數(shù)字電子技術基礎全套-10PPT優(yōu)秀課件

1、第第 十十 章章 脈 沖 波 形 的 -產(chǎn)生和整形 教學內(nèi)容 10.1 概述 10.2 施密特觸發(fā)器 10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 10.4 多諧振蕩器 10.5 555定時器及其應用 教學要求教學要求 一一. .重點掌握的內(nèi)容：重點掌握的內(nèi)容： (1)555定時器及其應用定時器及其應用. (2)石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器. 二二. .一般掌握的內(nèi)容：一般掌握的內(nèi)容： (1)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工 作特點和典型應用。作特點和典型應用。 (2)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電 壓

2、之間的關系；多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。壓之間的關系；多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。 10.1 概述概述 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）電路脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 脈沖周期脈沖周期T 脈沖幅度脈沖幅度 Vm 脈沖寬度脈沖寬度 W t 上升時間上升時間tr 下降時間下降時間 tf 占空比：占空

3、比： Ttq W / 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。 10.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 10.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器 設設G1、G2閾值電閾值電 壓壓VTHVDD/2， R1R2（否則電（否則電 路進入自鎖狀態(tài)路進入自鎖狀態(tài), 不能正常工作）不能正常工作） 01 0 0 I v OOAI vvvv 1 TTHA V RR R Vv 21 2 THTHT V R R V R RR V)1 ( 2 1 2 21 1 I v OOAI v

4、vvv 1 THT V R R V)1 ( 2 1 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 T V VT T 滯回電壓傳輸特性滯回電壓傳輸特性，即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 10.2.3 施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用 1.用于波形變換：用于波形變換： 2. 用用 于于 脈脈 沖沖 整整 形：形： 3. 用用 于于 脈

5、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VT+的脈沖選出。的脈沖選出。 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)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，也可以由施密特觸發(fā)器可以由分立元件構成，也可以由 門電路及門電路及555555定時器構成。定時器構成。 施密特

6、觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應用施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應用 很廣。很廣。 10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 工作特點：工作特點： 1 1、電路中有、電路中有一個穩(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)兩個工作狀態(tài)；兩個工作狀態(tài)； 2 2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻 轉轉 至暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動翻轉至暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動翻轉 至穩(wěn)態(tài)；至穩(wěn)態(tài)； 3 3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的 參參 數(shù)與觸發(fā)脈沖無關。數(shù)與觸發(fā)脈沖無關。 10.3.1 用門電路組成的單

7、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因為電路具有一個穩(wěn)定狀態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因為電路具有一個穩(wěn)定狀態(tài) 而得名。它由兩個門電路、一個而得名。它由兩個門電路、一個RC電路組成。電路組成。 它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過電路的充、放電過 程來維持的，根據(jù)程來維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為電路的不同接法，分為 微分型和積分型。微分型和積分型。 0 1 0 1 0 1 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 沒有觸發(fā)器電平時，沒有觸發(fā)器電平時， vI為低電平，為低電平，vO為低電為低電 平，平，vO1為高電平。為高電平。 穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài) 當當vI正跳變時，正跳變時，vO1由高到

8、由高到 低，低，vI2為低電平。于是為低電平。于是vO為為 高電平。即使高電平。即使vI 觸發(fā)器信號觸發(fā)器信號 撤除，由于撤除，由于vO的作用，的作用，vO1仍仍 可為低電平。可為低電平。 1 1 0 1 0 暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻 R和門和門G1對電容對電容C充電，充電，vI2升升 高，當高，當vI2=VTH時，時，vO下降，下降， vO1上升，但使上升，但使vI2再次升高，再次升高， 最終最終vO1=1，vO=0。 00 1 0 1 脈沖寬度要窄脈沖寬度要窄 tW=0.69RC 當當vI的脈沖寬度很寬時，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度很寬時，在單穩(wěn)

9、態(tài)觸發(fā)器 的輸入端加一個的輸入端加一個RC微分電路，否則，在電路由微分電路，否則，在電路由 暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，由于門暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，由于門G1被被vI封住了，封住了， 會使會使vo的下降沿變緩。的下降沿變緩。 10.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 功能表見表功能表見表10.3.1 tW=0.69RextCext 圖圖10.3.10 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)） 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

10、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)?？芍貜陀|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tW寬度。寬度。 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 10.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應

