清華大學數(shù)電10脈沖電路.ppt

1,第十章 脈沖波形 的產(chǎn)生和整形,第一節(jié) 概述,本章只討論矩形脈沖。,矩形脈沖的主要參數(shù)：,脈沖周期T；,脈沖頻率：,脈沖幅度VM；,脈沖寬度tW；,上升時間tr；,下降時間tf；,本章討論三種脈沖電路：施密特觸發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器。,每種電路都有三種構(gòu)成方式：集成；用門電路構(gòu)成；用555電路構(gòu)成。,本章只介紹用555電路構(gòu)成的脈沖電路。,f = 1/T,占空比q：,q=tw /T .,【題10.1】【10.20】,2,第二節(jié) 555定時器及其應用,一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能,555電路又稱為集成定時器。,1972年由Signetics公司推出。既有雙極型產(chǎn)品，也有MOS型產(chǎn)品。它們產(chǎn)品型號的最后3位數(shù)碼都是555.如：,CB555 是國產(chǎn)雙極型電路；,CH7555是CMOS型電路。,清零端,控制電壓,閾值端、 高觸發(fā)端,觸發(fā)端、 低觸發(fā)端,放電端,CB555電路結(jié)構(gòu)圖,3,低,導通,1,低,導通,1,導通,（不變）,高,截止,1,1,高,截止,（不變）,VCO,電路的功能：,有兩個閾值電壓：,VR1=2VCC / 3,VR2=VCC / 3,隨著TH端和TR端的電壓不同，其工作狀態(tài)將發(fā)生變化：,2VCC / 3,VCC / 3,0,注意修改表10.5.1及前面的論述,4,二、構(gòu)成施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）,（一）施密特觸發(fā)器的特點：,1.輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應的輸入電平不同。,2.在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部 的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿很陡。見457頁,（二）工作原理：,分析輸入電壓由0V上升到VCC和由VCC下降到0V時，電路狀態(tài)如何變化。,將TH端和TR端并聯(lián)作輸入端，接輸入電壓,5,0,t,V T+:正向閾值電壓或上限閾值電壓,VT- :負向閾值電壓或下限閾值電壓,V= VT+ - VT- ： 回差,電壓傳 輸特性,若改變VCO值VT+,VT-的值將改變。,VOH,0.01,特點：,由于有比較器，允許輸入信號慢變化；,由于有觸發(fā)器，輸出端邊沿好。,V T+,V T-,請記錄,458頁,6,（三）施密特觸發(fā)器的應用（見464頁）,1.波形變換,2.脈沖整形,3.脈沖鑒幅,波形變換,脈 沖 整 形,脈沖鑒幅,7,（四）其他類型的施密特觸發(fā)器,用門電路也可構(gòu)成施密特觸發(fā)器； 還有集成的施密特觸發(fā)器。,用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器已很少使用，這里不作介紹。,集成施密特觸發(fā)器既有TTL型，也有CMOS型。,如74LS14是集成施密特觸發(fā)六反相器；74LS132是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門。,如CC40106是集成施密特觸發(fā)六反相器；CC4093是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門。,8,三、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(Monostable Multivibration),（一）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點,1.有兩個狀態(tài)穩(wěn)態(tài)、暫穩(wěn)態(tài)；,2.在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回；,3.暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,tW,tW由電路內(nèi)部參數(shù)決定,暫穩(wěn)態(tài),穩(wěn)態(tài),9,（二）工作原理,1.穩(wěn)態(tài),=VH ,設TD工作在飽和狀態(tài)，則：,VC=VTH=0V, 555電路處于保持狀態(tài)，且一定是VO=VL，,這是因為若假設TD截止，則不合理。,2.觸發(fā),555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為VO=VH,此時TD截止，VC保持0V不變。,3.暫穩(wěn)態(tài),電容C充電,=VIL,充,其三要素為：,(0)=0V,( )=VCC，,=RC,VCC,下頁,10,充,當 =2/3 VCC時，555電路翻轉(zhuǎn)為輸出VL,而 保持不變。,5.恢復,由于TD導通，電容C向TD放電，使 迅速下降為0V。,4.自動返回,上頁,VCC,放,用三要素法描述過渡過程:,11,（三）參數(shù)計算（以脈沖寬度為主）,1.脈沖寬度tW,得到公式：,tW,VCC,0V,2.恢復時間tre:,tre=(35)rcec,3.分辨時間td:,td=tw+tre,tre,*該電路特點：,窄脈沖觸發(fā)。