脈沖單元電路

1、第第 9 9 章章脈 沖 單元電路9.1 脈沖信號9.2 施密特觸發(fā)器9.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4 多諧振蕩器9.5 555定時器及其應用9.1 脈沖信號脈沖周期脈沖周期T T脈沖幅度脈沖幅度V Vmm脈沖寬度脈沖寬度Wt上升時間上升時間t tr r下降時間下降時間t tf f占空比：占空比：TtqW/1、脈沖信號 矩形脈沖信矩形脈沖信號的獲取方號的獲取方法有兩種：法有兩種：產(chǎn)生產(chǎn)生: :不用信號源，加上電源自不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形整形: :輸入信號源進行整形輸入信號源進行整形. .脈沖產(chǎn)生電路脈沖產(chǎn)生電路: : 多諧振蕩器多諧振蕩器脈沖整形（變換

2、）電路脈沖整形（變換）電路: :單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 2、矩形脈沖的獲取9.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于是一種能夠把輸入波形整形成為適合于 數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。 一、一、 用用CMOSCMOS反相器構組成的施密特觸發(fā)器反相器構組成的施密特觸發(fā)器R R11VVDD DD /2/2時，電路會產(chǎn)生如下正反饋過程：u uI =U=UT+=(R=(R1 1+R+R2 2)V)VDDDD/2R/2R2 2uI1 =U =UTHTH時有：時有：電路會迅速轉換為G G1 1導通、G G2 2截止，

3、輸出為U UOHOH，即u uOO=V=VDDDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時的u uI I值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉換電平U UT+T+。顯然，u uI I繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會改變。如果u uI I下降，u uI1 I1也會下降。當u uI1 I1下降到U UTHTH時，電路又會產(chǎn)生以下的正反饋過程： 電路會迅速轉換為G G1 1截止、G G2 2導通、輸出為U UOLOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時的u uI I值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉換電平U UT T。u uI I再下降，電路將保持狀態(tài)不變。 UT- =(R=(R2 2-R-R1 1)V)VDDDD/ 2R/ 2R2 2U UOHOHV

4、VDDDDU UTHTHuI1 =U =UTHTH時有：時有： （2） 傳輸特性 （3）回差 上限觸發(fā)轉換電平U UT+T+ 下限觸發(fā)轉換電平U UT T U UT T = U= UT+T+U UT T(R(R1 1/R/R2 2)V)VDDDD= 2(R= 2(R1 1/R/R2 2)V)VTHTH U UT+=(R=(R1 1+R+R2 2)V)VDDDD/2R/2R2 2UT- =(R=(R2 2-R-R1 1)V)VDDDD/ 2R/ 2R2 2正向閾值電壓正向閾值電壓負向閾值電壓負向閾值電壓回差電壓：回差電壓：V VT T V VT TV VT T滯回電壓傳輸特性滯回電壓傳輸特性，即

5、輸入電壓的上升過程和下降過，即輸入電壓的上升過程和下降過程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。 同相輸出的施密特觸發(fā)器同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器二、二、 施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用1. 1.用于波形變換：用于波形變換： 2.2.用用于于脈脈沖沖整整形：形：3.3.用用于于脈脈沖沖鑒鑒幅：幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于施密特觸發(fā)器能將幅度大于V VT+T+的脈沖選出。的脈沖選出。4.4.用于構成多諧振蕩器：用于構成多諧振蕩器： 本節(jié)小結本節(jié)小結施密特觸發(fā)器具有施密特觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)兩個穩(wěn)

6、定的狀態(tài)，是一種能，是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有脈沖的電路。而且由于具有滯回特性滯回特性，所以抗干擾，所以抗干擾能力也很強。能力也很強。 施密特觸發(fā)器可以由分立元件構成，也可以由門施密特觸發(fā)器可以由分立元件構成，也可以由門電路及電路及555555定時器構成。定時器構成。 施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應用很施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應用很廣。廣。9.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點: :穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自

