第1章脉冲电路.ppt

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1、电子电子电路基础电路基础(II)学习方法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！本课程总体要求本课程总体要求围绕电子信号的产生、传输与处理的线索围绕电子信号的产生、传输与处理的线索内容多内容多/课时少课时少/要求高要求高在元器件物理机理理解的基础上在元器件物理机理理解的基础上注重：元器件注重：元器件/芯片芯片性能特性性能特性、工作机制工作机制与与电路电路 分析方法分析方法的理解、掌握的理解、掌握本课程主要内容本课程主要内容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、

2、频响特性6、振荡电路7、AD/DA第第1 1章章 脉冲电路脉冲电路1.1 概述概述 1.2 施密特触发器施密特触发器1.3 单稳态触发器单稳态触发器 1.4 多谐振荡器多谐振荡器1.5 555 555定时器定时器1.1 1.1 概述概述一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲是脉冲是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲都是脉冲信号。信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波1.1 1.1 概述概述 在数字系统中常常

3、需要用到在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：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；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。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。1.1 1.1 概述概述1.1.21.1.2、脉冲信

4、号的参数、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲周期脉冲周期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。1.1 1.1 概述概述1.1.31.1.3、脉冲产生电路的暂态分析、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脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理定

5、理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充电暂态过程结束后，流过电容器的电流充电暂态过程结束后，流过电容器的电流i iC C()()为为0 0，即，即电容器相当于开路电容器相当于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR/)()()()(tCCCCeU0UUtu 令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则从暂态过程的起始值，则从暂态过程的起始值U UC C(0(0+)变到变到U UT T所经历所经历的时间的时间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：TCCCWUU0UUn1RCt )()()(电路的时间常数电路的时间常

6、数=RCRC，决定了暂态时间的长短。根据决定了暂态时间的长短。根据三要素公式三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 1.1 1.1 概述概述tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器工作特性：工作特性：具有具有两个稳态两个稳态；属于属于电平触发电平触发 电路状态转换时，电路状态转换时，上升上升与与下降下降时对应的时对应的不同不同阈值电压阈值电压。电电压压传传输输特特性性输入信号输入信号上升上升时对应的转换电平时对应的转换电平V VH H，称为，称为正向正向阈值电压；阈值电压；输入信号输入信号下降下降时对应的转换电平时对

7、应的转换电平V VL L ，称为，称为负向负向阈值电压；阈值电压；差值差值V VV VH HV VL L，称为，称为回差电压回差电压。1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器反相输出的逻辑反相输出的逻辑符号符号同同相输出的逻辑相输出的逻辑符号符号反相输出电压传输特性反相输出电压传输特性1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器正弦波正弦波矩形脉冲波矩形脉冲波,将变化较慢的上升将变化较慢的上升/下降沿变得更陡峭下降沿变得更陡峭增大回差电压，有利于增大回差电压，有利于抗干扰抗干扰（输出信号幅度）（输出信号幅度）1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特

8、触发器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHoiivRRRvRRRv2112121v+v-1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器IN一开始为一开始为0V，则，则Q1截止截止，Q2饱和饱和导通导通，Q2集电极输出集电极输出低低电平电平输入升高，输入升高，Q1开始导通开始导通，Q1集电极电集电极电压下降压下降，降低到触发电平，降低到触发电平，Q2转而截转而截止止，Q2集电极输出高电平集电极输出高电平输入电压继续升高，只会保持输入电压继续升高，只会保持Q1导通导通Q2截止的状态，电路输出不变截止的状态，电路输出

9、不变输入电压降低，当使得输入电压降低，当使得Q1的基极电压比的基极电压比Q2的基极电压低时，的基极电压低时，Q2将开始导通将开始导通，Q1集电极电流减小，其集电极电压上升，集电极电流减小，其集电极电压上升，加快加快 Q2导通导通，电路切换回电路切换回Q1截止截止Q2饱饱和导通和导通1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器正向阈值电压正向阈值电压反向阈值电压反向阈值电压1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、集成施密特触发器一、集成施密特触发器TTLTTL系列系列7413图形符号1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、集成施密特触发

10、器一、集成施密特触发器CMOSCMOS系列系列401061.2 1.2 施密特触发器施密特触发器1.2.31.2.3、施密特触发器的应用、施密特触发器的应用1.1.波形变换波形变换 施密特触发器施密特触发器可以将可以将边沿变化缓边沿变化缓慢慢的周期性信号变的周期性信号变换成边沿陡峭的换成边沿陡峭的矩矩形脉冲形脉冲信号。信号。1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器2.2.波形整形波形整形通过施密特触发通过施密特触发器整形器整形,可以可以消除消除振铃与干扰振铃与干扰。若。若适当增大回差电适当增大回差电压，可提高电路压，可提高电路的抗干扰能力。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

11、一定大小的脉冲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计数，可以通过设置阈值电压，鉴出脉冲，可以通过设置阈值电压，鉴出脉冲1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器3.3.脉冲鉴幅脉冲鉴幅1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器由外界触发由外界触发自动返回自动返回稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期恢复期工作特性：工作特性：它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态；在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回

12、稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路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。自身参数，与外界触发脉冲无关。1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器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 1.3 单稳态触发器单稳态触发

13、器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器（2）触发信号暂稳态触发信号暂稳态 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 1.3 单稳态触发器单稳态触发器（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

14、门G2的输入端有一个正向跳变，然后进入恢复期。uiCuA1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器t RCVVVnRCUUUUnRCtTCCCW7.05.001)()0()(1输出脉冲宽度Wt1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器t 单稳态触发器图形符号单稳态触发器接法1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.2 1.3.2 集成单稳态触发器集

15、成单稳态触发器t 非重复触发单稳态触发器非重复触发单稳态触发器1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.21.3.2、集成单稳态触发器、集成单稳态触发器t 可可重复触发触发器重复触发触发器1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 集成单稳态触发器集成单稳态触发器t 74121内部内部2K电阻电阻1，A1和和A2中的任一个输入低电平，中的任一个输入低电平，B出现上升沿（出现上升沿（）；）；2，B输入高电平，输入高电平，A1和和A2的的至少至少其中其中一个出现下降沿（一个出现下降沿（）触发条件触发条件1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 集成单稳态触发器典型应用与接法集成单稳态触发器典型

16、应用与接法t RextOvBextCOvA1A2GNDCCV74121intRextC1634759101114IvCCV1extRextCRextOvBextCOvA1A2GNDCCV74121intRextC1634759101114IvCCVextC1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 可可重复触发触发器重复触发触发器74122t 内部内部10K电阻电阻触发条件：触发条件：与门输出出现上升沿与门输出出现上升沿脉冲宽度约为0.70.31WEXTtRCR 1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.31.3.3、单稳态触发器的应、单稳态触发器的应用用1.1.脉冲整形脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的单稳态触发器能够把输入的不规则不规则脉冲信号，整形脉冲信号，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉冲。幅度取决。幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度于单稳态电路输出的高、低电平，宽度t tW W决定于定时元决定于定时元件件R R和和C C。单稳态触发器的整形波形单稳态触发器的整形波形tWuOuFOu1.3 1.3 单稳态触发