脈沖電路數(shù)電

1、數(shù)字電子技術(shù)教案第六章 脈沖電路（141154頁）第六章 脈沖電路教學(xué)大綱學(xué)時：8l、本章教學(xué)目的要求通過教學(xué)，使學(xué)生掌握脈沖的產(chǎn)生與變換，理解555定時器的結(jié)構(gòu)及邏輯功能，了解555定時器的其他應(yīng)用。2、教學(xué)內(nèi)容及要求（注明掌握內(nèi)容A，理解內(nèi)容B，了解內(nèi)容C）（1）脈沖基本知識C（2）555定時器A（3）多諧振蕩器B（4）施密特觸發(fā)器B（5）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器B3、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：各種脈沖電路。難點(diǎn)：555定時器邏輯功能。4、教學(xué)方法教學(xué)手段說明講授、自學(xué)討論、圖表模型、采用多媒體輔助教學(xué)，理論和實(shí)踐密切結(jié)合。第六章 脈沖電路（8學(xué)時第4956學(xué)時）目的有求：通過本章學(xué)習(xí)，掌握脈沖電路的構(gòu)成與作用

2、。教學(xué)內(nèi)容：本章主要包括二個方面內(nèi)容：脈沖變換與產(chǎn)生、555定時器。教學(xué)重點(diǎn)：脈沖變換與產(chǎn)生。教學(xué)難點(diǎn)：脈沖的產(chǎn)生?；疽螅赫莆彰}電路的構(gòu)成與分析方法。教學(xué)方法：啟發(fā)式、討論式、探究時，理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。教 具：多媒體裝置、投影機(jī)、幻燈片等。課 件：Powpoint、Flash、photoshop等制作的課件。作 業(yè)：見各節(jié)具體教學(xué)內(nèi)容。第49學(xué)時脈沖概念脈沖信號是指既非直流又非正弦的信號。如矩形波、三角波、鋸齒波等。一脈沖分類根據(jù)波形的不同，分為如下幾類： 矩形脈沖 尖脈沖 三角脈沖 鋸齒脈沖 階梯脈沖二脈沖參數(shù)一般脈沖波形關(guān)于脈沖的幾個參數(shù)：脈沖幅度Um電壓最大值上升時間（前

3、沿時間）t r 由0.1Um上升到0.9Um所需的時間下降時間（后沿時間）t f 由0.9Um下降到0.1Um所需的時間脈沖寬度t w 前后沿0.5Um之間的時間脈沖周期T兩相鄰脈沖對應(yīng)點(diǎn)之間的時間占空比DD = t w / T第50學(xué)時6.1 555定時器一555定時器結(jié)構(gòu)555定時器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路（8pins），電路圖如下：555定時器結(jié)構(gòu)圖555定時器內(nèi)部由三個5kW電阻組成的分壓器（555定時器由此得名）；使得比較器C1（同相端）和C2（反相端）分別獲得和的分壓值；比較器輸出至基本RS觸發(fā)器（為置0端）；觸發(fā)器輸出一方面通過非門（起緩沖作用）輸出，另一方面控制放電

4、三極管T導(dǎo)通或截止（對外電路的元件提供放電通路，同時為外界電容提供充放電回路）。各端口名稱及作用：pin-1：GNDpin-2：輸入控制端pin-3：輸出端pin-4：清零端pin-5：電壓控制端pin-6：輸入控制端pin-7：放電端pin-8：電源端555定時器CO（pin-5）端一般不用，常通過0.01u的電容接地（用于旁路高頻干擾）。二555定時器工作情況在555定時器輸入端、加上不同高低的電位，可控制其輸出（高或低）及三極管的狀態(tài)（截止或飽和）。0時：，uoUOL，T飽和導(dǎo)通；時：，：比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，Q1、0，uoUOH，T截止；，：比較器C1輸出低電平，

