常州大學(xué)吳志敏數(shù)電ch9脈沖波形的產(chǎn)生與變換

第9章概述矩形脈沖的基本特性1.矩形脈沖的二值性矩形脈沖二進制數(shù)字信號高、低電平1、02.矩形脈沖的特性參數(shù)TT—

脈沖周期UmUm—

脈沖幅度0.5UmtWtW

—

脈沖寬度0.1Um0.9Umtrtr

—

上升時間tftf

—

下降時間3.獲得脈沖的方法：

1）自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。由多諧振蕩器來實現(xiàn)555定時器是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟又簡單實用的器件。

2）將已有波形（正弦波、鋸齒波等）整形為矩形脈沖。由施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)9.1集成555定時器

555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負載能力較強,目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。單定時器雙極型——最后3位數(shù)555單極型——最后4位數(shù)7555雙定時器雙極型——最后3位數(shù)556單極型——最后4位數(shù)7556型號：9.1.1555定時器的電路組成和基本功能

555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:①兩個電壓比較器:C1、C2;②一個基本RS

觸發(fā)器;③一個晶體管T；④由三個相等電阻組成的分壓器;⑤一個反相器等。電路結(jié)構(gòu)低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.5～18V輸出端地vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T電源電壓范圍:4.5V~18V555定時器的管腳圖12345678555VCCDTHCOGNDTRVoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位9.1.2555定時器的基本功能vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T

三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準電壓:分別為和。001vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2TbTHCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＞2/3VCC＞1/3VCC00011THCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3＞VCC/311010bTHCOTRD+VccRDuo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3<VCC/310110b×基本功能0UOL飽和>2VCC/3

111UOL>VCC/3

飽和<2VCC/3

>VCC/3

不變不變<2VCC/3<VCC/3

UOH截止UTHuoTD的狀態(tài)UR9.2施密特觸發(fā)器一、普通反相器和施密特反相器的比較AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4VCMOS：施密特反相器AYuAUT+UT–上限閾值電壓下限閾值電壓uY回差電壓：

⑴電路：2，6端連在一起作為信號輸入端+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1VI<1/3VCC時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，VO=1VI>2/3VCC時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，VO=0構(gòu)成集電極開路型輸出端。9.2.555定時器做施密特觸發(fā)器Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）當Vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，。升高時，在未到達2Vcc/3以前，的狀態(tài)不會改變。VO＝1ViVO＝1Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3時，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發(fā)器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到達VCC/3以前，vo＝0的狀態(tài)不會改變。（a）當vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo＝1。vi升高時，在未到達2VCC/3以前，vo＝1的狀態(tài)不會改變。Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3時，比較器C1輸出為1、C2輸出為0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo=1。此后，vi繼續(xù)下降到0，但vo＝1的狀態(tài)不會改變。（b）vi升高到2VCC/3時，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發(fā)器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到達VCC/3以前，vo＝0的狀態(tài)不會改變。（a）當vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo＝1。vi升高時，在未到達2VCC/3以前，vo＝1的狀態(tài)不會改變。下限閾值電壓vovi(b)邏輯符號(a)傳輸特性VT－VT+上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCΔVT＝

VT＋－VT－=1/3VCCvIvO②在7腳外接一電阻，并與VCC1

相連，

vO=1時，vO1=0;vO=0時，vO1=VCC1，

可以實現(xiàn)電平移動。①在5腳上加控制電壓VCO可以改變VT+,VT-，以調(diào)節(jié)回差電壓的大小Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差說明：9.2.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換——三角波、正弦波變換成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波→方波三角波→方波調(diào)節(jié)VT+,VT-可以改變寬度2.波形整形——消除噪聲干擾vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差電壓比較小回差電壓比較大3.

