第1章脉冲电路.ppt
电子电路基础(II),学习方法,课堂学习与课后复习相结合,系统性概念与典型例题相结合,集中思想、独立思考,勤！,理论学习与电路实践相结合,懒！,本课程总体要求,围绕电子信号的产生、传输与处理的线索内容多/课时少/要求高在元器件物理机理理解的基础上注重：元器件/芯片性能特性、工作机制与电路 分析方法的理解、掌握,本课程主要内容,1、脉冲电路,2、主要元件：二极管、三极管、场效应管,3、放大电路（差分放大、多级放大、功率放大）,4、反馈,5、频响特性,6、振荡电路,7、AD/DA,第1章 脉冲电路,1.1 概述 1.2 施密特触发器1.3 单稳态触发器 1.4 多谐振荡器1.5 555定时器,1.1 概述,一、脉冲信号,脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。,(a)矩形波,(b)方波,1.1 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：脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。,1.1 概述,1.1.2、脉冲信号的参数,脉冲幅度,脉冲周期,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比D脉冲宽度与脉冲周期的比值，DtW/T。,1.1 概述,1.1.3、脉冲产生电路的暂态分析,脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。,开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC()为0，即电容器相当于开路。,令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历的时间tW（脉冲宽度）可用下式计算：,电路的时间常数=RC，决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为,1.1 概述,1.2 施密特触发器,施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。,工作特性：,具有两个稳态；属于电平触发 电路状态转换时，上升与下降时对应的不同阈值电压。,电压传输特性,输入信号上升时对应的转换电平VH，称为正向阈值电压；输入信号下降时对应的转换电平VL，称为负向阈值电压；差值VVHVL，称为回差电压。,1.2 施密特触发器,反相输出的逻辑符号,同相输出的逻辑符号,反相输出电压传输特性,1.2 施密特触发器,正弦波矩形脉冲波,将变化较慢的上升/下降沿变得更陡峭,增大回差电压，有利于抗干扰（输出信号幅度）,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,1,R1,vo,1,vi1,vi,R2,vo1,vi,vo1,vo,vOH,vOL,vOL,vOH,v+,v-,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,IN一开始为0V，则Q1截止，Q2饱和导通，Q2集电极输出低电平,输入升高，Q1开始导通，Q1集电极电压下降，降低到触发电平，Q2转而截止，Q2集电极输出高电平,输入电压继续升高，只会保持Q1导通Q2截止的状态，电路输出不变,输入电压降低，当使得Q1的基极电压比Q2的基极电压低时，Q2将开始导通，Q1集电极电流减小，其集电极电压上升，加快 Q2导通，电路切换回Q1截止Q2饱和导通,1.2 施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,正向阈值电压,反向阈值电压,1.2 施密特触发器,一、集成施密特触发器TTL系列,7413图形符号,1.2 施密特触发器,一、集成施密特触发器CMOS系列,40106,1.2 施密特触发器,1.2.3、施密特触发器的应用,1.波形变换,施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。,1.2 施密特触发器,2.波形整形,通过施密特触发器整形,可以消除振铃与干扰。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。,一系列幅度不同的脉冲，需要对其中幅度达到一定大小的脉冲计数，可以通过设置阈值电压，鉴出脉冲,1.2 施密特触发器,3.脉冲鉴幅,1.3 单稳态触发器,单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路，简称单稳。,由外界触发,自动返回,工作特性：,它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；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，电路能自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,（1）没有触发信号时电路工作在稳态 当没有触发信号时，输入低电平，G2的输入端经电阻R接至+V，VA为高电平，因此G2输出Q为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：Q0。,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,（2）触发信号暂稳态 当触发信号时，G1输入高电平，G1的输出为低电平，电容电压不能跃变，使得G2的输入为低，G2输出Q为高电平；同时电源V通过R给电容充电。高电平Q反馈到门G1的输入端，此时即使输入触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。,1.3 单稳态触发器,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态电容充电，使得门G2的输入端电压升高，达到触发电平，G2反转，输出Q为低电平，反馈到门G1的2个输入均为0，其G1输出为高电平；而电容电压不能跃变，因此门G2的输入端有一个正向跳变，然后进入恢复期。