數(shù)電課件第7章 脈沖的產生與整形

第7章脈沖的產生與整形習題與思考題7.1概述7.2555定時器及其脈沖電路7.2.1555定時器及其工作原理7.2.2由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.2.3由555定時器構成的施密特觸發(fā)器7.2.4由555定時器構成的多諧振蕩器7.5.2石英晶體多諧振蕩器7.1概述數(shù)字電路中常用具有一定寬度和幅值且邊緣陡峭的矩形脈沖，本章只討論矩形脈沖。2.矩形脈沖的主要參數(shù)：（5）脈沖周期T；（6）脈沖頻率：f=1/T；（1）脈沖幅度VM；（2）脈沖寬度tW；（3）上升時間tr；（4）下降時間tf；（7）占空比q：

q=tw/T。

1．矩形脈沖7.1.1矩形脈沖及其基本特性3．數(shù)字電路對矩形脈沖的要求在數(shù)字電路中通常要求有效信號的脈沖寬度要滿足tW

≥td

，也就是說只有在輸入有效信號到達器件的輸出端時，輸入有效信號才能結束，以保證信號的正常傳遞。7.1.2矩形脈沖的產生和整形方法脈沖產生電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的組成部分。

圖7-2失真的矩形脈沖失真的矩形脈沖需要進行整形，以期恢復原有信號的波形。例如時鐘信號fmax≤1/tpdf≤fmax脈沖的產生和整形電路有三種：施密特觸發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；

多諧振蕩器。

每種電路都有三種構成方式：集成；用門電路構成；用555電路構成。本章只介紹用555電路構成的脈沖電路(7.2)。作業(yè)：【題7.5】

【題7.6】【題7.7】【題7.8】

【題7.10】本章重點1.掌握由555定時器組成施密特FF、單穩(wěn)態(tài)FF、多諧振蕩器的電路連線圖。2.掌握555定時器夠成施密特FF、單穩(wěn)態(tài)FF、多諧振蕩器電路的原理、分析方法、會畫波形。3.掌握555定時器的比較電壓VR1、VR2與VCO、VCC的關系；由給定的任意波形能畫出施密特FF的輸出波形；4.了解本章波形參數(shù)計算。7.2555定時器及其脈沖電路7.2.1555定時器及其工作原理

555定時器是一種多用途的數(shù)?；旌霞呻娐?，用途廣泛。雙極型產品型號最后數(shù)碼為555，CMOS型產品型號最后數(shù)碼為7555，產品型號的最后3位數(shù)碼都是555。（1）結構簡單、使用靈活、用途廣泛。（2）電源電壓范圍寬（3～18V），提供與TTL電路和CMOS

電路兼容的邏輯電平，能和其他數(shù)字電路直接連接。（3）輸出電流大（100～200mA），能直接驅動繼電器、

小電機、揚聲器等負載。（4）精度高、工作速度快、可靠性高。1．555定時器電路特點

2．555定時器電路結構SR鎖存器輸出緩沖器晶體管開關Q'Q分壓器比較器清零端控制電壓閾值端、高觸發(fā)端觸發(fā)端、低觸發(fā)端放電端3．555定時器工作原理2VCC/3VCC/3有兩個閾值電壓：VR1=2VCC/3VR2=VCC/3當在VCO端外接控制電壓時，閾值電壓將變化：VR1變?yōu)閂CO;VR2變?yōu)閂CO/2。表7-1555定時器功能表輸入SR鎖存器輸

出RD'VI1(TH)

VI2(TR')S'R'VO

TD工作狀態(tài)0××××0導通1100導通111保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)1011截止Q'Q4．555定時器使用注意事項當不需要外部電壓控制比較器的參考電壓時，VCO端可外接0.01μF的去耦電容濾波，以消除干擾，保證比較器的參考電壓穩(wěn)定。當不需要電容放電時，放電端可以懸空或通過電阻接VCC，使之成為與輸出同相的輸出端。置零輸入端通常接VCC，如需要也可以加入低電平有效的控制信號。國產型號國內常用型號國外常用型號TTL型CB5551555，F(xiàn)D555，F(xiàn)X555NE555，CA555，LM555，SE555CB5561556，F(xiàn)D556，F(xiàn)X556NE556，CA556，LM556，SE556CMOS型CB75557555，CH7555ICM7555，PD5555CB75567556，CH7556ICM7556,

PD55565．555定時器常用型號電路電路7.2.2由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(Monostable

Multivibration)1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路特點tW由電路內部參數(shù)決定暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)（1）輸出有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。（2）在輸入觸發(fā)脈沖作用下，輸出能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，輸出自動返回穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。（4）窄脈沖觸發(fā)。（5）輸入、輸出信號頻率相同，占空比不同。012．電路結構3．工作原理1）穩(wěn)態(tài)（VO=0）SR鎖存器處于保持狀態(tài)，VO保持0狀態(tài)不變。VI=1=VH，

VO=0TD工作在飽和狀態(tài)，則:VC=02）觸發(fā)VI=0SR鎖存器置1，TD截止。3）暫穩(wěn)態(tài)(VO=1)VCC電容C充電，隨充電時間的延長，VC提高，在充電到