幅度鑒別vItvOtVT+VT-可以調(diào)節(jié)VT+作為鑒別門限4.構(gòu)成脈沖源1vIvO9.3

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點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(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回學(xué)習(xí)的重點:為什么會自動返回?需多少時間?圖示暫穩(wěn)態(tài)：RC9.3.5由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外接RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT截止時，對C充電T導(dǎo)通時，C放電（1）工作原理：可以在5腳外接控制電壓，以改變放電閥值。VTHVCbTVC>2/3VCC時，Vo＝0，T導(dǎo)通，C放電。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot①

穩(wěn)態(tài)（VI＝1，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765

接通VCC后,C充電，當vc上升到2VCC/3時:→比較器C1=0，將觸發(fā)器置0，→Vo＝0?！鶷導(dǎo)通，C放電,vc≈0→電路進入穩(wěn)態(tài)。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCvIvOVCCRCvC0.01uF12348765

②外觸發(fā):ViVi＜1/3VCC，→比較器C2＝0，觸發(fā)器置1，→Vo＝1→T截止，C充電→電路進入暫穩(wěn)態(tài)。tvi00vCt0votV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止T截止，C充電，當vc上升到2/3VCC時:→比較器C1=0，觸發(fā)器置0，→Vo＝0→T導(dǎo)通，C放電,vc≈0電路→電路返回穩(wěn)態(tài)。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot

③自動返回（VI＝1）:

由以上過程可以看出:每來一次負脈沖,vo

便輸出一個正脈沖,其寬度tW

由

RC

決定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW

（2）輸出脈沖寬度twtw是Vc從0指數(shù)上升到2VCC/3時所需的時間注意:tw寬度的增加，將降低定時精度和穩(wěn)度。

tw

的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC2/3VccvCvI(S)vO

在充電過程中vI0←→1變化,C1=1,C2=0/1,Q保持為1，電路狀態(tài)不變（T截止，C保持充電狀態(tài)）。多次觸發(fā)時的情況：故該電路為不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：①電路圖：（3）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1⑷可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作過程b.觸發(fā)時:a.穩(wěn)態(tài)時:VI=1,T1截止,電路狀態(tài)同普通單穩(wěn)。VI=0，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，Vo＝1VI=0期間,T1導(dǎo)通,電容不能充電。VI=1后，T1截止,電容開始充電。⑷可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作過程（續(xù)）c.重復(fù)觸發(fā)時:當Vc<2/3VCC(電路仍處暫態(tài))時，若VI又進行觸發(fā)(VI=0),則C通過T1放電,電路將維持在暫態(tài),直到在tW

時間內(nèi)沒有新的觸發(fā),電路回到穩(wěn)態(tài)。a.穩(wěn)態(tài)時:b.觸發(fā)時:vI③

可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖vCvOVTHVCC失落脈沖檢測儀觸發(fā)過程：c.VI=1

→電容開始充電e.重復(fù)觸發(fā)：電容充電過程中VI=0,電容放電，VI=1后，再次充電→→實現(xiàn)可重復(fù)觸發(fā)。a.

VI=1,穩(wěn)態(tài)→VO=0tWtWb.

VI=0,觸發(fā)→VO=1

→進入暫態(tài)d.VC>2/3Vcc→Q=0,→VO=0,恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，

→T導(dǎo)通,電容放電9.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用一般用于定時（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形）延時（把輸入信號延遲一定時間后輸出）1)定時、延時2)整形9.4

多諧振蕩器多諧振蕩器的特點：（1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器；（2）無穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)；（3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。9.4.1.由門電路構(gòu)成多諧振蕩器1.用TTL門構(gòu)成對稱式多諧振蕩器2.環(huán)形振蕩器9.4.2.石英晶體多諧振蕩器

石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準信號.

為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率,可在振蕩電路中串接石英晶體,組成石英晶體振蕩器f石英晶體阻抗頻率特性0Xfs電容性電感性fp(1)石英晶體阻抗頻率特性

在固有頻率fs上,阻抗X=0。

內(nèi)部電路(2)石英晶體振蕩器石英晶體振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率fs11R1R2C2C1voTTL門R1，R2：0.7～2KΩC:0.1μF1RC2C1vo1CMOS門R：10～100MΩC:30Pf常見的外接振蕩電路9.4.3.用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器外接R1,R2,C⑴電路：+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR29.4.4

由555定時器構(gòu)成多諧振蕩器vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2

①Vcc通過R1、R2向C充電,在VC

沒有充電到2VCC/3之前,Vo