5、比較器C2輸出高電平，1、Q0，uoUOL，T飽和導(dǎo)通。，：比較器C1、 C2均輸出高電平，觸發(fā)器狀態(tài)不變，使得uo及T狀態(tài)不變；，：比較器C1、C2均輸出低電平，盡管觸發(fā)器功能混亂，但仍有1、，uoUOL，T導(dǎo)通由于觸發(fā)器功能混亂，該工作狀態(tài)常常被禁止不用；555定時器功能表如下：555定時器性能表序號uoT說明1××0UOL導(dǎo)通置021UOH截至正常31UOL導(dǎo)通正常41不變不變正常51UOL導(dǎo)通禁止從功能表看出：（1）555定時器有兩個閾值：、；（2）輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應(yīng)放電管飽和，在7腳通過上拉電阻外接高電平時，7腳為低電平。輸出高電平對

6、應(yīng)放電管截止，在7腳通過上拉電阻外接高電平時，7腳為高電平。利用555定時器，接上少數(shù)元件，控制、端的電位高低，可方便地構(gòu)成各種定時、振蕩電路。555定時器電源電壓范圍較大：TTL電路可達(dá)4.516V，輸出高電平不低于電源電壓的90%，帶拉電流和灌電流負(fù)載的能力可達(dá)200mA；CMOS電路可達(dá)318V，輸出高電平不低于電源電壓的95%，帶拉電流負(fù)載的能力為1mA，帶灌電流負(fù)載的能力為3.2mA。第51學(xué)時6.2 施密特觸發(fā)器一555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1電路構(gòu)成uo為輸出端（調(diào)節(jié)VDD及R可改變輸出高電平大?。?、uo為555信號輸出端、UCO可調(diào)節(jié)回差。2工作情況（1）uI增大階段在uI未

7、增大到前，uo、uo 均為高電平、放電管處于截止?fàn)顟B(tài)（表中第2行），并且在uI未達(dá)到之前，555狀態(tài)不變（表中第4行），使得uo、uo 一直維持高電平、放電管截止；uI達(dá)到，555內(nèi)部三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，uo、uo 均為低電平（表中第5行）。注：uo 端為555輸出端，由功能表決定高低，而uo端則由pin-7是否接地決定高底。（2）uI減小階段在uI未減小到前，555狀態(tài)不變（表中第4行），使得uo、uo依然為低電平；當(dāng)uI減小到后，555內(nèi)部三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，使得uo、uo 均為高電平（表中第2行）。555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器3滯回特性由以上討論看出，施密特觸發(fā)器具有滯回特性，輸出輸入關(guān)系曲

8、線（滯回曲線）如下：施密特觸發(fā)器滯回特性圖上閾值電壓、下閾值電壓、回差二集成施密特觸發(fā)器分為CMOS（如CC40106、CC4093等）和TTL（如74LS14、74LS132等）兩大類。參見教材P403。三施密特觸發(fā)器應(yīng)用1、用于接口與整形用作TTL電路的接口電路時，將其他類型信號變?yōu)門TL要求的波形；用作整形時，可將不規(guī)則信號變?yōu)橐?guī)則信號。施密特觸發(fā)器用于整形2、用于閾值探測可探測出幅度高于U1的信號，并形成相應(yīng)的脈沖輸出。施密特觸發(fā)器用于閾值探測第52學(xué)時6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖1工作情況（1）穩(wěn)態(tài)0無觸發(fā)信號時（假設(shè)

9、電路已清零），pin-2（）為高電平，無論pin-6（）如何，uoUOL，T飽和導(dǎo)通（如功能表中4行所示），uC0，電路處于穩(wěn)態(tài)0；（2）暫穩(wěn)態(tài)1觸發(fā)信號（下降沿）到達(dá)，pin-2（）為低電平，uoUOH，T截止（如功能表中2行所示），電路處于暫穩(wěn)態(tài)1；（3）暫穩(wěn)態(tài)1維持由于T截止，電源VCC開始通過R為電容C充電，充電回路是+VccRC地，在充電uC達(dá)到之前，電路始終處于暫穩(wěn)態(tài)1（如功能表中4行所示）。（4）自動返回穩(wěn)態(tài)0隨著充電進(jìn)行，uC逐漸升高，當(dāng)uC高于時，pin-6（）電位高于，使得比較器C1輸出0，則1、Q0，uoUOL，T飽和導(dǎo)通，電容C通過T迅速放電，使uC0，電路回到穩(wěn)態(tài)0（

