數(shù)電第六章脈沖產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換

1、數(shù)電第六章脈沖產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換數(shù)電第六章脈沖產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點是：（1）電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。（2）在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間與觸發(fā)脈沖無關，僅決定于電路本身的參數(shù)。 一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器a)電路圖 b)時序波形圖 工作原理 主要參數(shù) 1. 輸出脈沖寬度 設VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW 0.7RC R、C的單位分別為M和F，tw的單位為秒。 2. 恢復實間tre tre =(35)RC 3. 最高重復觸發(fā)頻率fmax fmax =

2、1/（tw+tre）二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有價廉、性能穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點，在數(shù)字電路中的應用日益廣泛，下面以74HC221為例介紹。 74HC221為集成雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其中每個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單元均具有兩個觸發(fā)輸入端TR+和TR-(TR+為正邊沿觸發(fā)端，TR-為負邊沿觸發(fā)端)，和一個清零端R(低電平有效)，兩個互補的輸出端Q和Q。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形） 、（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）、以及（把輸入信號延遲一定時間后輸出）等。 (一) 脈沖的整形 無論輸入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖波形如何，只要符合觸發(fā)電壓，能使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)

3、，就能在輸出端得到一定寬度、一定幅度、前后沿較陡的規(guī)則矩形脈沖。 單穩(wěn)態(tài)電路的整形作用（高電平觸發(fā)） (二) 脈沖的定時 利用寬度為tW的矩形脈沖作為與門的控制信號，只有在tW 時間內(nèi)，與門才打開，其它輸入信號才能通過。單穩(wěn)態(tài)電路的定時作用（低電平觸發(fā)） a)原理圖 b)波形圖(三) 脈沖的延時 微分型單穩(wěn)態(tài)電路輸出u02的下降沿相對于輸入觸發(fā)脈沖uI的下降沿滯后了tW時間，稱這個時間為延遲時間。74HC221組成的脈沖延時電路a)電路圖 b)時序圖 多諧振蕩器沒有穩(wěn)定的狀態(tài)，又稱無穩(wěn)態(tài)電路，它不需外加觸發(fā)信號便能產(chǎn)生一系列矩形脈沖，在數(shù)字系統(tǒng)中常用作矩形脈沖源，作為時序電路的時鐘信號。所謂的

4、多諧，是指電路所產(chǎn)生的矩形脈沖中含有許多高次諧波的意思。一、CMOS型多諧振蕩器 G1、G2 為兩個反相器，R、C是定時元件。多諧振蕩器a）原理圖 b）實際電路圖多諧振蕩器波形圖 輸出脈沖參數(shù)的計算 1. 振蕩周期T 若G1門的閾值電平VTH=VDD/2， 則振蕩周期可按下式估算 T2.2RC 2. 振蕩脈沖幅度Vm VmVDD 二、可控型多諧振蕩器可控型多諧振蕩器a）與非門構成 b）或非門構成Uk=0停振Uk=1停振10三、占空比和頻率可調(diào)的多諧振蕩器 占空比q 是指矩形波高電平持續(xù)時間與其周期之比占空比和頻率可調(diào)的多諧振蕩器a)電路圖 b)波形圖10 10 施密特觸發(fā)器可以把變化十分緩慢的

5、不規(guī)則脈沖波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路所需的矩形脈沖。 施密特觸發(fā)器具有以下特點：它屬于電平觸發(fā)方式，即不僅狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)需外加的觸發(fā)信號，而且，狀態(tài)的維持也需外加觸發(fā)信號。另外，施密特觸發(fā)器對于變化方向不同的輸入信號，具有不同的閾值電壓。一、用門電路構成施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器a）邏輯圖 b）邏輯符號 c）波形圖 d）傳輸特性uo二、集成施密特觸發(fā)器 集成施密特觸發(fā)器性能一致性比較好，觸發(fā)閾值電壓穩(wěn)定。 CD40106內(nèi)含六個獨立的施密特觸發(fā)器單元，每個單元有一個觸發(fā)輸入端和一個輸出端，且輸出和輸入為反相邏輯關系，其引腳排列與CD4069相同。 對CMOS電路來說，施密特觸發(fā)器的回差電壓與電源電壓VDD

6、有關，VDD越高，回差電壓越大，且回差越大，其抗干擾能力就越強。但當回差電壓較大時要求uI的變化幅度也要大。 三、基本應用電路 施密特觸發(fā)器的應途十分廣泛。 (一) 波形的變換和整形波形的變換a)電路圖 b)波形圖波形的整形a)施密特整形 b)反相器整形(二) 多諧振蕩器利用施密特觸發(fā)器也可以構成多諧振蕩器。 當VDD為+5V時，振蕩頻率計算公式可用下式估算： f =1/(0.8RC) 若R、C單位分別取K和F，則f 的單位為KHz。多諧振蕩器a）多諧振蕩器 b）可控多諧振蕩器 c）占空比和頻率可調(diào)的多諧振蕩器(三) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 利用施密特觸發(fā)器的回差特性可以很方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。上升沿

