O1
1 G2
vO
' vO
v 'I
G1
6.3.3 用CMOS反相器构成的施密特触发器
6.3.4 图6.3.3电路的电压传输特性 (a)同相输出 (b)反相输出
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点： （1）电路在无外加触发信号作用期间，处于稳态； （2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳 态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回 稳态； （3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 （阈值电压及外接R、C），与触发脉冲的宽度和 幅度无关。
§6.3
施密特触发器
Schmitt Trigger
施密特触发器（电路）是一种特殊的双稳态时序 电路，与一般双稳态电路比较，它具有两个明显的特点： 1.施密特触发器是一种优良的波形整形电路， 只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会从一 个稳态转变到另一个稳态，且通过电路内部的正反馈 过程可使输出电压的波形变得很陡。 2.对正向和负向增长的输入信号，电路有不同 的阈值电平，这是施密特触发器的滞后特性或回差特 性，提高了干扰能力，可有效滤除噪声。

脉冲信号的产生与整形

脉冲信号的产生与整形
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。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。
1
2
电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对于CMOS门，则常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。
01
振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。
多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。
ΔUT＝ UT＋－UT－
回差电压（滞后电压）：
前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V 缺点是回差太小，且不能调整。
下限阈值电压
集成施密特触发器
4.3.2 由555定时器构成的施密特触发器
4.3.3 施密特触发器的应用
本节小结：
01
02
74121的输出脉冲宽度：
TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。 当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度： tp≈0.32RC

脉冲信号的产生与整形教学课件

脉冲信号的产生与整形教学课件

实验结果分析：分析整形后的 脉冲信号是否达到预期效果， 讨论整形器的参数调整对信号 的影响。
脉冲信号处理综合实验
• 实验目标：综合运用脉冲信号的产生与整形技术，进 行实ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应用。
脉冲信号处理综合实验
实验步骤 1. 设定所需的脉冲信号参数，如频率、占空比等。
2. 使用脉冲信号发生器产生所需的脉冲信号。
感谢您的观看
THANKS
脉冲压缩雷达
通过脉冲整形技术，实现宽脉冲压缩 ，提高雷达距离分辨率和抗干扰能力 。
在自动控制系统中的应用
伺服控制系统
利用脉冲信号控制伺服电机的转动，实现精确的位置和速度控制，广泛应用于 数控机床、机器人等领域。
可编程逻辑控制器（PLC）
通过脉冲信号控制各种执行机构，实现自动化生产线的逻辑控制和顺序控制。
随着数字信号处理技术的发展，脉冲信号的产生与整形技术也在不断进步，本课程将介绍脉冲信号的基本概念 、产生方法、整形技术及其应用。
课程目标
01
02
03
04
掌握脉冲信号的基本概念、特 性及分类。
理解脉冲信号的产生原理及方 法。
掌握脉冲信号的整形技术及应 用。
了解脉冲信号在通信、控制等 领域的应用案例。
应用场景
三角波脉冲在信号处理、波形合成 等领域有广泛应用。
04
脉冲信号的整形技术
脉冲展宽整形
总结词
通过增加脉冲宽度来减小信号的频谱宽度，从而降低信号的 传输带宽。
详细描述
脉冲展宽整形是一种常用的信号整形技术，通过增加脉冲的 持续时间来减小脉冲信号的频谱宽度，从而降低信号传输所 需的带宽。这种整形方法适用于对信号带宽有严格限制的应 用场景，如无线通信和数据传输。

脉冲信号的产生与整形4课件

脉冲信号的产生与整形4课件
VI2为低电平，Vo2也为低电平。 当负触发脉冲到来时，VI1由高电平跳到低电平，G1截止，
Vo1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VI2仍为低电平，故G2由导通变为截止，Vo2由低 电平跳变到高电平，电路进入暂稳态。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
此后电容C通过R和Ro（G1的输出电阻）放电，VI2呈指数 规律上升，当上升到VT时（假定VI1仍为低电平），G2导 通，Vo2跳变到低电平。
这个正反馈过程使电路快速返回到G1截止、G2导通的稳 定状态。此后电容C通过G2输入端保护电路的二极管及G1 的输出电阻放电，VI2基本保持在VDD，Vo1逐渐上升到VDD。
脉冲信号的产生与整形(4)课件
这种单稳态电路各点工作波形如图12.3所示。
图12.3 微分型单稳电路工作波形
脉冲信号的产生与整形(4)课件
(a) 理想矩形脉冲
（b）矩形脉冲特性参数
图12.1 矩形脉冲
脉冲信号的产生与整形(4)课件
▪ 脉冲信号波形的主要特性参数：
① 脉冲周期T——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T的倒数即单位时间内出现的脉冲数 弥为重复频率f，即f=1/T。
② 脉冲幅度Vm——脉冲电压的最大变化幅度。 ③ 沿时脉间下冲)降。宽到度0T.5wV—m—为从止脉的冲一前段沿时上间升(即到脉0冲.5V幅m度开5始0％，处到的脉持冲续后 ④ 间上。升时间tr——脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时 ⑤ 间下。降时间tf——脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时
脉冲信号的产生与整形(4)课件
12.3.3 石英晶体多谐振荡器
▪ 为了得到频率稳定度很高的时钟脉冲，可以采用的一种有 效方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶 体多谐振荡器。 石英晶体的频率稳定性很高，而且其选频特性也非常好。

