电子技术基础精选PPT.ppt
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1、电子技术基础第1页,此课件共83页哦在数字系统中,矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个数字系统的工作,所以时钟脉冲的好坏直接关系着整个系统能否正常工作。实际应用中的矩形脉冲信号形状如图13.1.1所示。13.1 脉冲波形的基本知识脉冲波形的基本知识 第2页,此课件共83页哦图13.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数第3页,此课件共83页哦13.2.1 555集成定时器的电路结构集成定时器的电路结构CB555的电路结构图如图13.2.1所示,它主要由四部分组成:3个5 k电阻组成的分压器,两个高精度电压比较器,一个基本RS触发器和一个作为放电通路的三极管及其驱动电路。1.分压器分压器2.比较器比
2、较器 3.基本基本RS触发器触发器 4.开关放电管和输出缓冲开关放电管和输出缓冲 13.2 555集成定时器集成定时器 第4页,此课件共83页哦图13.2.1 CB555的电路结构图第5页,此课件共83页哦13.2.2 555定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能 当5脚控制电压输入端UCO悬空时,很容易得到CB555定时器的功能表,如表13.2.1所示。表表13.2.1 CB555定时器的功能表定时器的功能表 第6页,此课件共83页哦13.3.1 用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成电路组成如图13.3.1所示,将555定时器的两个触发输入端ui1(2脚)和ui2(6脚)连接在一起作为信号
3、输入端ui,uo(3脚)作为输出端,即可构成施密特触发器。2.工作原理工作原理 13.3 施密特触发器施密特触发器 第7页,此课件共83页哦图13.3.1 用555定时器构成的施密特触发器第8页,此课件共83页哦正向阈值电压 负向阈值电压 将UT+与UT之差定义为回差电压UT,即UT=UT+UT (13.3.3)由此得到电路的回差电压为(13.3.1)(13.3.2)(13.3.4)第9页,此课件共83页哦综上所述,用555定时器构成的施密特触发器的工作波形如图13.3.2所示。由工作波形中ui和uo的对应关系可画出uo=f(ui)的关系曲线,如图13.3.3所示,此关系曲线就是施密特触发器的
4、电压传输特性。第10页,此课件共83页哦图13.3.2 施密特触发器的工作波形第11页,此课件共83页哦图13.3.3 施密特触发器的电压传输特性第12页,此课件共83页哦【例例13.3.1】如图13.3.4(a)所示是用555定时器构成的施密特触发器,试对应于图13.3.4(b)所示的输入三角波,画出输出波形。图13.3.4 单稳态触发器的工作波形(a)用555定时器构成的施密特触发器;(b)输入三角波形第13页,此课件共83页哦解解:由式(13.3.1)和式(13.3.2)得正向阈值电压 负向阈值电压 如图13.3.5所示的输出波形。第14页,此课件共83页哦图13.3.5 例13.3.1
5、的输出波形第15页,此课件共83页哦13.3.2 用用CMOS门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器将两级CMOS反相器串接起来,再通过分压电阻将输出端的电压反馈到输入端,就构成了如图13.3.6所示的施密特触发器电路。图13.3.6 用CMOS门构成的施密特触发器第16页,此课件共83页哦当ui=0时,因G1、G2构成了正反馈电路,所以uo=UOL0。此时,G1的输入ui10。当ui逐渐升高并达到ui1=UTH时,由于G1进入了电压传输特性的转折区(放大区),因此ui1的增加将引发如下的正反馈过程:第17页,此课件共83页哦于是电路的状态迅速地转化为uo=UOHUDD。此时便可以求出ui上
6、升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平UT+。由于因此 (13.3.5)第18页,此课件共83页哦当ui从高电平UDD逐渐下降并达到ui1=UTH时,ui的下降会引发又一个正反馈过程:于是电路的状态迅速转换为uo=UOL0。此时又可以求出ui下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平UT。因为这时所以第19页,此课件共83页哦将UDD=2UTH带入上式可得 (13.3.6)由此得到电路的回差电压为 (13.3.7)根据式(13.3.5)和式(13.3.6)可以画出施密特触发器的电压传输特性,如图13.3.7(a)所示。图形符号如图13.3.7(b)所示。第20页,此课件共83页哦图13.3.
