數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：第十章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、10-1第十章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形主要內(nèi)容：介紹用于脈沖信號(hào)產(chǎn)生、整形的幾種基本電路。1.施密特觸發(fā)器。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。3.多諧振蕩器。4. 555定時(shí)器。10-210.1 概述 1.脈沖幅度Vm2.脈沖寬度tW0.5Vm0.5Vm3.上升時(shí)間tr0.1Vm0.9Vm4.下降時(shí)間tf0.9Vm0.1Vm5.周期T周期性脈沖信號(hào)，兩脈沖間的時(shí)間間隔6.頻率f周期的倒數(shù)或每秒鐘重復(fù)的次數(shù)。 7.占空比q脈沖寬度與周期之比描述矩形脈沖的幾個(gè)參數(shù)理想波形：實(shí)際波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT10-3 10.5.1 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能 555定時(shí)器是一種將模擬電路和數(shù)

2、字電路集成于一體的多功能中規(guī)模集成電路。因?yàn)槠渚哂惺褂梅奖?帶負(fù)載能力較強(qiáng), 目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。由于其型號(hào)的最后三位是555而命名的。 555定時(shí)器能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器。在脈沖波形的產(chǎn)生 ，整形，波形變換，定時(shí)等方面應(yīng)用極廣。 10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用10-4555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 : 一個(gè)由三個(gè)相等電阻組成的分壓器; 兩個(gè)電壓比較器: C1、C2 ;一個(gè) RS 觸發(fā)器一個(gè)晶體管TD。10-5比較器：C1輸入信號(hào) vI1（6腳也稱閾值端，用 TH 標(biāo)識(shí)） C2輸入信號(hào) vI2（2腳也稱觸發(fā)端，用 TR 標(biāo)識(shí)）+C1+C2&1vC1vC

3、2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD分壓電路晶體管放電電路RS觸發(fā)器比較器比較器10-6電阻分壓器和外接控制電壓VCO 給兩個(gè)比較器C1、C2提供基準(zhǔn)電壓。若外加電壓VCO則：VR1=VCOVR2=1/2VCO則： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc若VCO懸空+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-7電源放電電控壓制地輸出置零電源電壓范圍:雙極型：516VCMOS：318V

4、閾值端觸發(fā)端12345678555VCCDTHCOGNDTRUo R+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-8+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD0101112VCC / 3小于2VCC / 3小于VCC / 3大于VCC / 3小于VCC / 3大于大于2VCC / 3閾值端6觸發(fā)端2RS比較結(jié)果則： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc假設(shè)VCO懸

5、空10-9+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDRSQ0110110101保持保持Q 00禁止禁止基本RS觸發(fā)器真值表基本RS觸發(fā)器置1端vC2，置0端vC1，低電平觸發(fā)，RD為直接清零端10-10+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDTD放電管： 工作狀態(tài)由vO決定，工作時(shí)需外接電阻和電源。晶體管TSQvo011011保持0110保持保持導(dǎo)通截止R0011截止

6、10-11輸 入 輸 出 RDvI1(6)vI2(2)vOTD00通12/3Vcc(1)1/3Vcc(1)0通11/3Vcc(1)不變不變12/3Vcc(0)2/3Vcc(1)1/3Vcc(0)1截止+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-1210.5.2 用555構(gòu)成施密特觸發(fā)器方法：將vI1和vI2連在一起做輸入端，構(gòu)成反相施密特觸發(fā)器。+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI+UCCuo

7、uTH0.01FCORTR10-13(1)vI從0上升的情況1/3VCCvI 2/3VCC時(shí)，vC1 =0，vC2 =1，vI1/3VCC時(shí)，Q=1，vO=1vC1=1，vC2 =0，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIvI從0上升，輸出 vO 從1跳變?yōu)?的臨界值VT+=2/3VCC10-14(2)vI從高于 2/3VCC下降的情況1/3VCCvI2/3Vcc時(shí)，vC1 =1，vC2 =1，Q=0不變， vO=0不變Q=1， vO =1vI2/3VCC時(shí)，Q=0，vO=0vC1=0

