波形的产生与变换PPT课件资料.ppt

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波形的产生与变换PPT课件 tf0.9Um0.1Umtr上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。 T脉冲周期T：在周期性重复的脉冲系列中，两个相邻脉冲间的间隔时间。脉冲频率f：单位时间内脉冲重复的次数f=1/T占空比D：脉冲宽度与脉冲周期的比值D=tw/TtW0.5Um 如何获得脉冲信号？1、利用整形电路对不符合要求的脉冲信号进行整形2、利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号主要介绍三种脉冲电路：1.施密特触发器2.单稳态触发器3.多谐振荡器 7.2RC正弦波振荡器ＲＣ正弦波振荡器一般用来产生１Ｈz～１ＭＨz的低频信号。一、自激振荡概念：正反馈可使电路在没有外加输入信号的情况下，有交流信号输出，这种现象在放大电路中称为自激振荡。 AUiUoUfF讨论：基本放大电路的电压放大倍数为Ａ（Ａ=Uo/Ui），反馈电路的反馈系数为F（F=Uf/Uo），Uf=AFUi因要求Ui=Uf所以AF=1 自激振荡平衡条件AF=1A=|A|∠φaF=|F|∠φf则AF=|AF|∠(φa+φf)|AF|=1———幅度平衡条件φa+φf=2nπ———相位平衡条件起始时必须使|AF|＞1———自起振条件AUiUoUfF 振荡器必须包含有放大电路、正反馈电路和选频电路假设Ui=10mV，A=100，F=0.01，Uo=1V,Uf=10mV若F=0.02，Uf=20mV，Uo=2VAUiUoUfF CCRR_++R2R1RPUiUoUf二、集成运算放大器组成的ＲＣ正弦波振荡器构成：同相放大电路和ＲＣ串并联网络 CCRRUfUo选频特性：令：ω0=1/RC当ω＝ω0=1/RC时，反馈系数最大F=1/3而反馈系数的相位角为零φf=0UfUo=13+j（ω/ω0-ω0/ω）UfUo=13+j（ωRC-1/ωRC）F=满足φa+φf=2nπ———相位平衡条件 放大器为同相比例运算电路，其电压放大倍数A=1+R2/R1要满足幅度平衡条件|AF|=1就必须使A=1+R2/R1=3，即应使R2=2R1为使电路能够起振，要求Ｒ２略大于两倍的Ｒ１_++R2R1RPUiUo CCRR_++R2R1RPUiUoUfＲＣ桥式振荡器的振荡频率为f0=1/2πRC 7.3集成555定时器7.3.1555定时器的电路结构与工作原理555定时器是一种多用途的单片集成电路。在外部配上少许阻容元件，便能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路。组成：1电阻分压器，2电压比较器，3RS触发器，4场效应管。 当控制端5脚悬空时：UR1=UR2=1/3VDD2/3VDD当控制端5脚接ECC时：UR1=UR2=1/2ECCECCRDVDD5Uo1SQQ73812UTHT+Uo2C2﹣+C1﹣R≥1≥11≥11146UTRDUO5QQ73812UTHT+Uo2C2﹣+C1﹣R≥1≥11≥11146UCOUTRDUOR=5kUR2RRUR1UO1S UTH<(2VDD/3),UTR<(VDD/3)时R=0,S=1Q=1,T截止，UO=1UTH(2VDD/3),UTR(VDD/3)时R=1,S=0Q=0,T导通，UO=0UTH<(2VDD/3),UTR(VDD/3)时R=0,S=0Qn+1=Qn,UO保持不变5Uo1SQQ73812UTHT+Uo2C2﹣+C1﹣R≥1≥11≥11146UTRDUO5QQ73812UTHT+Uo2C2﹣+C1﹣R≥1≥11≥11146UCOUTRDUOR=5kUR2RRUR1UO1SVDDRD1/3VDD2/3VDD工作原理 7.3.2555定时器功能555定时器功能表UTHUTRRDUOTff00导通输入输出<(2VDD/3)>(VDD/3)1保持保持>(2VDD/3)>(VDD/3)10导通<(2VDD/3)<(VDD/3)11截止UCO17623845555DUOUTRUTHRDVDDGNDUTH，UTR两者都小于各自的参考电压时UO=1，放电管截止UTH，UTR两者都大于各自的参考电压时UO=0，放电管导通 7.4.1由门电路构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。00117.4施密特触发器 0111 1100 0110 0011 下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝UT＋－UT－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。 7.4.2由555定时器构成的施密特触发器 7.4.3施密特触发器的应用1波形变换DGNDUCO 2脉冲波的整形数字系统中的矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变。经施密特触发器整形后便可获得较理想的矩形脉冲波。U+U– 在传输的信号上出现附加噪声，经整形后仍会得到较理想的矩形脉冲波。U+U– 3脉冲鉴幅将幅度不同、不规则的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于U+的脉冲信号进行输出，具有脉冲鉴幅的功能。 本节小结：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。 7.5单稳态触发器单稳态触发器的工作特点是：有一个稳定状态和一个暂稳态。在触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，然后在贮能元件的作用下，暂稳态停留一段时间tw后，又能自动返回到稳定状态，并在其输出端产生一个宽度为tW的矩形脉冲。通常把单稳态的暂稳态停留时间称作延迟时间，延迟时间的长短仅取决于电路的有关参数，而与触发脉冲的宽度无关。 7.5.1用555定时器构成的单稳态触发器 接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo＝0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为ui＜VCC/3，使C2＝0，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。 （1）没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出uo1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：uo1＝1，uo2＝0。00117.5.2用门电路构成的单稳态触发器 110（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo1＝0，uo2＝1。 0011（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo1＝1，uo2＝0。脉冲宽度：tp=0.7RC 电路的改进当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 稳态时，ui＝1，G1、G2均导通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截止时，C通过R和G1的导通管放电，使uA逐渐上升。当uA上升到管子的开启电压UT时，如果ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。当ui回到高电平后，G1导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复到稳定状态。 7.5.3单稳态触发器的应用1．定时由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形输出脉冲，若利用这个矩形脉冲去控制某一个电路，就可使它在tw时间内动作或不动作。uitOuotOtWuFtOuFotOuouiuFuFo单稳& 2．整形由于单稳触发器一经触发，电路就进入暂稳态，在暂稳态期间输出电平的高低与此时输入信号状态无关，其输出就成为具有一定宽度、一定幅度、边沿陡峭的矩形波，如图所示。tWuotOuitO 本节小结：单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。 1、由555定时器构成的多谐振荡器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。7.6多谐振荡器 2、RC环形多谐振荡器 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。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程 第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在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。 3、CMOS多谐振荡器在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下降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。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程 第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在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。随着充电的进行，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。 4、石英晶体多谐振荡器电阻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＝0.7kΩ～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。 本节小结：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。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。555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