11、用 1、定時、定時 只有在脈沖寬度只有在脈沖寬度 tpo內(nèi)內(nèi) 的信號才能通過。的信號才能通過。 2、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、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

12、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)。 在在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中單穩(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)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RC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。 10.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用

13、于產(chǎn)生各種，主要用于產(chǎn)生各種 方波或時間脈沖信號方波或時間脈沖信號。它是一種自激振蕩器，在接。它是一種自激振蕩器，在接 通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn) 生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次 諧波分量，所以習慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧諧波分量，所以習慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧 振蕩器。振蕩器。 性能特點：性能特點： 沒有穩(wěn)態(tài)，有沒有穩(wěn)態(tài)，有兩個暫穩(wěn)態(tài) 兩個暫穩(wěn)態(tài)。 工作工作不需要外加信號源不需要外加信號源，只需要電源。，只需要電源。 10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器 T

14、1.3RFC 10.4.2 非對稱式多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器 T2.2RFC 10.4.3 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、 等于等于3的的奇數(shù)個奇數(shù)個反相器首尾相連接成環(huán)形電路，反相器首尾相連接成環(huán)形電路， 都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡單，但不實用。都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡單，但不實用。 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0T=2ntpd 10.4.4 施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器 10.4.5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 在許多應用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻在許多應用場合下都對多

15、諧振蕩器的振蕩頻 率穩(wěn)定性有嚴格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定率穩(wěn)定性有嚴格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定 性不是很高。在對性不是很高。在對頻率穩(wěn)定性有較高要求頻率穩(wěn)定性有較高要求時，應時，應 采用石英晶體多諧振蕩器。采用石英晶體多諧振蕩器。 電路的振蕩頻電路的振蕩頻 率取決于石英率取決于石英 晶體的固有振晶體的固有振 蕩頻率。蕩頻率。 本節(jié)小結本節(jié)小結 多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩兩 個暫穩(wěn)態(tài)個暫穩(wěn)態(tài)。 工作工作不需要外加信號源不需要外加信號源，只，只 需要電源。需要電源。 要想得到要想得到頻率穩(wěn)定性高頻率穩(wěn)定性高的多諧振蕩器的多諧振蕩器 時，應采用時，應采用石英晶

16、體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器。 10.5 555定時器及其應用定時器及其應用 555 555定時器定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混是一種多用途的數(shù)字模擬混 合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣， 只要外圍電路稍作配置，即可構成只要外圍電路稍作配置，即可構成單穩(wěn)態(tài)觸單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器發(fā)器、多諧振蕩器多諧振蕩器或或施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器，因而可，因而可 應用于定時、檢測、控制、報警等方面。應用于定時、檢測、控制、報警等方面。 集成集成555555定時器定時器因為其內(nèi)部有因為其內(nèi)部有3 3個精密的個精密的5K5K電電 阻而得名。后來國內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生

17、阻而得名。后來國內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生 產(chǎn)出雙極型和產(chǎn)出雙極型和CMOSCMOS型型555555集成電路。雖然集成電路。雖然CMOSCMOS 型型3 3個分壓電阻不再是個分壓電阻不再是5K,5K,但仍然延用但仍然延用555555名稱。名稱。 目前一些廠家在同一基片上集成目前一些廠家在同一基片上集成2 2個個555555單元，單元， 型號后加型號后加556556，同一基片上集成，同一基片上集成4 4個個555555單元，型號單元，型號 后加后加558558。 集成集成555555定時器具體元件簡介定時器具體元件簡介 555555定時器的封裝一般有兩種：定時器的封裝一般有兩種： 八腳圓形封裝八

18、腳圓形封裝 八腳雙列直插式封裝。八腳雙列直插式封裝。 10.5.1 555定時器的電路結構與功能定時器的電路結構與功能 放電三極管放電三極管 精密電阻精密電阻 比較器比較器 SR鎖存器鎖存器 控制電壓控制電壓 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入 復位端復位端 輸出輸出 放電端放電端 閾值輸入閾值輸入 電源電源516V 注意：工作中不使用注意：工作中不使用VCO時，一般時，一般 都通過一個都通過一個0.01F的電容接地的電容接地(交流交流 接地），以旁路高頻干擾。接地），以旁路高頻干擾。 當當VCO懸空時，懸空時，VR1=2/3Vcc, VR2=1/3Vcc 比較器比較器C1輸出輸出vC1=0,比較器比較器 C2