7、動返回自動返回1 1、輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài)、輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài), , 另一個另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)。狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)。2 2、加入觸發(fā)信號、加入觸發(fā)信號, ,電路由穩(wěn)態(tài)轉入暫穩(wěn)態(tài)。電路由穩(wěn)態(tài)轉入暫穩(wěn)態(tài)。3 3、 經(jīng)過一定時間以后經(jīng)過一定時間以后, ,電路又會電路又會自動返回自動返回 原來的原來的 穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。二、二、 由門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0 0t tu ui iu uo1o1u uA Au uo2o20 0t t0 0t t0 0t tt t1 1當當 u ui i 發(fā)生負跳變后：發(fā)生負跳變后： u uo1o1 和和u uA A跟著正跳變跟

8、著正跳變u uo2o2 立即下跳（立即下跳（暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)）。）。當當u ui i1 1： 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)： u uA A=0=0 ，u uo2o2=1 =1 u uo1o1=0 =0 。u uo1o1u uo2o2R RC C&1 1u ui iA AR R較小較小U Uo1o1向向C C充電，充電，u uA A下降。下降。u uA A=U UT T時：時：u uo2o2上跳。上跳。之后之后u uA A繼續(xù)下降。繼續(xù)下降。U Ui i負脈沖過后，負脈沖過后，u uo2o2保持高電平。保持高電平。u uo1o1u uo2o2R RC C&1u ui iA AU UT T0 0t tu

9、 ui iu uo1o1u uA Au uo2o20 0t t0 0t t0 0t tt t1 1t tWWCMOSCMOS門電路：門電路：TDDWUVRCtln 目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有有不可重復觸發(fā)型不可重復觸發(fā)型和和可重復觸發(fā)可重復觸發(fā)型型兩種。不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)兩種。不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結束后，工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結束后，才接受下一個觸發(fā)脈沖而轉入暫才接受下一個觸發(fā)脈沖而轉入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜陀|發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)穩(wěn)態(tài)。可重復

10、觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入器進入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個t tWW寬寬度。度。不可重復觸發(fā)型不可重復觸發(fā)型可重復觸發(fā)型可重復觸發(fā)型三三 、 集成單穩(wěn)組件介紹集成單穩(wěn)組件介紹74LS12174LS121管腳圖管腳圖QQV VSSSSQQB BC CextextR RintintNCNCR Rext ext / C/ CextextA A1 1A A2 2NCNCV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101014141313121211 11NCNC

11、NCNC1 1、不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：、不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 74LS121 74LS121是一種是一種不可重復觸發(fā)的集不可重復觸發(fā)的集成化單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。成化單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。包括觸發(fā)信號控制包括觸發(fā)信號控制電路、微分型單穩(wěn)電路、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及輸出緩態(tài)觸發(fā)器及輸出緩沖電路。單穩(wěn)輸出沖電路。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要脈沖的寬度，主要由外接的定時電阻由外接的定時電阻( ( R R ) )和定時電容和定時電容( ( C C ) )決定。決定。74LS12174LS121功能表功能表A A1 1 A A2 2B BQQQQ說說 明明0 01 11 1x x0 00 00 00 0

12、1 11 11 11 1x xx xx 0 x 00 x0 x1 11 1穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)觸發(fā)1 11 11 11 1 1 1 0 x0 xx 0 x 074LS12174LS121的使用方法的使用方法: :1 1） 采用內(nèi)部定時電阻（采用內(nèi)部定時電阻（2K 2K ）：）： 9 9腳接到腳接到1414腳。腳。t tWW = = 0.7 0.7 R R C C單位單位 ： R RT T: k: k 、C CT T: Pf: Pf、t tWW: nS: nS 定時電容接在定時電容接在1010、11 11腳之間，腳之間，2 2） 采用外部定時電阻采用外部定時電阻（1.440K 1.440K ）：）：9