,觸發(fā)脈沖的最小周期,觸發(fā)脈沖寬度要小于輸出脈沖寬度,RC,2/3VCC,12,若條件不滿足可在輸入端加微分電路 （供參考）,13,（四）應用（請記錄）,1.整形改變輸入脈沖的占空比。,2.定時（延時）,控制脈沖,被測脈沖,例1：數(shù)字頻率計。,例2：延時觸發(fā),能輸出固定寬度的脈沖。,寬度為1秒的正脈沖,延遲時間為tW1，輸出脈寬為Tw2.,14,（五）其他類型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用門電路可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；,也有集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,1.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,既有TTL電路產(chǎn)品，也有CMOS電路產(chǎn)品。介紹74121。只介紹如何使用。（見471頁）,有三個輸入端：,A1,A2為下降沿觸發(fā)輸入端；,B為上升沿觸發(fā)輸入端。,有兩個互補的輸出端VO、VO。,電容需外接；電阻可選擇內(nèi)部的，也可外接。接法如圖。,可用功能表或波形圖說明其工作原理。,使用內(nèi)部電阻,15,保 持,A端觸發(fā),B端觸發(fā),10,16,工作波形：,輸出脈寬的計算：,從器件手冊可查到計算公式。74121的公式如下：,tW 0.69RextCext,Rext的取值在2K 到30K 之間；,Cext的取值在10pF到10 F之間。,tW的范圍在20nS到200mS之間。,也可使用內(nèi)部電阻Rint代替外接電阻Rext。Rint約為2K 。,74121是不可重復觸發(fā)的。而74122是可重復觸發(fā)的。見圖示。,17,2.CMOS微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,（1）工作原理,輸入端微分電路提取 的上升沿。,穩(wěn)態(tài)：,=VDD，,=0，,=0。,觸發(fā)：,暫穩(wěn)態(tài)：,=0，,=VDD，,=VDD。,i充,C充電,VDD,三要素為：,(0)=0，,( )=VDD，,=RC。,自動返回：,條件： VTH。,18,VDD,=0，,=VDD，,VDD。,恢復過程：,電容C放電至起始狀態(tài)。所用時間為：,Tre=(35)CRON,（2）計算脈寬tW,等于 由0V上升到VTH所用的時間：,門G1的輸出電阻,0.5VDD,取消輸入微分電路會使輸出后沿變壞。,i充,19,不需輸入信號即可產(chǎn)生矩形脈沖。,四、構(gòu)成多諧振蕩器(Astable multivibrator),（一）多諧振蕩器的特點,（二）電路的原理,剛接通電源：,=0V,TD截止。,此時為暫穩(wěn)態(tài)1：,i充,C充電,VCC,三要素為：,(0)=0V,1/3VCC,( )=VCC,在t1時刻 =2/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。,t1,C放電,0,i放,=VH ，,進入暫穩(wěn)態(tài)2 =VL，TD導通。,先接成施密特觸發(fā)器,20,三要素為：,(0)=2/3VCC，,( )=0V，,在t2時刻 =1/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。,（三）計算周期T=T1+T2,i充,i放,充,1/3vcc,2/3vcc,占空比：,f = 1/T,VCC,t1,0,t2,VCC,t1,0,t2,給施密特觸發(fā)器輸入鋸齒波可產(chǎn)生矩形波,21,（四）改進電路,占空比可調(diào)的多諧振蕩器,T1=R1Cln2,T2=R2Cln2,q=,T=(R1+R2)Cln2,解：,可選VCC=5V,由q公式，且q=2/3可求出：,R1=R2,由于,T=(R1+2R2)Cln2,R1=48K,選C=10 F代入上式求出,R2=R1=48K,上述電路占空比始終大于50%,且不可調(diào)。,C選擇原則: 過大則漏電流大 過小則電阻太大 二者均可使周期不準,22,（五）用門電路構(gòu)成的多諧振蕩器,1.非對稱式多諧振蕩器,(1)工作原理,采用CMOS門；,RF使門1工作在轉(zhuǎn)折區(qū)。,因此門2也工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，電容C引入正反饋，使電路振蕩。,設t1時刻G1輸出低電平、G2輸出高電平。定為暫穩(wěn)態(tài)2。,當 VTH時，產(chǎn)生連鎖反應：,隨之電路進入暫穩(wěn)態(tài)1。見下頁圖。,C充電,VDD,0,i充,23,C放電,在t2時刻：,在暫穩(wěn)態(tài)1：,t1,t2,i放,三要素為：,放=RFC。,t3,在t3時刻 VTH，又發(fā)生連鎖反應，進入暫穩(wěn)態(tài)2：,(0)=VTHVDD，,在暫穩(wěn)態(tài)2，C充電的三要素為：,(0)=VTHVDD，,( )=VDD，,充RFC,( )=0,VDD,0,回前頁,24,(2)周期計算：,T=T1+T2,將前面的三要素代入下面的公式，即可求出T1和T2：,T=2.2RFC,思考：若將RP短路，會發(fā)生什么情況？,用TTL門構(gòu)成這種多諧電路也可，但分析較復雜。,(0)=VTHVDD，,暫穩(wěn)態(tài)2，C充電的三要素為：,充RFC,( )=0,( )=VDD，,放=RFC。,(0)=VTHVDD，,暫穩(wěn)態(tài)1中，C放電三