8、，vC2 =1，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIvI從高于2/3VCC下降，輸出 vO 從0跳變?yōu)?的臨界值VT-= 1/3VCC10-15電壓傳輸特性：vivoVOHVOLVT-VT+回差電壓：V = VT+ - VT-改變5腳的電壓值 Uco，可改變回差電壓1/2 Uco ，提高抗干擾能力10-16輸入為三角波時(shí)的工作過(guò)程+VCCuouTH0.01FCORTRuituotVCC2/3VCC1/3VCCuT+uT-1)ui1/3VCC時(shí)u62/3VCCu21/3VCCuo= 1

9、2)1/3VCC ui 2/3VCC時(shí)u6 1/3VCCuo= 1保持10-173)ui 2/3CC時(shí)u6 2/3VCCu2 1/3CCuo= 04)u6 1/3VCCuo= 0uotuitVCC2/3VCC1/3CCuT+uT-1/3CC ui VCC /3 VC2 = 1 ui = 1 時(shí)：原輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，C放電輸出保持在“0”原輸出為1時(shí)，T截止，C充電輸出翻轉(zhuǎn)為“0”工作原理+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCuo = 0 , 555內(nèi)的管T導(dǎo)通 , 電容 C 被短路, uC =0.3V 。

10、 VC1=1 0tui0tuC2VCC /30tuo穩(wěn)態(tài)為010-240tui0tuC2VCC /30tuo+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCuC =0.3V, 故 uo 由0 1 , 晶體管 T 截止 , C 充電 Uc指數(shù)上升 只要 uC尚未充至 2VCC /3 , uo 的狀態(tài)就不會(huì)變化 。ui 2VCC /3 VC1 = 0 , 且已 有 ui VCC /3 VC2 = 1 , uo 由1 0 晶體管T由截止導(dǎo)通 , C 迅速放電 uC =0.3V 0tui0tuC2VCC /30tuo+C1+

11、C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRC10-260tui0tuC2VCC /30tuoUi負(fù)脈沖每觸發(fā)一次 , uo 便輸出一個(gè)正脈沖,其寬度 為 tW 。48162357uoui+VCCRCuC0.01F結(jié)論：twtw =1.1RC與輸入脈沖寬度和電源電壓無(wú)關(guān)！55510-270tui0tuC2VCC /30tuotwtw =1.1RC10-28該電路要求輸入觸發(fā)脈沖寬度要小于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。若vI 脈沖寬度tW，則vI1=VTH 時(shí)，vC1=vC2=0，工作不正常。 措施：在輸入端加微分網(wǎng)絡(luò)Rd、Cd（足夠小），將

12、寬脈沖變?yōu)檎}沖。tvIvOvCttwvdRdCdvIvdvItt+UCC48562713.uCCuOR0.01F10-29該電路為不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，除此之外還有可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。在暫穩(wěn)態(tài)尚未結(jié)束時(shí)，又來(lái)一個(gè)觸發(fā)脈沖，此脈沖不會(huì)引發(fā)新的暫穩(wěn)態(tài)。Retriggers tw如果在暫穩(wěn)態(tài)尚未結(jié)束時(shí)，又來(lái)一個(gè)觸發(fā)脈沖，可再引發(fā)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。10-30(1)上升沿觸發(fā)(2)下降沿觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：74121 TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)A1A2=0時(shí)，B上升沿觸發(fā)當(dāng)B=1，A1(或A2)=1時(shí)，A2(或A1)下降沿觸發(fā)Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGND167534