7、7 同相输出的施密特触发器的电压传输特性和图形符号(a)电压传输特性;(b)图形符号第21页,此课件共83页哦电压传输特性如图13.3.8(a)所示。图形符号如图13.3.8(b)所示。图13.3.8 反相输出的施密特触发器的电压传输特性和图形符号(a)电压传输特性;(b)图形符号第22页,此课件共83页哦13.3.3 集成施密特触发器集成施密特触发器 如图13.3.9所示为CMOS集成六反相施密特触发器CD40106和四2输入与非门施密特触发器CD4093的引脚功能图。第23页,此课件共83页哦图13.3.9 CD40106和CD4093施密特触发器的引脚功能图(a)CD40106;(b)C
8、D4093第24页,此课件共83页哦13.3.4 施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1.波形的变换波形的变换利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用,可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。如图13.3.10所示。第25页,此课件共83页哦图13.3.10 用施密特触发器实现波形变换第26页,此课件共83页哦2.波形的整形波形的整形 如图13.3.11(a)、(b)所示,只要施密特触发器的UT+和UT设置得合适,均能收到满意的整形效果。图13.3.11 用施密特触发器对脉冲整形第27页,此课件共83页哦3.幅度鉴别幅度鉴别 如图13.3.12所示,若将一系列幅度
9、各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端,只有那些幅值大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。图13.3.12 用施密特触发器鉴别脉冲幅度第28页,此课件共83页哦13.4.1 用用555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器1.电路组成电路组成图13.4.1所示是由555定时器和少量外围器件构成的单稳态触发器。13.4 单稳态触发器单稳态触发器 第29页,此课件共83页哦图13.4.1 用555定时器构成的单稳态触发器第30页,此课件共83页哦2.工作原理工作原理 图13.4.2所示为在触发信号作用下uC和uo相应的波形。图13.4.2 单稳态触发器的工作波形第31页,此课件共83
10、页哦图13.4.2所示为在触发信号作用下uC和uo相应的波形。输出脉冲宽度tw就是暂稳态维持时间,也就是定时电容的充电时间。由图13.4.2可知,tw等于电容电压在充电过程中从0上升到所需要的时间,因此得到 (13.4.1)第32页,此课件共83页哦13.4.2 用集成门电路构成的单稳态触发器用集成门电路构成的单稳态触发器 1.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器由CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触发器如图13.4.3所示。图13.4.3 微分型单稳态触发器第33页,此课件共83页哦当ud上升到UTH以后,将引发如下的正反馈过程:第34页,此课件共83页哦随着充电过程的进行,ui
11、2逐渐升高,当升至ui2=UTH时,又引发另一个正反馈过程:第35页,此课件共83页哦电路中各点的电压波形如图13.4.4所示。图13.4.4 微分型单稳态触发器的电压波形图第36页,此课件共83页哦在电容充、放电过程中,电容上的电压uC从充、放电开始到变化至某一数值UTH所经过的时间可以用下式计算:(13.4.2)将uC(0)=0,uC()=UDD代入式(13.4.2)可得 (13.4.3)第37页,此课件共83页哦输出脉冲的幅度为 Um=UOHUOLUDD(13.4.4)在uo返回低电平以后,还要等到电容C放电完毕,电路才恢复为起始状态。一般认为经过35倍于电路时间常数的时间以后,RC电路
12、基本达到稳态。恢复时间为tre(35)RONC(13.4.5)分辨时间td是指在保证电路能正常工作的前提下,允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔,故有td=tw+tre 第38页,此课件共83页哦2.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器由门电路和RC积分电路构成的积分型单稳态触发器如图13.4.5所示。图13.4.5 积分型单稳态触发器第39页,此课件共83页哦在ui输入脉冲宽度为TTR的触发信号作用下,电路中各点的电压波形如图13.4.6所示。由理论分析可知,输出脉冲uo的宽度tw为(13.4.6)第40页,此课件共83页哦图13.4.6 积分型单稳态触发器的电压波形图第41页,此课件共8
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