2/3VCC之前，電路將維持暫穩(wěn)態(tài)。VC1(R')=VC2(S')=1VC2(S')=0,VC1(R')=1R'S'04）自動返回當充電到VC=2/3VCC

VC1(R')=0，SR鎖存器置0，TD導通。電容C通過TD向地迅速放電，VC返回到0。+因窄脈沖觸發(fā)，這時VI=1=VH，VC2(S')=1i放4．參數(shù)計算1）輸出脈沖寬度tW輸出脈沖寬度與電容C充電時間相同:

2）恢復時間tre:tre=(3~5)rCESCtre3）分辨時間分辨時間是指單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作輸入信號的最小周期。

tWτ

=RCVC(0)=0VVC(∞)=VCC

=RCln3≈1.1RCVC(∞)–VC(t)VC(∞)–VC(0)tW=τ

lnVCC

–0=RCln23VCC–VCCVCO外接時,VCC–VCOVCCtW=RClntd=tW+tre5．應用1）延時t延遲=tW1+tW22）定時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產生一定脈沖寬度的矩形脈沖。nT測=1f測=nHz3）整形改變輸入脈沖的占空比6．使用注意事項當輸入信號不滿足窄脈沖要求時，輸出信號的脈沖寬度就會受輸入信號的控制，與電路的參數(shù)無關。可在輸入端加微分電路。其他類型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路可構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；也有集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。既有TTL電路產品，也有CMOS電路產品。如74121是TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。7.2.3由555定時器構成的施密特觸發(fā)器（SchmittTrigger）1．施密特觸發(fā)器電路特點（4）輸出與輸入信號是同頻率的脈沖。（1）有0和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)。（2）允許輸入信號慢變化。（3）電平觸發(fā)，輸出從高電平跳變?yōu)榈碗娖降挠|發(fā)電平與輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖降挠|發(fā)電平不同。2．電路結構555定時器的VI1和VI2接在一起，構成施密特觸發(fā)器。R'S'3．工作原理4．電壓傳輸特性及參數(shù)V

T+:正向閾值電壓或上限閾值電壓VT-:負向閾值電壓或下限閾值電壓回差電壓：?VT=VT+-VT-若改變VCO值VT+,VT-的值將改變。R'S'0111102VCC/3VCC/35．應用1）波形轉換2）脈沖整形3）脈沖鑒幅4）構成多諧振蕩器假設t=0時刻，輸出為高電平，電容C通過電阻R充電。i充i放VI當VI=VT+時，觸發(fā)器翻轉為低電平。電容C開始通過電阻R放電。VI當VI=VT-時，觸發(fā)器翻轉為高電平。

VOH

–VT+VOH–VT–

t1=RClnVOL

–VT–VOL–VT+t2=RClnVCC

–VT+VCC–VT–T

=t1+t2=RCln+VT–VT+

RCln3當VT–=VCC，1

3

VT+=VCC2T

=t1+t2=RCln2+RCln2=2RCln2T

q

==50％

t1VOHVOL其他類型的施密特觸發(fā)器用門電路也可構成施密特觸發(fā)器；還有集成的施密特觸發(fā)器。集成施密特觸發(fā)器既有TTL型，也有CMOS型。

如74LS14是集成施密特觸發(fā)六反相器；74LS132是施密特觸發(fā)的四－2輸入與非門。

如CC40106是集成施密特觸發(fā)六反相器；CC4093是施密特觸發(fā)的四－2輸入與非門。占空比可調的多諧振蕩器使用起來較不方便

i充i放T

q

==50％

t1T

=t1+t2=R2Cln2+R1Cln2=(R1+R2)Cln2T

q

==t1R1+R2

R27.2.4由555定時器構成的多諧振蕩器(Astablemultivibrator)1．多諧振蕩器電路特點（2）不需要外界觸發(fā)信號，能自動產生一定頻率的矩形脈沖，其頻率由電路內部參數(shù)決定。2．電路結構先接成施密特觸發(fā)器（1）有兩個暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)1和暫穩(wěn)態(tài)2，在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間輪流轉換。3．工作原理1）起始狀態(tài)i放i充電路剛通電時，電容C來不及充電，C上無電荷，VC=0,VO=1,TD截止,電容充電。2）暫穩(wěn)態(tài)1VCC0TD截止，VCC經電阻R1,R2向電容充電。到VT+改變狀態(tài)。VC3）暫穩(wěn)態(tài)2VO=0，TD導通，電容經電阻R2放電。VC到VT-改變狀態(tài)。4．參數(shù)計算i放i充VCC01）電容C充電時間T12）電容C放電時間T2VCC

–VT+VCC–VT–T1=(R1+R2)Cln3當VT–=VCC，1

3

VT+=VCC23當VT–=VCC，1

3

VT+=VCC2T1=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C0–VT–0

–VT+T2=R2ClnT2=R2Cln2≈0.7R2C3）脈沖周期和頻率4）占空比q上述電路占空比始終大于50%,且不可調。T

q

==T1(R1+2R2)Cln2(R1+R2)Cln2

=R1+2R2

R1+R2

T

f

=