13、101191474121BtA1ttA2vOttWtWtW(3)暫穩(wěn)時(shí)間可調(diào)1011914Rint內(nèi)部有固定電阻，可外接電容和電阻。通過(guò)調(diào)節(jié)外部電阻或電容可調(diào)暫穩(wěn)時(shí)間(4) 不可重復(fù)觸發(fā)型10-31Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCCext16710119145341Rextb. 外接電容Cext，外接電阻Rexta.外接電容Cext，內(nèi)部電阻RintCext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCC167101191453411011914RintCextRext1011914RintCext兩種使用方法10-3274122、74123可重復(fù)觸發(fā)

14、型74121、74221不可重復(fù)觸發(fā)型74221 、74122、74123還設(shè)有直接清零端10-33功能：在觸發(fā)脈沖作用下，觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)0翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)1，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)0。特點(diǎn)：暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短可調(diào)輸出一種穩(wěn)定狀態(tài)0輸入負(fù)脈沖觸發(fā)10.5.3 用555構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器10-34單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用（1）定時(shí)單穩(wěn)&uouFuiuFOttttuiuouFuFOtw調(diào)整 tw =1S，對(duì)uFO的脈沖計(jì)數(shù)可構(gòu)成頻率計(jì)10-35按一下按鈕 S未按uo0J的線圈不通電J 的觸點(diǎn)不動(dòng)作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅白燈亮的時(shí)間即為曝光時(shí)間 TWTW = 1.1 R C洗相曝光定時(shí)器若S打開(kāi) , 則 u

15、i = 1 ;若S合上 , 則 ui = 0 。48162357uoui+VCCRCDTHTRSJJ紅白D1D255510-36觸摸定時(shí)控制開(kāi)關(guān)48162357uoP+6VRCuC0.01F555RL人手觸摸P，觸發(fā)，uo高電平，燈亮tw秒。tw= 1.1RC10-37（2）整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uiuottuiuotwtwtwtwu6=uC 1VCC /3時(shí)，SD=1uO=1 保持ui 1VCC /3時(shí)，SD=0uO=1 在uO=1時(shí)，輸入信號(hào)的波動(dòng)，對(duì)輸出的信號(hào)無(wú)影響。10-3810.5.4 用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1

16、G2G3G434172658RDR2CR1vC方法：先將555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器，再將輸入端接入RC網(wǎng)絡(luò)。48162357555R1R2CuCuoVCC10-3948162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3輸出波形電路注：該電路中沒(méi)有輸入信號(hào)，接通信號(hào)就有矩形波輸出10-40多諧振蕩器功能：能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器。特點(diǎn)：無(wú)穩(wěn)態(tài)。輸出兩暫穩(wěn)態(tài)交替變化。輸出矩形波的頻率和占空比可調(diào)。10-41 設(shè)電容C 原先未充電uC0tVCC /32VCC /30tuo 在 uC 沒(méi)有充電到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不變。工作原理u2 = u6

17、2VCC /3uo 由 1 0T導(dǎo)通C放電uC VCC /3uo 由 0 110-43放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2輸出方波的周期 T的計(jì)算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357555R1R2CuCuoVCC充= （R1+R2）C 10-44放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2充= （R1+R2）C T1 = ln2 ( R1 + R2 ) C=0.7 ( R1 + R2 ) CT2 = ln2R2C=0.7 R2CT = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 10-45

18、如何改變方波的占空比？改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)！48162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3占空比：D=T1T1 + T2T1T210-4610-47多諧振蕩器的應(yīng)用（1）門(mén)鈴48162357555R1R2CuCuo0.01FESB100F10k100k0.01FSB按下，電源接通，振蕩，喇叭發(fā)出聲音SB不按，電源斷開(kāi)，振蕩器不工作，喇叭不響T =0.7（10103+2 100 103 ） 0.01 10-6 （S）10-48簡(jiǎn)易電子琴就是通過(guò)改變R2 的阻值來(lái)改變輸出方波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào) 。（2）簡(jiǎn)易電子琴電路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S110-49細(xì)銅絲至于盜賊必經(jīng)之路（3）防盜報(bào)警電路84162357555R1R2CuC0.01