脈沖電路課件數(shù)字電路

脈沖電路課件數(shù)字電路1第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)555定時器及其應(yīng)用一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能555電路又稱為集成定時器。1972年由Signetics公司推出。既有雙極型產(chǎn)品，也有MOS型產(chǎn)品。它們產(chǎn)品型號的最后3位數(shù)碼都是555.如：CB555是國產(chǎn)雙極型電路；CH7555是CMOS型電路。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CB555電路結(jié)構(gòu)圖雙極型555電路CMOS型555電路電源電壓范圍最大負(fù)載電流5—16V3—18V200mA4mA2第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四RDTHTRTD狀態(tài)低導(dǎo)通1>>低導(dǎo)通1導(dǎo)通<<低（不變）高截止11<>>高截止（不變）VCOVCO2電路的功能：當(dāng)在VCO端外接控制電壓時，閾值電壓將變化：變?yōu)閂CO;變?yōu)閂CO/2。有兩個閾值電壓：VR1=2VCC/3VR2=VCC/3隨著TH端和TR端的電壓不同，其工作狀態(tài)將發(fā)生變化：<2VCC/3VCC/303第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、構(gòu)成施密特觸發(fā)器（SchmittTrigger）（一）電路的特點：1.輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入電平不同。2.在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿很陡。工作原理：分析輸入電壓由0V上升到VCC和由VCC下降到0V時，電路狀態(tài)如何變化。將TH端和TR端并聯(lián)作輸入端，接輸入電壓4第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四0t0tVCCVCC/32VCC/3VT+:正向閾值電壓或上限閾值電壓VT-:負(fù)向閾值電壓或下限閾值電壓V=VT+-VT-：回差電壓傳輸特性若改變VCO值VT+,VT-的值將改變。VOH0.01特點：由于有比較器，允許輸入信號慢變化；由于有觸發(fā)器，輸出端邊沿好。VT+VT-5第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（二）施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換2.脈沖整形3.脈沖鑒幅波形變換脈沖整形脈沖鑒幅6第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（三）其他類型的施密特觸發(fā)器用門電路也可構(gòu)成施密特觸發(fā)器；還有集成的施密特觸發(fā)器,如書上的7413，4輸入與非門。用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器已很少使用，這里不作介紹。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。7第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四三、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(Monostabletrigger)（一）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點1.有兩個狀態(tài)——穩(wěn)態(tài)、暫穩(wěn)態(tài)；2.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)維持一段時間后，再自動返回；3.暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器tWtW由電路內(nèi)部參數(shù)決定暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)8第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四RC（二）工作原理1.穩(wěn)態(tài)=VH,設(shè)TD工作在飽和狀態(tài)，則：VC=VTH=0V,555電路處于保持狀態(tài)，且一定是VO=VL，這是因為若假設(shè)TD截止，則不合理。2.觸發(fā)555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為VO=VH此時TD截止，VC保持0V不變。3.暫穩(wěn)態(tài)電容C充電=VIL充其三要素為：(0)=0V,()=VCC，=RCVCC+下頁9第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)=2/3VCC時，555電路翻轉(zhuǎn)為輸出VL,而保持不變。5.恢復(fù)由于TD導(dǎo)通，電容C向TD放電，使迅速下降為0V。4.自動返回上頁VCCRC充+10第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四(t)（三）參數(shù)計算VCCtW1.脈沖寬度tW得到公式：tWVCC0V2.恢復(fù)時間tre:tre=(3~5)rcec3.分辨時間td:td=tw+tretre（四）電路特點：窄脈沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖的最小周期觸發(fā)脈沖寬度要小于輸出脈沖寬度RC2/3VCC11第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四t0VCCRC若條件不滿足可在輸入端加微分電路：12第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（五）應(yīng)用1.整形——改變輸入脈沖的占空比。2.定時（延時）控制脈沖被測脈沖&單穩(wěn)計數(shù)器CP輸出頻率值例1：數(shù)字頻率計。例2：延時觸發(fā)單穩(wěn)一單穩(wěn)二ttt000tW2tW1能輸出固定寬度的脈沖。寬度為1秒的正脈沖延遲時間為tW1，輸出脈寬為Tw2.13第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（六）其他類型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；也有集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。