第6章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

第六章脈沖波形的產(chǎn)生和整形6.4多諧振蕩器6.1概述6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器本章小結(jié)6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用6.2施密特觸發(fā)器6.1概述返回6.2施密特觸發(fā)器6.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器6.2.2集成施密特觸發(fā)器返回特點(diǎn)：第一，有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)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(guān)。應(yīng)用：脈沖整形、延時(shí)、定時(shí)6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)：VI=0、VI2=VDD，則VO=0、VO1=VDD，VC=0圖6.3.1是用CMOS門電路和RC微分電路構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?？山普J(rèn)為VOH≈VDD、VOL≈0、VTH≈VDD一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)：VI加觸發(fā)脈沖、Vd=VOH，則VO1=0、Vi2=0、Vo=VDD隨電容充電過程，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。由上圖可知，輸出脈沖寬度tW等于從電容C開始充電到vI2上升至VTH的這段時(shí)間。求從電容C開始充電到vI2上升至VTH的這段時(shí)間t。將vC(0)=0、vC(∞)=VDD代入上式得：輸出脈沖的幅度：Vm=VOH-VOL≈VDD說明：在vo返回低電平以后，還要等到電容C放電完畢電路才恢復(fù)為起始的穩(wěn)態(tài)。一般認(rèn)為經(jīng)過3~5倍于電路時(shí)間常數(shù)的時(shí)間以后，RC電路已基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)。圖6.3.1電路中電容C放電的等效電路如圖6.3.4所示?；謴?fù)時(shí)間tre：分辨時(shí)間td：在保證電路能正常工作的前提下，允許兩個(gè)相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時(shí)間間隔。一般微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用窄脈沖觸發(fā)6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)：VI=0、則VO=VOH、VA=VO1=VOH二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)：VI加正脈沖隨電容充電過程，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。圖6.3.5是用TTL與非門和反相器以及RC積分電路構(gòu)成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。為保證vo1為低電平時(shí)vA在VTH以下，R值不能取得很大，用正脈沖觸發(fā)。由上圖可知，輸出脈沖寬度tW等于從電容C開始放電到vA下降至VTH的這段時(shí)間。求從電容C開始放電到vA下降至VTH的這段時(shí)間t。取vC(0)=VOH、vC(∞)=VOL，得：輸出脈沖的幅度：Vm=VOH-VOL≈VDD說明：恢復(fù)時(shí)間tre：等于vo1跳變?yōu)楦唠娖胶箅娙軨充電至VOH所經(jīng)過的時(shí)間。若取充電時(shí)間常數(shù)的3~5倍時(shí)間為恢復(fù)時(shí)間，則：分辨時(shí)間td：在保證電路能正常工作的前提下，允許兩個(gè)相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時(shí)間間隔。一般積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用大于輸出脈沖寬度的脈沖觸發(fā)其中Ro’是G1輸出高電平時(shí)的輸出電阻。微分、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較積分型：抗干擾能力強(qiáng)、輸出的波形邊沿較差。一般積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用大于輸出脈沖寬度的脈沖觸發(fā)。6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121兩個(gè)概念不可重復(fù)觸發(fā)型：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。如圖6.3.11（a）所示?？芍貜?fù)觸發(fā)型：在電路觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(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(gè)tW寬度。如圖6.3.11（b）所示。6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CC145286.4多諧振蕩器6.4.5石英晶體多諧振蕩器6.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器6.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器6.4.3環(huán)形振蕩器6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.4.6壓控振蕩器返回6.4多諧振蕩器圖6.4.1描述矩形脈沖特性的指標(biāo)6.4.1電路組成圖6.4.2自由多諧振蕩器電路及工作波形6.4.2工作原理由于接通電源前，電容器兩端電壓uC=0，電源剛接通時(shí)UB=1，UA=0，因而Q=1，Q=0，經(jīng)輸出緩沖級(jí)后uO為高電平，放電管V處于截止。電源電壓通過R1、R2對(duì)C充電，其暫態(tài)過程為由于比較器A、B的存在，電容C不可能充至UDD。過程如下：當(dāng)時(shí)，UB、UA均為低電平，RS觸發(fā)器狀態(tài)不變；但當(dāng)時(shí)，UA=1，UB=0，RS觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)镼=0,Q=1，輸出uO為低電平，放電管V導(dǎo)通，這段時(shí)間我們稱為第一暫穩(wěn)態(tài)期。放電管V導(dǎo)通時(shí)，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)期，放電過程為由于比較器A、B的存在，電容器不可能放電至0。當(dāng)電容放電,時(shí)，UA=UB=0，RS觸發(fā)器處于維持狀態(tài)，輸出也不變；但當(dāng)C繼續(xù)放電,時(shí)，UB=1,UA=0，這時(shí)Q=1,Q=0，輸出uO為高電平，放電管截止，UDD再次對(duì)電容充電。如此反復(fù)，可輸出矩形波形。該電路的振蕩周期計(jì)算如下：而T1和T2分別為輸出矩形的頻率f=1/T。顯然，改變R1、R2和C值即可改變振蕩頻率。我們也可通過改變5腳電壓U5來改變比較器A、B的參考電壓，而達(dá)到改變振蕩頻率的目的。在實(shí)際中常常需要調(diào)節(jié)T1和T2。這樣就引進(jìn)了占空比的概念：圖6.4.3占空比可調(diào)振蕩器改變P但不改變R1+R2值。所以該電路振蕩周期為占空比D為6.5555定時(shí)電路6.5.1基本組成圖6.5.1CC7555集成定時(shí)電路1.分壓器分壓器由3個(gè)5kΩ電阻R組成，它為兩個(gè)電壓比較器提供基準(zhǔn)電平。當(dāng)5腳懸空時(shí)，電壓比較器A的基準(zhǔn)電平為，比較器B的基準(zhǔn)電平為。改變5腳的接法可改變比較器A、B的基準(zhǔn)電平，如5腳通過電阻10kΩ接地，則基準(zhǔn)電平分別為和。5腳也可另接小于等于UDD的電源，如采用和，則5腳通過一個(gè)電容0.01～0.1μF電容接地，以防干擾信號(hào)影響5腳電壓值。2.比較器比較器A、B是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器。A的輸入端為引腳6高觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，A端輸出為高電平，即邏輯“1”；當(dāng)時(shí)，A輸出為低電平，即邏輯“0”。B的輸入端為引腳2低觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，B輸出為低電平，即邏輯“0”；當(dāng)時(shí)，B輸出為高電平，即邏輯“1”。A、B的輸出直接控制基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作。RS觸發(fā)器由兩個(gè)或非門組成，它的狀態(tài)由兩個(gè)比較器輸出控制，根據(jù)基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。3.基本RS觸發(fā)器4.開關(guān)放電管和輸出緩沖級(jí)放電管V是N溝道增強(qiáng)型的MOS管，其控制柵為0電平時(shí)截止，為1電平時(shí)導(dǎo)通。兩級(jí)反相器構(gòu)成輸出緩沖級(jí)，反相器的設(shè)計(jì)考慮了有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，一般可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)TTL門電路。同時(shí)，輸出級(jí)還起隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器影響的作用。6.5.2工作原理及特點(diǎn)表6-1555定時(shí)器功能表CC7555定時(shí)器電路具有靜態(tài)電流較小(80μA左右)，輸入阻抗極高(輸入電流僅為0.1μA左右)，電源電壓范圍較寬(在3