19、輸出輸出vC2=1，SR鎖存器置鎖存器置 0， ，TD導通，同時導通，同時vO為低電 為低電 平。平。 0 1 0 1 0 比較器比較器C1輸出輸出vC1=1,比較器比較器 C2輸出輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器鎖存發(fā)器 狀態(tài)保持不變，狀態(tài)保持不變，TD和和vO均均 保持不變。保持不變。 1 1 比較器比較器C1輸出輸出vC1=1,比較器比較器 C2輸出輸出vC2=0，SR鎖存器置鎖存器置 1， ，TD截止，同時截止，同時vO為高電 為高電 平。平。 1 0 1 0 1 比較器比較器C1輸出輸出vC1=0,比較器比較器 C2輸出輸出vC2=0，SR鎖存器違鎖存器違 反約束條件，輸出為反約束條件，

20、輸出為1，TD 截止。截止。 0 0 1 0 1 由電路框圖和功能表可以得出如下結論：由電路框圖和功能表可以得出如下結論： 1555定時器有兩個閾值電壓，分別是定時器有兩個閾值電壓，分別是 和和 。 2輸出端輸出端3腳和放電端腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平腳的狀態(tài)一致，輸出低電平 對應放電管飽和，在對應放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時，腳外接有上拉電阻時，7腳腳 為低電平。輸出高電平對應放電管截止，在有上為低電平。輸出高電平對應放電管截止，在有上 拉電阻時，拉電阻時，7腳為高電平。腳為高電平。 3.輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 CC

21、V 3 2 CC V 3 1 CC V 3 1 10.5.2 555定時器接成施密特觸發(fā)器定時器接成施密特觸發(fā)器 二六搭一二六搭一 8 4 6 2 15 3 Vcc I v O v 交流 接地 VT- VT+ 回差電壓回差電壓: CCTTT VVVV 3 1 VT+ =VCOVT- =1/2VCO 回差電壓回差電壓: COTTT VVVV 2 1 10.5.3 555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 vI下降沿到達 下降沿到達,vO輸出高電平，輸出高電平，TD截止，截止，VCC經(jīng) 經(jīng)R向向C充電，充電， 當當vC=2/3VCC時，觸發(fā)器翻轉，時，觸

22、發(fā)器翻轉，vO輸出低電平，輸出低電平，TD導通，電導通，電 容容C經(jīng)經(jīng)TD迅速放電。迅速放電。vI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。 00 1 10 0 0 10 w特性特性： n這個這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是是負脈沖負脈沖觸發(fā)的。觸發(fā)的。 n穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低低電平。電平。 n暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)時，這個觸發(fā)器輸出時，這個觸發(fā)器輸出高高電平。電平。 n該電路輸出脈沖寬度為該電路輸出脈沖寬度為tw w1.11.1RC 。 10.5.4 555定時器接成多諧振蕩器定時器接成多諧振蕩器 2ln)(ln)( 21211 CRR VV V

23、V CRRT TCC TCC 充電時間：充電時間： 2ln 0 0 ln 222 CR V V CRT T T 放電時間：放電時間： 振蕩周期：振蕩周期：T=0.69(R1+2R2)C 輸出脈沖占空比輸出脈沖占空比: 21 21 2RR RR q 例例10.5.1 占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器 輸出脈沖占空比輸出脈沖占空比: BA BA RR RR q 2 輸出脈沖占空比輸出脈沖占空比: BA A RR R q P505 題題10.26 兩個兩個555定時器均接成了多諧振蕩器。定時器均接成了多諧振蕩器。 I輸出接輸出接IIVCO,控制其閾值電壓控制其閾值電壓VT+和和VT-。I的輸?shù)妮?出高低電平的持續(xù)時間決定了電路高低音持續(xù)時間，出高低電平的持續(xù)時間決定了電路高低音持續(xù)時間， II的頻率決定了高低音頻率。的頻率決定了高低音頻率。 （1） ）vO1的高電平持續(xù)時間為：的高電平持續(xù)時間為： sCRRtH1 . 169. 0101010)15010(2ln)( 63 121 此時，此時，vO1為為11V. VCC=12V,由疊加定由疊加定 理可求得右邊理可求得右邊555定時器定時器5腳電壓腳電壓 VCO=8.8V.因此，因此，VT+=8.8