電子技術(數字部分)任希主編第7章脈沖波形的變換和產生

電子技術（數字部分）第7章脈沖波形的變換和產生7.1概述7.2集成555電路7.3施密特觸發(fā)器7.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.5多諧振蕩器27.1概述數字電路中主要使用的數字信號主要是矩形脈沖信號，獲取矩形脈沖波形的途徑主要有兩種：一種是利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產生所需要的矩形脈沖;另一種則是通過各種整形電路將已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。3脈沖波幾個主要參數:占空比Q-----表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間tr

和下降時間tf----從脈沖幅值的10%到90%上升

下降所經歷的時間(典型值ns)脈沖寬度(tw)----脈沖幅值的50%的兩個時間所跨越的時間周期(T)----表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔

tr脈沖寬度

tw

0.5V

4.5V

2.5V

幅值=5.0V

0.0V

5.0V

tf0.5V

2.5V

4.5V

47.2集成555電路7.2.1集成555CMOS電路結構7.2.2集成555工作原理5555定時器雙極型: 驅動能力較強CMOS: 功耗低，最低工作電壓小， 輸入電阻高流行的產品主要有4個，BJT兩個：555和556（含有兩個555），CMOS兩個：7555和7556（含有兩個7555），現以CMOS集成定時器7555為例介紹其結構與功能。

555定時器外接適當的電阻、電容能方便地構成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。

555電路是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個5kΩ電阻而得名。67555控制電壓端TR7.2.1集成555CMOS電路結構低電平觸發(fā)高電平觸發(fā)復位端輸出端放電端1地8234765電源18VDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥

1Q≥

1基本RS觸發(fā)器

C1、C2是兩個電壓比較器分壓器:由三個等值電阻R串聯而成G1111G2T驅動器和放電開關C1C2RRR7TR18VDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥

1Q≥

1RRRG1111G2TC1C27.2.2集成555工作原理當＝L時，反相器G1輸出高電平，0110所以Q為低電平，OUT=L。使G2輸入為高電平，T管導通。此時稱為復位。假設D端通過電阻接到正電源，則D端為低電平。0008TR18VDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥

1Q≥

1RRRG1111G2TC1C2當＝H

時，1.TH>2UDD/3，電路的輸出狀態(tài)與無關，所以為任意輸入×。101則C1輸出為1，

Q=0，

OUT=0。T導通。01清零失效02.TH<2VDD/3，>VDD/3；00觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。

C1輸出為0；

C2輸出為0； 9TR18VDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥

1Q≥

1RRRG1111G2TC1C2當＝H

時，1清零失效Q=1，T管截止，OUT=1。C1=0；3.TH<2VDD/3，<VDD/3，C2=1，

OUT=1稱為電路置位或置“1”01101107555功能表<UDD/3TH(6)

(4)(2)OUT(3)T管D(7)>2VDD/3<2VDD/3<2VDD/3>UDD/3HHHHH截止導通導通不變不變不變LLLLL???集成定時器7555的主要參數：電源電壓：

VDD=3～18V

觸發(fā)電流：

<50pA復位電流：

≤100pA

輸出電壓

VOL≤

0.1V(UDD=15V,IOL=3.2mA)

VOH≥

14.8V(UDD=15V,IOH=1mA)最大功耗

300mW117.3施密特觸發(fā)器7.3.1施密特觸發(fā)器特性7.3.2施密特觸發(fā)器的主要應用7.3.3施密特觸發(fā)器電路127.3.1施密特觸發(fā)器特性13施密特觸發(fā)器在性能上有兩個重要的特點：第一，輸人信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉換時對應的輸入電平，與輸入信號從髙電平下降過程中對應的輸入轉換電平不同。第二，在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖髙、低電平上的噪聲有效地清除。施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點：①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。②電路有兩個閾值電壓。輸入信號增加和減少時，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負閾值電壓（VT-）。同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器

OVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

14VT+VT-OvItVOHVOLOvOt施密特觸發(fā)器的輸入輸出波形圖反向傳輸同向傳輸VT+VT-OvItVOHVOLOvOt15將一周期性信號變換為矩形波，其輸出脈沖寬度tW可通過改變進行調節(jié)ΔVT。1.波形變換twΔttVOHVOLOuOVT+VT-OvIΔ=－7.3.2施密特觸發(fā)器的主要應用162.信號整形將不規(guī)則的信號波形整成矩形脈沖。