13、9腳懸空，腳懸空，電阻接到電阻接到11 11、1414腳之間。腳之間。QQV VSSSSQQB BC CextextR RintintNCNCR Rext ext / / C CextextA A1 1A A2 2NCNCV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101014141313121211 11NCNCNCNC定時電阻有兩種選擇：定時電阻有兩種選擇： 外接電阻外接電阻（下降沿觸發(fā)）（下降沿觸發(fā)） 內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）（上升沿觸發(fā)）2 2、可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：、可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：1C1CextextV VSSSS1Q1Q1Q1Q

14、1TR1TR- -2 2TRTR+ +2 2TRTR- -2Q2Q2Q2Q2 2R RD D1 1R RD D1TR1TR+ +1R1Rextext/1C/1CextextV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101616151514141313121211 112C2Cextext2R2Rextext/2C/2Cexext tMC14528MC14528管腳圖管腳圖MC14528MC14528是一種可重是一種可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。包括三態(tài)門、觸發(fā)器。包括三態(tài)門、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制電路及輸出緩沖控制電路及輸出緩沖

15、電路。電路。MC14528MC14528功能表功能表R RD DTRTR+ +QQQQ說說 明明0 00 01 1x x0 00 00 01 11 11 11 1x x1 1穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)觸發(fā)TRTR- -x xx x1 1x xx x0 0清零清零與前一種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的區(qū)別：與前一種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的區(qū)別： 當電路處在暫穩(wěn)態(tài)，再來觸發(fā)信號，暫當電路處在暫穩(wěn)態(tài)，再來觸發(fā)信號，暫穩(wěn)態(tài)的時間將增加穩(wěn)態(tài)的時間將增加t tww，即可重復觸發(fā)。，即可重復觸發(fā)。1 1、定時、定時只有在脈沖寬度只有在脈沖寬度 t tpopo內(nèi)內(nèi)的信號才能通過。的信號才能通過。四、四、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用2 2、

16、延時與整形、延時與整形 可將脈沖寬可將脈沖寬度不等的矩形脈度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。度相等的矩形波。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號都具有通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號都具有一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號寬度即可消除噪聲。于噪聲寬度而小于信號寬度即可消除噪聲。3 3、消除噪聲、消除噪聲本節(jié)小結本節(jié)小結單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)一個穩(wěn)態(tài)和和一個暫穩(wěn)態(tài)一個暫穩(wěn)態(tài)。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中, ,由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)由穩(wěn)

17、態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)脈沖脈沖, ,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈沖寬度脈沖寬度是由電路的阻是由電路的阻容元件容元件RCRC決定的決定的, ,與輸入信號無關。與輸入信號無關。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構成，也可以單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構成，也可以由由555555定時器構成。定時器構成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號，用途很廣。信號，用途很廣。9.4 多諧振蕩器 矩形波發(fā)生器又稱矩形波發(fā)生器又稱多諧振蕩器多諧振蕩器。它可以。它可以由分立元件構成，也可以由集成電路構成。由分立元件構成，也可以由集成電路構成。一、一、 門電路組成的多諧振蕩器：

18、門電路組成的多諧振蕩器：利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構成一個簡單個與非門首尾相接，就可以構成一個簡單的環(huán)形振蕩器的環(huán)形振蕩器: :1 11 11 1u uo3o3u uo2o2u uo1o11 11 11 13 32 21 1u uo3o3u uo2o2u uo1o1 設設 u uo o3 3 的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0 0: :0 01 10 01 10 01 1 用波形圖來表示用波形圖來表示, ,則為則為: :0 0t tu uo3o3優(yōu)點優(yōu)點: : 電路結構簡單電路結構簡單, ,所用元件少。所用元件少。缺點缺點: : 頻

19、率太高頻率太高, ,并且不可調(diào)整。并且不可調(diào)整。1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21 11 11 1u uo3o3u uo2o2u uo1o1 在原電路的基礎上添加在原電路的基礎上添加RCRC延時電路延時電路, ,便便可以克服上圖的不足可以克服上圖的不足: :0 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T假設：開始時假設：開始時u uo o=0=0u uA A按指數(shù)規(guī)律下降按指數(shù)規(guī)律下降u uA AU UT T時，時，u uo o不反轉。不反轉。1 11 11 1

