脉冲产生电路和定时电路.ppt
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1、2010年“金蓝领”培训,数字电子技术,主讲 郭世香 课件可登陆以下邮箱下载:sdly_ 登录密码:000000,培训内容,重点掌握各种典型电子电路的功能、工作原理、性能指标和分析方法。 1、掌握典型组合逻辑电路的分析和设计方法 2、掌握典型时序逻辑电路的分析与设计方法 3、集成555定时器应用与电路设计,第二节 施密特触发器,第四节 多谐振荡器,第五节 555定时器及其应用,退出,第三节 单稳态触发器,第一节 概述,第4章 脉冲产生电路和定时电路,第一节 概述,在数字电路中,常常需要各种脉冲波形,这些脉冲波形的获取方法主要有两种:一种是通过整形电路对已有的非脉冲波形进行变换获取;另一种则是利
2、用脉冲信号产生器(即多谐振荡器)直接获取。 施密特触发器和单稳态触发器是两种不同用途的脉冲波形的整形、变换电路。施密特触发器主要用以将变化缓慢的或快速变化的非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲,而单稳态触发器则是主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。 555定时器是一种多用途集成电路,只要其外部配接少量阻容元件就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等,使用方便、灵活。因此,在波形变换与产生、测量控制、家用电器等方面都有广泛的应用。,第二节 施密特触发器,主要用途:把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。,特点: 电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持
3、和转换完全取决于外加触发信号。触发方式:电平触发。 电压传输特性特殊,电路有两个转换电平(上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT)。 状态翻转时有正反馈过程,从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。,一、 由门电路构成的施密特触发器,二、 集成施密特触发器,三、 施密特触发器的应用举例,退出,一、 由门电路组成的施密特触发器,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。,1.电路结构,两个CMOS反相器,两个分压电阻。,(a) 电路,(b)逻辑符号,同相输出,反相输出,2.工作原理,设CMOS反相器的阈值电压UTHVDD/2,输入信号uI为三角波, 。,施密特触发器的
4、工作波形,(1)初始状态,(2)电路状态的第一次翻转,正反馈使电路状态在极短的时间内发生翻转:,G2关闭,。,G1开通,输入电压uI上升到使电路状态发生翻转时的值,称为正向阈值电压,用UT+表示.,可得,则,根据,(3)电路状态的第二次翻转,这时 u02=UOH=VDD,所以,正反馈又使电路状态在极短的时间内产生另一次翻转:,G2开通,。,G1关闭,根据,可得,将VDD=2UTH代入上式,则,3. 回差电压,电压传输特性,反相输出,同向输出,上限触发转换电平UT+,下限触发转换电平UT,二、 集成施密特触发器,1. CMOS集成施密特触发器,集成施密特触发器CC40106和外引线功能图,2.
5、TTL集成施密特触发器,集成施密特触发器74LS14外引线功能图,TTL集成施密特触发器几个主要参数的典型值,TTL施密特触发与非门和缓冲器具有以下特点: (1)输入信号边沿的变化即使非常缓慢,电路也能正常工作。 (2)对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿。 (3)带负载能力和抗干扰能力都很强。,三、施密特触发器的应用举例,1. 用于波形变换,将三角波、正弦波及其它不规则信号变换成矩形脉冲。,三角波,矩形波,正弦波,矩形波,2. 用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,在数字系统中,矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变,或者边沿产生振荡等。可利用施密特触发器的回差特性,将受到干扰的信号整形
6、较好的矩形脉冲。,脉冲整形,波形畸变,边沿振荡,3. 用于脉冲鉴幅将幅值大于UT+的脉冲选出,将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端,只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见,施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。,脉冲鉴幅,本节小结,在数字电路中,施密特触发器实质上是具有滞后特性的逻辑门,它有两个阈值电压。电路状态与输入电压有关,不具备记忆功能。除施密特反相器外还有施密特与非门、或非门等。 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。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,特点:,1.
7、 只有两种状态: 稳态和暂稳态;,2. 外来触发脉冲使: 稳态暂稳态稳态;,3. 暂稳态持续时间仅取决于电路参数, 与触发脉冲无关。,用途:,定时:产生一定宽度的方波。,延时:将输入信号延迟一定时间后输出。,整形:把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。,第三节 单稳态触发器,一、 由门电路构成的单稳态触发器,退出,二、 单稳态触发器的应用,1. 电路组成及工作原理,暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路形式,故该电路又称为微分型单稳态触发器。,集成门电路构成的单稳态触发器,一、 由门电路构成的单稳态触发器,(1) 输入信号uI为0时,电路处于稳态。 uI
8、2=VDD,uO=UOL =0,uO1UOH =VDD。,(2)外加触发信号,电路翻转到暂稳态。 当uI产生正跳变时,uO1产生负跳变,经过电容C耦合,使uI2产生负跳变,G2输出uO产生正跳变;uO的正跳变反馈到G1输入端,从而导致如下正反馈过程:,工作原理,使电路迅速变为G1导通、G2截止的状态,此时,电路处于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的状态。然而这一状态是不能长久保持的,故称为暂稳态。,(3)电容C充电,电路由暂稳态自动返回稳态。,在暂稳态期间,VDD经R对C充电,使uI2上升。当uI2上升达到G2的UTH时,电路会发生如下正反馈过程:,使电路迅速由暂稳态返回稳态,uO1=UO
9、H、uO= uO2=UOL。,从暂稳态自动返回稳态之后,电容C将通过电阻R放电,使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。,单稳态触发器工作波形,2. 主要参数,(2)输出脉冲宽度tw 输出脉冲宽度tw,就是暂稳态的维持时间。根据uI2的波形可以计算出: tw 0.7RC,(1) 恢复时间tre 暂稳态结束后,电路需要一段时间恢复到初始状态。一般,恢复时间tre为(35)放电时间常数(通常放电时间常数远小于RC)。,设触发信号的时间间隔为T,为了使单稳态触发器能够正常工作,应当满足Ttw +tre的条件,即Tmin= tw +tre。因此,单稳态触发器的最高工作频率为fmax = 1/ Tmin =
10、 1/(tw +tre),在使用微分型单稳态触发器时,输入触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw,即tw1tw,否则电路不能正常工作。 如出现tw1tw的情况时,可在触发信号源uI和G1输入端之间接入一个RC微分电路。,3. 对输入触发脉冲宽度的要求,(3)最高工作频率fmax(或最小工作周期Tmin),1. 脉冲延时,单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。,单稳电路的延时作用,如果需要延迟脉冲的触发时间,可利用单稳电路来实现。,uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。,二、单稳态触发器的应用,2. 脉冲定时,单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲,利用这个脉冲去控制某一
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