10、如功能表中5行所示）。2脈沖寬度利用暫態(tài)過程公式計(jì)算uC(t)由0充電到的時間。顯然，、則3注意事項(xiàng)觸發(fā)脈沖寬度必須小于暫穩(wěn)態(tài)寬度，否則電路不能正常工作（相當(dāng)于功能表中第3行）。為避免觸發(fā)脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)寬度，可在電路輸入端接一微分電路，使得進(jìn)入pin-2（）的脈寬小于暫穩(wěn)態(tài)寬度。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又叫定時電路暫穩(wěn)態(tài)時間tw即為定時時間。二集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為可重觸發(fā)（暫穩(wěn)態(tài)未結(jié)束時，若觸發(fā)信號再次作用，則電路在原暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間基礎(chǔ)上重新開始一次暫穩(wěn)態(tài)，直到新的一次暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。如74122）和非重觸發(fā)（暫穩(wěn)態(tài)未結(jié)束時，若觸發(fā)信號再次作用，則電路仍維持原暫穩(wěn)態(tài)直到結(jié)束，新的觸發(fā)無效。如74121）兩

11、大類。參見教材P410。三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用1延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于延時由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖看出：單穩(wěn)態(tài)輸出波形下降沿比輸出波形滯后tw延時了tw時間。2定時定時時間為暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW 。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于定時3整形可將不規(guī)則信號整形為規(guī)則信號。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于整形第53學(xué)時6.4 多諧振蕩器一555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1電路構(gòu)成如圖。555構(gòu)成的多謝振蕩器 多謝振蕩器工作波形圖2工作情況接通電源前，uC0，pin-2（）、pin-6（）電位均為低電平，使得uoUOH、T截止（相當(dāng)于功能表中第2行）。（1）暫穩(wěn)態(tài)1電源接通瞬間，pin-2（）、pin-6（）電位均為低電平，使得uOUOH、T

12、截止（相當(dāng)于功能表中第2行）電路處于暫穩(wěn)態(tài)1。由于T截止，7端為高電平，開始對電容C充電，充電回路是+VccR1R2C地，在充電使uC達(dá)到之前，電路始終處于暫穩(wěn)態(tài)1（相當(dāng)于功能表中第2、4行）。.（2）暫穩(wěn)態(tài)2隨著充電進(jìn)行，uC逐漸升高，當(dāng)uC高于時，pin-2（）、pin-6（）電位均高于，使得uOUOL，T導(dǎo)通（相當(dāng)于功能表中第5行）電路處于暫穩(wěn)態(tài)2。由于T導(dǎo)通，7端為低電平，電容C開始放電，放電回路是CT地。.（3）狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)隨著放電地進(jìn)行，uC逐漸降低，當(dāng)uC低于時， pin-2（）、pin-6（）電位均低于，使得uOUOH，T截止（相當(dāng)于功能表中第2行）返回到暫穩(wěn)態(tài)1。由此重復(fù)，得

13、到矩形脈沖信號。3振蕩頻率（1）暫穩(wěn)態(tài)1時間（高脈沖時間）利用暫態(tài)過程公式計(jì)算電容由充電到的時間。顯然，、則（2）暫穩(wěn)態(tài)2時間（低脈沖時間）計(jì)算電容由放電到的時間。、則（3）震蕩頻率周期TW tW1tW20.7（R12R2）C 頻率f1/T（4）占空比4占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器充電時D1導(dǎo)通，R1、D1、C為充電回路；放電時D2導(dǎo)通，C、R2、D2為放電回路。可計(jì)算出、第54學(xué)時二石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器 當(dāng)石英晶體外加電壓頻率等于其特征頻率f0時，呈現(xiàn)零阻抗，其他頻率則呈現(xiàn)較大阻抗。石英晶體諧振頻率十分穩(wěn)定。震蕩電路如圖所示：石英晶體構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器-1電阻R1、R2保證兩個反向器工作在線性放大狀態(tài)（靠電阻上的電壓高低控制管子處于放大狀態(tài)），電容C1、C2起耦合作用（也可不用），石英晶體構(gòu)成選頻。對于TTL門電路，常取R1R20.72k；對于CMOS門電路，常取R1R210100M。由CMOS門電路和石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器，還有下述常用連接方式：石英晶體構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器-2四多諧振蕩器應(yīng)用1秒信號發(fā)生電路多諧振蕩器產(chǎn)生的32768Hz的