20、R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o20 01 10 00 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T當當u uA A=U UT T時，時，u uo o反轉，反轉，u uo1o1、u uo2o2也一起反轉。也一起反轉。1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21010 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T 由于電容電壓不能由于電容電壓不能 突變突變, ,當當

21、u uo o1 1 發(fā)生下跳發(fā)生下跳時時, ,u uA A有一突變。有一突變。U U1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21100 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT TU Ut t1 1 后，后，u uo2o2u uo1o1，電容反向充電電容反向充電, ,u uA A上升。上升。只要只要u uA A2/3VCC1/3VCC0導通導通12/3VCC1/3VCC1截止截止11/3VCC保持保持保持保持/RVTHVTRVOTD0XX0導通導通12/3VCC1/3VCC

22、0導通導通12/3VCC1/3VCC1截止截止11/3VCC保持保持保持保持V Vi i2/3V2/3VCCCC輸出為輸出為0 01/3V1/3VCCCCVVi i2/3V2/3VCCCC保持保持VIVO2/3VCC1/3VCCVT+ VT 00tt上升轉換電平VT+ = 2/3VCC下降轉換電平VT = 1/3VCC回差電壓VT = VT+ - VT- = 1/3VCC 如果參考電壓由外加電壓如果參考電壓由外加電壓V VCOCO給出給出：V VT T+ = V+ = VCOCOV VT T = 1/2V= 1/2VCOCO改變改變V VCOCO就可以改變就可以改變V VT T VT = VT

23、+ - - VT- = 1/2VCOV Vi i1/3V1/3VCCCC輸出為輸出為1 18 462153VccIvOv交流接地&1_1C_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOVOVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3GVT+ =VCOVT- =1/2VCO回差電壓回差電壓:COTTTVVVV21三、三、 555555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上七六搭一，上R下下C 5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&QQVCOOVCCV3/2IV0tCV0

24、tOV0tCCV3/1 工作原理工作原理靜止期靜止期VI = VTR = 1假設電容C上的電壓已充至穩(wěn)態(tài)，即VC=VTH=1T TD D導通導通，VCTD地放電，VC0工作期工作期（外觸發(fā)脈沖到來）VTH=VC=0T TD D截止截止，VCCRC充電。V VC C充電三要素：充電三要素：VC(0+)=0VC()=VCC= RC由于C1、C2兩個比較器的存在VC不可能充至VCC。當：1/3VCC VC2/3VCC時，一小一小一大是保持一大是保持。VO仍保持高電平。當：VC2/3VCC時，VI早已跳為高電平。都大為都大為0,0,T TD D導通導通，電容放電，工作期結束。RCCCVv vI I下降

25、沿到達下降沿到達, ,v vOO輸出高電平，輸出高電平，T TD D截止，截止，V VCCCC經(jīng)經(jīng)R R向向C C充電，充電，當當v vC C=2/3V=2/3VCCCC時，觸發(fā)器翻轉，時，觸發(fā)器翻轉，v vOO輸出低電平，輸出低電平，T TD D導通，電導通，電容容C C經(jīng)經(jīng)T TD D迅速放電。迅速放電。v vI I下一個下降沿到達下一個下降沿到達, ,重復上述過程。重復上述過程。0 00 01 11 10 00 00 01 10 0電源接通瞬間：電源接通瞬間：0viv0vc0111電路維持原態(tài)電路維持原態(tài)輸出若為輸出若為0，則，則TD導通，電導通，電容上電壓保持為容上電壓保持為0輸出若為輸出若為1，則，則TD截止，電截止，電源開始對電容充電源開始對電容充電電源接通瞬間：電源接通瞬間：viv0vc1電路維持原態(tài)電路維持原態(tài)輸出若為輸出若為0，則，則TD導通，導通，電容上電壓