脉冲波形的产生和整形电路PPT课件

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:
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第二暂稳态及其自
uo
动翻转的工作过程
G1 ui1 & uo1
G2 ui2 &
0
ui2
uo
(uo1) 0
t1 t2 t3
t t
R C
(a) 电路图
ui1
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。 随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo （ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂 稳态，又开始重复前面的过程。
数字电子技术
主讲:陈晓明
第4章 脉冲信号的 产生与整形
学习要点： • 555定时器的工作原理及逻辑功能 •由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法
第4章 脉冲信号的 产生与整形
4.1 多谐振荡器 4.2 单稳态触发器 4.3 施密特触发器
退出
4.1 多谐振荡器
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器 4.1.2 由555定时器构成的多谐振荡器
3
0
uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
CO
TH
＜2VCC/3
TR
＞VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
G1 Q
&
－ 6
10
5kΩ
2
+
1
G2 01
&Q
－ 5kΩ C2
4.1.3 多谐振荡器的应用 退出
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
uo (ui1)
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C
UT
t
0
(a) 电路图
第二暂稳态及其自
uo (ui1)
动翻转的工作过程
0 ui2
t1 t2 2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。
造成振荡器自动翻转的原因是电容 C 的充放电。
振荡周期为：T≈2.2RC
2、CMOS多谐振荡器
第一暂稳态及其自
uo
动翻转的工作过程
G1 ui1 & uo1
G2 ui2 &
0 ui2 uo (uo1)
0
t1 t2 t3
t t
R C
(a) 电路图
ui1
UT
t
0
(b) 波形图
在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随 uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1， 以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电 阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电 压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压 不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这 个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二 个暂稳态。
(b) 波形图
第一暂稳态及其自
uo (ui1)
动翻转的工作过程
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变 为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这 个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。 在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使 ui3 逐 渐 上 升 。 在 t2 时 刻 ， ui3 上 升 到 门 电 路 的 阈 值 电 压 UT ， 使 uo （ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电 容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。 至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。
R
40
CO 5 TH 6
TR 2
5kΩ + C1 －
5kΩ + －
5kΩ C2
G1 Q
&
1
G2 &Q
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。
G3
0
&
3 uO
7D T
CO
TH
＞2VCC/3
TR
＞VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 0
G1 Q
&
－ 6
1
5kΩ
2
+
1
G2 0
&Q
－ 5kΩ C2
G3 &
TH
＜2VCC/3
TR
＜VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
G1 Q
&
－ 6
0
5kΩ
2
+
0
G2 1
&Q
－ 5kΩ C2
G3 &
3
1
uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 ③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。 ④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0， Q=0、Q=1，uo=1，T截止。
G3 &
3
01
uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 ③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。
CO
若 UT＝0.5VDD，振荡周期为： T≈1.4RC
3、石英晶体多谐振荡器
X
电
R1
C2
R2
感
f0
性
&
C1 &
0电
uo
容 性
f
(a) 石英晶体多谐振荡器
(b) 石英晶体阻抗频率特性
电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性 放大区。对TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对 于CMOS门，则常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C 是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不 计；石英晶体构成选频环节。
振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。
4.1.2 由555定时器构成的多谐振荡器
4.5～16V
1、555定时器
电压 控制端
CO TH
高电平 触发端 TR
低电平 触发端
+VCC 8
5kΩ
5
+ C1
－
6
5kΩ
2
+
－ C2
5kΩ
1
R 4
G1 Q
&
G2 &Q
复位端 低电平有效
G3
&
3 uO
7D T
放电端
+VCC 8