ttVOHVOLOvOVT+VT-OvI173.幅度鑒別施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信號的電壓值，因此可用作幅度鑒別。ttVOHVOLOvOVT+VT-OvI陰影部分電壓大于VT+187.3.3施密特觸發(fā)器電路19輸入電壓vI由小增大但小于2VDD/3時，vOl=vO2=H。當vI增大到2VDD/3時電路狀態(tài)發(fā)生翻轉，vO1、vO2均由H跳變?yōu)長。vI>2VDD/3，vOl=vO2=L保持不變。顯然VT+＝2VDD/3。vI由最大值下降到VDD/3以前，電路輸出一直為低電平。當vI下降到VDD/3時，電路再次翻轉，輸出由L跳變?yōu)镠。vI繼續(xù)下降，vOl=vO2=H保持不變，顯然VT-=VDD/3，回差△VT=VDD/3。集成555電路構成施密特觸發(fā)器7.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4.1集成555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用20單穩(wěn)態(tài)電路具有以下幾個特點：1.電路只有以一個穩(wěn)定狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)），另一個是暫穩(wěn)定狀態(tài)（暫穩(wěn)態(tài)）。2.在外加觸發(fā)脈沖的作用下，電路從穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)，經過一定的時間，電路狀態(tài)自動進入穩(wěn)態(tài)。3.暫穩(wěn)態(tài)維持的時間決定于單穩(wěn)態(tài)電路自身的參數（如電路中相關電阻和電容的參數），與外加觸發(fā)信號無關。7.4.1集成555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器21②外加觸發(fā)信號，電路轉換到暫態(tài)，輸出為1③觸發(fā)信號消除后，電容充電電路自動轉換到穩(wěn)態(tài)輸出為0①沒有觸發(fā)信號時(υi)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

13VCCtw=RC1n3≈1.1RC

TR18VDD4R25CO6THOUTDQ≥

1Q≥

1RRRG1111G2TC1C2清零失效555電路構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

觸發(fā)前00R1C0.01uF1010放電22TR18VDD4R25CO6THOUTDQ≥

1Q≥

1RRRG1111G2TC1C200R1C0.01uF1010觸發(fā)t00vCt001011vI(TR)vC(D)vO(OUT)當D端vC電壓充電到2VDD/3時，比較器C1輸出為高電平，Q端為低電平，T管輸入為高電平，輸出OUT翻轉，T管導通。暫穩(wěn)態(tài)結束2UDD/3t12VDD/3010暫穩(wěn)態(tài)結束tw=1.1RCtre恢復時間23單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要參數1.輸出脈沖寬度tW2.

恢復時間tre

C通過T管導通電阻R′放電，經過(3～5)τ放基本結束，所以tre=(3～5)

R′C。

td指為保證單穩(wěn)正常工作允許觸發(fā)脈沖最小的時間間隔。顯然

td=tW＋tre3.分辨時間td4.輸出脈沖幅度VmVm決定于輸出信號高低電平之差

247.4.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器25集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器根據工作狀態(tài)不同可分為不可重復觸發(fā)和可重復觸發(fā)兩種。其主要區(qū)別在于：不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間不受觸發(fā)脈沖影響，只有暫穩(wěn)態(tài)結束觸發(fā)脈沖才會再起作用。可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間還可接收觸發(fā)信號，電路被重新觸發(fā)，暫穩(wěn)態(tài)時間也會順延。1.TTL雙單穩(wěn)態(tài)電路7422174221的功能表262．CMOS雙單穩(wěn)態(tài)電路45384538的功能表277.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用281．定時2．脈沖延遲3．脈沖整形7.5多諧振蕩器7.5.1用門電路組成的多諧振蕩器7.5.2石英晶體多諧振蕩器7.5.3集成555定時器構成多諧振蕩器29多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時無需外加觸發(fā)脈沖，就能輸出具有一定頻率的矩形波。但非門的平均傳輸延遲時間過短，且不穩(wěn)定，故實用中常加入RC電路。奇數個非門接成環(huán)形，可形成各點電平高低的交替變化。環(huán)形振蕩器

RRC1C1CMOS環(huán)形振蕩器改進的環(huán)形振蕩器對于含有RC元件的脈沖電路，關鍵是電容的充放電，而關鍵連接點就是與電容相連的門電路的輸入端。7.5.1用門電路組成的多諧振蕩器30QQC1C2R2G1G2R1AB電路有兩種工作過程：正反饋過程和暫穩(wěn)態(tài)過程正反饋過程：uQuAuBuQuA正反饋過程QQC1C2R2G1G2R1ABQQBA暫穩(wěn)態(tài)過程暫穩(wěn)態(tài)過程:C1C2充放電正反饋過程達到閾值電壓31一、石英晶體石英晶體諧振器具有極高的穩(wěn)定性，用它作為諧振元件做成的晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可優(yōu)于10－9。電路符號等效電路CPCLR頻率特性fPfSf0X7.5.2石英晶體多諧振蕩器32二、晶體振蕩器

多諧振蕩器電路石英晶體多諧振蕩器QQ