,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,输出脉冲宽度,1.3 单稳态触发器,1.3.1 门电路构成的单稳态触发器,单稳态触发器图形符号,单稳态触发器接法,1.3 单稳态触发器,1.3.2 集成单稳态触发器,非重复触发单稳态触发器,1.3 单稳态触发器,1.3.2、集成单稳态触发器,可重复触发触发器,1.3 单稳态触发器,集成单稳态触发器,74121,内部2K电阻,1，A1和A2中的任一个输入低电平，B出现上升沿（）；2，B输入高电平，A1和A2的至少其中一个出现下降沿（）,触发条件,1.3 单稳态触发器,集成单稳态触发器典型应用与接法,1.3 单稳态触发器,可重复触发触发器74122,内部10K电阻,触发条件：与门输出出现上升沿,脉冲宽度约为,1.3 单稳态触发器,1.3.3、单稳态触发器的应用,1.脉冲整形,单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲。幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。,单稳态触发器的整形波形,1.3 单稳态触发器,2、选通定时,由于单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。,单稳态触发器的定时波形,1.3 单稳态触发器,3.脉冲信号延时,脉冲延时宽度,1.4 多谐振器,多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。,无稳态多谐振荡器，工作状态在两个暂稳态之间自主切换，电路输出始终在振荡，用于产生时钟信号。,1.4 多谐振器,1.4.1 环形振荡器,假设在时间点0，非门I1的输入由0变到1。经I1传播时延t，其输出（也即I2的输入）在t1由1变为0。再I2的时延 t，非门I3的输入在t2由0变为1，并使非门I1的输入端在t3由1变到0,1.4 多谐振器,1.4.2 施密特触发器构成多谐振荡器,开始上电，C两端电压为零，1低，2高电容C充电 1增高到VH，2低 电容C放电 1降低到VL 2高 C再次充电。,1.4 多谐振器,1.4.3 单稳态触发器构成多谐振荡器,两片74121单稳态触发器构成多谐振荡器。开始时工作在稳态，Q1、Q2均为低。如果将开关SW断开，1B，触发Q1为高。经t1后，Q1回到低，2A1，触发Q2为高。经t2，Q2回到低，1A1、1A2，Q1为高。,1.5 555定时器,或非门构成RS触发器（高电平有效）,与非门构成RS触发器（低电平有效）,真值表,1.5 555定时器(芯片),555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。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,1.5 555定时器,真值表,直接置 0 端 RD 低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1.,1.5.2 用555定时器构成施密特触发器,1.5 555定时器,当输入为低电（小于,）时，输出为高电平VCC；当输入为高电平（大于,）时，输出为低电平（0）当输入介于这两个电压之间时，输出保持不变。,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,电路连接图,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,初始，触发输入高电平（低电平有效），接通电源，电源通过电阻R向电容C充电，U6上升导致RS触发器置1，Uo=0，Q1导通，电容C又通过导电管V1迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态，输出低电平。,1、初始稳态,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,当触发输入电平低于 时，1/3 Vcc,比较器高电平，RS触发器置0，Q1截止，电源经由R1对C1充电，暂稳态开始,2、低电平触发进入暂稳态,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,充电过程使C1上的电压逐渐上升到2/3 Vcc,比较器A高电平，RS触发器置1，Q1导通，Uo=0，电容C又通过导电管Q1迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态，输出低电平。,3、恢复期,1.5.3 用555构成单稳态触发器,1.5 555定时器,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,1、电源接通，电容电压0，B高，RS置0，Q1关，输出高,2、电容电压2/3，A高，RS置1，Q1开，输出低，电容放电,3、电容电压1/3，B高，RS置0，Q1关，输出高，电容充电,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,TmTs，占空比将大于50%,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,占空比小于50%的矩形脉冲信号产生,在R2两端并联一个二极管，在C1充电过程中使R2被旁路,只要R1比R2小,将振荡器A的输出电压uo1，接到振荡器B中555定时器的复位端（4脚）。当uo1为高电平时振荡器B振荡，当uo1为低电平时555定时器复位，振荡器B停止振荡。,1.5.4 用555定时器构成多谐振荡器,1.5 555定时器,第1章 小结,1.正确理解施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理及应用2.熟悉不可重复单稳态触发器74121工作原理及应用3.熟练掌握555定时器的工作原理及应用，利用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作方法；,
