數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生與整形電路學(xué)習(xí)教案

1、數(shù)字電子數(shù)字電子(dinz)技術(shù)技術(shù) 脈沖產(chǎn)生與整形電路脈沖產(chǎn)生與整形電路第一頁(yè)，共28頁(yè)。3. 獲得脈沖獲得脈沖(michng)的方的方法：法：1） 自激振蕩電路直接自激振蕩電路直接(zhji)產(chǎn)生矩形產(chǎn)生矩形脈沖。脈沖。由多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)由多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn) 555 定時(shí)器是構(gòu)成定時(shí)器是構(gòu)成(guchng)多諧振蕩器、施密特觸多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用的器件。發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用的器件。2） 將已有波形將已有波形（正弦波、鋸齒波正弦波、鋸齒波等等）整形為矩形脈整形為矩形脈沖。沖。 由由施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)

2、現(xiàn)第1頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共28頁(yè)。二、二、555 定時(shí)器定時(shí)器1. 電路電路(dinl)組成組成CC32VCC31V輸出輸出(shch)緩沖緩沖+VCCuOTD5 k 5 k 5 k RQ&1uD控制電壓輸入端控制電壓輸入端CO高觸發(fā)端高觸發(fā)端TH電源端電源端直接置直接置0端端輸出端輸出端放電端放電端DIS低觸發(fā)端低觸發(fā)端TR接地端接地端GND第2頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共28頁(yè)。2. 基本功能基本功能+VCCuOTD5 k 5 k 5 k RQ&1uD 0UOL飽和飽和(boh)導(dǎo)通導(dǎo)通2VCC/3 111UOLVCC/3 飽和飽和(boh)導(dǎo)通導(dǎo)通VCC/3 不變不變不變不變2VCC/3 1

3、/3 VCC) )。 當(dāng)當(dāng) uC 2/3 VCC 時(shí)，滿足時(shí)，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因此因此 uO 為低電平，為低電平，V 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 C 經(jīng)放電管經(jīng)放電管 V 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uC 0 V。這時(shí)這時(shí)TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持低電平不變。因此，保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí) uC 0 V，uO 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導(dǎo)通導(dǎo)通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH第13頁(yè)/共28頁(yè)

4、第十四頁(yè)，共28頁(yè)。 2. 觸發(fā)觸發(fā)(chf)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 二、工作原理二、工作原理(yunl)(yunl)、工作波形與參數(shù)估、工作波形與參數(shù)估算算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當(dāng)輸入當(dāng)輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 VCC ) )時(shí)，使時(shí)，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 躍變?yōu)楦唠娖剑M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)躍變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時(shí)放電管，這時(shí)放電管 V截止，截止，VCC 又經(jīng)又經(jīng) R 向向 C 充電，充電，uC 上升上升。UILUOH充

5、電充電第14頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共28頁(yè)。 3. 自動(dòng)返回自動(dòng)返回(fnhu)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) ( (二二) )工作工作(gngzu)(gngzu)原理、工作原理、工作(gngzu)(gngzu)波形與參數(shù)估算波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發(fā)觸發(fā)(chf)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當(dāng)輸入當(dāng)輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 VCC) )時(shí)，使時(shí)，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此

6、uO 重新躍變?yōu)榈碗娖?。重新躍變?yōu)榈碗娖健Ｍ瑫r(shí)，放電管導(dǎo)通，同時(shí)，放電管導(dǎo)通，C 經(jīng)經(jīng) V 迅速放電迅速放電 uC 0 V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。 該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 tWO 。第15頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共28頁(yè)。 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出(shch)(shch)定時(shí)時(shí)間為定時(shí)時(shí)間為1 s 1 s 的正脈沖，的正脈沖，R = 27 kR = 27 k，試確定定時(shí)元件，試確定定時(shí)元件 C C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作工作(

7、gngzu)(gngzu)原理、工作原理、工作(gngzu)(gngzu)波形波形與參數(shù)估算與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間(shjin)，主要取決于充放電元件，主要取決于充放電元件 R、C。解：解：因?yàn)橐驗(yàn)?tWO 1.1 RC故故可取標(biāo)稱值可取標(biāo)稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC)()()0()(lnWWtuuuutCCCC 第16頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共28頁(yè)。一、延時(shí)與定時(shí)一、延時(shí)與定時(shí)(

8、dn sh)1. 延時(shí)延時(shí)1uIu O&uOuFuIu OtW2. 定時(shí)定時(shí)(dn sh)選通選通uFuO二、整形二、整形uIuO第17頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共28頁(yè)。走廊走廊(zulng)定時(shí)燈定時(shí)燈第18頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共28頁(yè)。Astable Multivibrator6.3.1 555 定時(shí)器構(gòu)成定時(shí)器構(gòu)成(guchng)的多的多諧振蕩器諧振蕩器+VCCuOQ&1TDR1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL一、電路組成和工作一、電路組成和工作(gngzu)原理原理 62784153555R1C1+R2C2+VCC第19頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共28頁(yè)。二、振蕩