7、觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器a）電路圖 b）時序圖 下降沿觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器a)電路圖 b)時序圖(四) 脈沖幅度鑒別 脈沖的幅度鑒別 tuAtttuBCuuuuuT+T-T+T-uDuEuD與反 相ut 555定時器又稱時基電路，是一種用途很廣泛的單片集成電路。若在其外部配上少許阻容元件，便能構成各種不同用途的脈沖電路，如振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及施密特觸發(fā)器等。同時，由于它的性能優(yōu)良，使用靈活方便，在工業(yè)自動控制、家用電器和電子玩具等許多領域得到廣泛的應用。 555定時器的產(chǎn)品有雙極型和CMOS型： 雙極型型號為555(單)和556(雙)； CMOS型產(chǎn)品型號是7555(單)和7556(雙)。 雙極型

8、定時器的電源電壓在4.516V之間，輸出電流較大(200mA)，能直接驅(qū)動繼電器等負載，并能提供與TTL、CMOS電路相容的邏輯電平； CMOS型則功耗低、適用電源電壓范圍寬(通常在3V18V)、定時元件的選擇范圍大、輸出電流比雙極型小。 一、電路結構 集成555定時器a)電路原理圖 b)引腳排列圖電平觸發(fā)端電平觸發(fā)端電壓控制端復位端電平有效放電端4.516V電壓輸出端102VCC/3VCC/3二、工作原理 2/3VCC1/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC012/3VCC111/3VCC01同高出低同高出低同低出高同低出高不同保持不同保持復位復位0105三、典型應用(一）555構成

9、施密特觸發(fā)器當uI2/3VCC時，uO輸出低電平；當1/3VCCuI2/3VCC時，u0=0，放電管V飽和導通。 隨后,C 經(jīng)腳迅速放電，使uC迅速減小到0V， u0=0狀態(tài)，這就是它的穩(wěn)定狀態(tài)。 THTRD1THTRD1當接通電源后，VCC經(jīng)R 給C 充電，uC不斷升高。當uC2/3VCC時，u0=0，放電管V飽和導通。 隨后,C 經(jīng)腳迅速放電，使uC迅速減小到0V， u0=0狀態(tài)，這就是它的穩(wěn)定狀態(tài)。 當腳輸入一幅值低于1/3VCC的窄負脈沖觸發(fā)信號時，u0 =1、放電管V截止，電路由穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)。 隨后，C開始充電，當uC上升到略大于2/3VCC時, u0=0，V飽和導通，C經(jīng)腳迅速放

10、電，電路從暫穩(wěn)態(tài)又返回穩(wěn)態(tài)。THTRD1 0脈沖寬度：tW1.1RC充電充電)()(RCtWeVtuCCWC1CCV32321RCtWe31RCtWe31LnLneRCtW31LnRCtWRCRCLntW113.VCC)()(RCteVtuC1暫穩(wěn)時間：暫穩(wěn)時間：tW1.1RC(三) 構成多諧振蕩器 多諧振蕩器a)電路圖 b)波形圖 電源接通后，VCC經(jīng)R1 、R2 給電容器C充電，使uC逐漸升高，在uC1/3VCC時，u0輸出高電平。當uC上升到超過1/3VCC時，輸出u0仍為高電平。充電充電( (第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài) ) )當uC繼續(xù)上升略超過2/3VCC時，輸出u0=0。放電管V飽和導通

11、。隨后，C經(jīng)R2及腳內(nèi)導通的放電管V到地放電，uC迅速下降。當uC下降到略低于1/3VCC時，輸出u0=1。放電管V截止，電容器又再次充電，其電位再次上升，如此循環(huán)下去，輸出端u0就連續(xù)輸出矩形脈沖。充電充電+1( (第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài) ) ) 輸出脈沖參數(shù)的計算 tP1 0.7(R1+R2)C tP2 0.7R2C 振蕩周期:T =tP1+tP2 0.7(R1+2R2)C 振蕩頻率:f =1/T =1/0.7(R1+2R2)C 占空比q = tP1/（tP1+tP2）=R1+R2/（R1+2R2）充電充電+放電放電占空比可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器 充電回路 VCCR1VD1C地放電回路 C VD2R2腳V地忽略二極管正向?qū)娮韫浪? tP10.7R1C tP20.7R2C振蕩周期 T =tP1+tP20.7(R1+R2)C占空比 q =