1.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器既有TTL電路產(chǎn)品，也有CMOS電路產(chǎn)品。介紹74121。只介紹如何使用。有三個輸入端：A1,A2為下降沿觸發(fā)輸入端；B為上升沿觸發(fā)輸入端。有兩個互補的輸出端VO、VO。電容需外接；電阻可選擇內(nèi)部的，也可外接。接法如圖?？捎霉δ鼙砘虿ㄐ螆D說其起工作原理。14第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四保持A端觸發(fā)B端觸發(fā)15第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四工作波形：輸出脈寬的計算：從器件手冊可查到計算公式。74121的公式如下：tW0.69RextCextRext的取值在2K到30K之間；Cext的取值在10pF到10F之間。tW的范圍在20nS到200mS之間。也可使用內(nèi)部電阻Rint代替外接電阻Rext。Rint約為2K。74121是不可重復(fù)觸發(fā)的。而74122是可重復(fù)觸發(fā)的。見圖示。16第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2.CMOS微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）工作原理輸入端微分電路提取的上升沿。穩(wěn)態(tài)：=VDD，=0，=0。觸發(fā)：暫穩(wěn)態(tài)：=0，=VDD，=VDD。i充C充電VDD三要素為：(0)=0，()=VDD，=RC。自動返回：條件：＝VTH。+17第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四i充VDD=0，=VDD，VDD?；謴?fù)過程：電容C放電至起始狀態(tài)。所用時間為：Tre=(3~5)CRON（2）計算脈寬tW等于由0V上升到VTH所用的時間：門G1的輸出電阻0.5VDD取消輸入微分電路會使輸出后沿變壞。+18第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四四、構(gòu)成多諧振蕩器(Astablemultivibrator)t2（一）多諧振蕩器的特點（二）電路的原理剛接通電源：=0V,TD截止。此時為暫穩(wěn)態(tài)1：i充C充電VCC三要素為：(0)=0V[1/3VCC]()=VCC充=(R1+R2)C在t1時刻=2/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。t1C放電0i放=VH，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)2—=VL，TD導(dǎo)通。+不需輸入信號即可產(chǎn)生矩形脈沖。19第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四三要素為：(0)=2/3VCC，()=0V，放=R2C在t2時刻=1/3VCC，555電路翻轉(zhuǎn)。（三）計算周期—T=T1+T2i充i放充1/3vcc2/3vcc占空比：+f=1/TVCCt10t2VCCt10t220第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（四）改進(jìn)電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器T1=R1Cln2T2=R2Cln2q=T=(R1+R2)Cln2解：可選VCC=5V由q公式，且q=2/3可求出：R1=R2由于T=(R1+2R2)Cln2R1=48K選C=10F代入上式求出R2=R1=48K上述電路占空比始終大于50%,且不可調(diào)。例：用CB555設(shè)計多諧振蕩器。要求T=1s,3v<vM<5v,占空比q=2/3。C選擇原則:過大則漏電流大過小則電阻太大二者均可使周期不準(zhǔn)21第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四（五）用門電路構(gòu)成的多諧振蕩器1.非對稱式多諧振蕩器(1)工作原理采用CMOS門；RF使門1工作在轉(zhuǎn)折區(qū)。因此門2也工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，電容C引入正反饋，使電路振蕩。設(shè)t1時刻G1輸出低電平、G2輸出高電平。定為暫穩(wěn)態(tài)2。當(dāng)＝VTH時，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)：隨之電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)1。見下頁圖。C充電VDD0i充＋－＋－22第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四C放電=VDD，=0，=VTH－VDD。在t2時刻：在暫穩(wěn)態(tài)1：t1t2i放三要素為：放=RFC。t3在t3時刻＝VTH，又發(fā)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)2：(0)=VTH＋VDD，在暫穩(wěn)態(tài)2，C充電的三要素為：(0)=VTH－VDD，()=VDD，充＝RFC()=0VDD0＋＋－－回前頁23第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四(2)周期計算：T=T1+T2RFC1.1=ttWIIIIW)()()0()(ln1111-￥-￥=uuuut將前面的三要素代入下面的公式，即可求出T1和T2：V00－VTH－VDDRFCTHln-=T2RFC1.1=VVDDVDD－VTH+VDDRFCTHln-=T1T=2.2RFC思考：若將RP短路，會發(fā)生什么情況？用TTL門構(gòu)成這種多諧電路也可，但分析較復(fù)雜。(0)=VTH＋VDD，暫穩(wěn)態(tài)2，C充電的三要素為：充＝RFC()=0()=VDD，放=RFC。(0)=VTH－VDD，暫穩(wěn)態(tài)1中，C放電三要素：24第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2.石英晶體多諧振蕩器符號構(gòu)成：在對稱式多諧振蕩器的反饋回路中串入石英晶體。石英晶體電抗的頻率特性如圖。f0稱為固有頻率。特點：f0的穩(wěn)定度極高～可達(dá)10－10～10－11（f0/f0）。因此可構(gòu)成高精度多諧振蕩器。從而克服了其他振蕩器頻率穩(wěn)定度低、抗干擾能力差的缺點。原理：只有振蕩頻率等于f0時，晶體的阻抗為0