9、頻率二、振蕩頻率(pnl)的估算和占空比可調(diào)電路的估算和占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCC(1) C 充電充電(chng din)時(shí)間時(shí)間 tw1uC（0）= VCC / 3,uC（ ） = VCC)()()0()(lnWWtuuuutCCCC CRRt）（21W17 . 0 充電充電(chng din)時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 1= （R1+R2）C(2) C 放電時(shí)間放電時(shí)間 tw2CRt2W27 . 0 放電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù) 2 = R2C1. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算3/2)(CCWCVtu2ln11W tuC（0）= 2VCC / 3,uC（ ） = 03/

10、)(CCWCVtu2ln22W t第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。(3) 振蕩振蕩(zhndng)頻率頻率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1= 0.7 ( (R1+R2) Ctw2 = 0.7R2CT = 0.7（R1+2R2）C振蕩周期：振蕩周期：振蕩振蕩(zhndng)頻頻率：率：CRRCRRTf）（）（2121243. 127 . 011 占空比：占空比：CRRCRRTtq）（）（2121W127 . 07 . 0 002121502 RRRR第21頁(yè)/共28頁(yè)第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。2. 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路(dinl)6278415

11、3555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1= 0.7R1Ctw2 = 0.7R2CCRRCRTtq）211W17 . 07 . 0(7 . 0 211RRR CRRCRRTf）（）（212143. 17 . 011頻率頻率(pnl)固定固定第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。模擬模擬(mn)聲響電路聲響電路uO2uo1uo26.1.3 多諧振蕩器應(yīng)用多諧振蕩器應(yīng)用(yngyng)舉例舉例10 F26784153NE555ICICR1C1B21+26784153NE55510k 100k 10k 150k 10k 8 R2R3R4R5C2C3C5+5V0.01 F0.01 F100

12、FuO1C40.01 F+第23頁(yè)/共28頁(yè)第二十四頁(yè)，共28頁(yè)。一、一、555 定時(shí)器定時(shí)器 是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成各種脈沖可構(gòu)成各種脈沖(michng)產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。12348765GNDTROUTDRCOTHCCVDIS雙極型雙極型 (TTL)電源電源(dinyun): 4.5 16 V單極單極(dn j)型型 (CMOS)電源電源: 3 18 V帶負(fù)載能力強(qiáng)帶負(fù)載能力強(qiáng)第24頁(yè)/共28頁(yè)第二十五頁(yè)，共28頁(yè)

13、。二、施密特觸發(fā)器二、施密特觸發(fā)器 是一種脈沖整形電路，雖然是一種脈沖整形電路，雖然(surn)不能自動(dòng)產(chǎn)生矩形不能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖，卻可將輸入的周期性信號(hào)整形成所要求的同周期脈沖，卻可將輸入的周期性信號(hào)整形成所要求的同周期的矩形脈沖輸出，還可用來(lái)進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)的矩形脈沖輸出，還可用來(lái)進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。器和多諧振蕩器等。62784153555+VCCuO2uIUCOuO1+VDDR 施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平，因此具有回差特性施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平，因此具有回差特性(txng)。它的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)是靠?jī)蓚€(gè)不

14、同的電平來(lái)維持的，輸出脈沖的寬度由輸入信號(hào)的波形決定。此外，調(diào)節(jié)回差電壓的大小，也可改變輸出脈沖的寬度。它的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)是靠?jī)蓚€(gè)不同的電平來(lái)維持的，輸出脈沖的寬度由輸入信號(hào)的波形決定。此外，調(diào)節(jié)回差電壓的大小，也可改變輸出脈沖的寬度。外接電壓外接電壓(diny)調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可由可由 555 定時(shí)器構(gòu)成，也可用專門的集成電路實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器構(gòu)成，也可用專門的集成電路實(shí)現(xiàn)。第25頁(yè)/共28頁(yè)第二十六頁(yè)，共28頁(yè)。三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 也屬于脈沖整形也屬于脈沖整形(zhng xng)電路，可將輸入的觸發(fā)脈電路，可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈

15、沖，還常用于脈沖沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，還常用于脈沖的定時(shí)、整形的定時(shí)、整形(zhng xng)、展寬（延時(shí)）等。、展寬（延時(shí)）等。62784153555RC+ +C1+VCCuO0.01 FuI 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)(zhungti)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定時(shí)元件的數(shù)值，與輸入信定時(shí)元件的數(shù)值，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。輸入信號(hào)只起到觸發(fā)號(hào)無(wú)關(guān)。輸入信號(hào)只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。 改變改變 R、C 定時(shí)元件定時(shí)元件(yunjin)的數(shù)的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。RCRCt1 . 13lnW 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由可由 555 定時(shí)器構(gòu)成，也可用集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器構(gòu)成，也可用集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。第26頁(yè)/共28頁(yè)第二十七頁(yè)，共28頁(yè)。62784153555R1C+ +R2C1+VCCuO四、多諧振蕩器四、多諧振蕩器 是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入(shr)信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。