第七章 脈沖波形的產(chǎn)生

第七章脈沖波形的產(chǎn)生第1頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形7.1集成555定時(shí)器7.2施密特觸發(fā)器7.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.3多諧振蕩器第2頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)7.1集成555定時(shí)器電壓比較器的功能：v+>v-，vO=1v+<v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）三個(gè)5k電阻組成的分壓器。（2）兩個(gè)電壓比較器

C1和C2。第3頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）基本RS觸發(fā)器，（4）放電三極管T及緩沖器G。電路符號(hào)第4頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二．工作原理（1）4腳為復(fù)位輸入端（RD），當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平。正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。（2）5腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。1/3VCC2/3VCC第5頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）2腳為觸發(fā)輸入端，6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。1/3VCC2/3VCC閾值輸入閾值輸入復(fù)位輸出vI1vI2RDvo×＜2/3VCC＞2/3VCC＜2/3VCC×＜1/3VCC＞1/3VCC＞1/3VCC0111010不變功能表第6頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器——具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一.用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1.電路組成及工作原理1/3VCC2/3VCC第7頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電路符號(hào)施密特觸發(fā)器演示第8頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電壓滯回特性和主要參數(shù)（2）主要靜態(tài)參數(shù)（a）上限閾值電壓VT+vI上升過程中，輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。（b）下限閾值電壓VT—vI下降過程中，vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT—=1/3VCC。（3）回差電壓ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（1）電壓滯回特性1/3VCCVoVi0傳輸特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT—ΔVTVT+VT—ΔVT第9頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電路符號(hào)O2vtO1vtVCC2vO1第10頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二．集成施密特觸發(fā)器2.TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14

1.CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106第11頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三．施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1.用作接口電路——將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。2.用作整形電路——把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。輸入輸出VT+VT-第12頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.用于脈沖鑒幅——從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。

第13頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器——有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。（1）無觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)vI=1時(shí)，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。一．用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理第14頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）vI下降沿觸發(fā)當(dāng)vI下降沿到達(dá)時(shí)，vO由0跳變?yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。第15頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單穩(wěn)觸發(fā)器演示第16頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。時(shí)間常數(shù)τ1=RC，vC由0V開始增大，在vC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動(dòng)返回時(shí)間——當(dāng)vC上升至2/3VCC時(shí)，vO變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(fù)過程——當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過飽和導(dǎo)通的T放電，時(shí)間常數(shù)τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。第17頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.主要參數(shù)估算(1)輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計(jì)算）（2）恢復(fù)時(shí)間tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作頻率fmax

vI周期的最小值：

Tmin=tW＋tre

最高工作頻率:TTW第18頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二．集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121A1、A2是下沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，B是上沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。保持穩(wěn)態(tài)010101010×1×01××011×下沿觸發(fā)1↓1↓11↓↓1上沿觸發(fā)工作特征vOvO輸出0×↑×0↑A1A1B輸入74121功能表第19頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法:（b）使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。（a）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式。第20頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74121的主要參數(shù)

(1)輸出脈沖寬度tW

使用外接電阻：tW≈0.7RextC使用內(nèi)部電阻：tW≈0.7RintC74121內(nèi)部電阻=2kΩ，外接電阻Rext可在1.4～40kΩ之間選擇，外接電容C可在10pF～10μF之間選擇，（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin

Tmin=tW＋tre（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q定義：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，當(dāng)R=2kΩ時(shí)，最大占空比qmax為67%；當(dāng)R=40kΩ時(shí)，最大占空比qmax可達(dá)90%。第21頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.延時(shí)與定時(shí)（1）延時(shí)圖中，v/O的下降沿比vI的下降沿滯后了時(shí)間tW。（2）定時(shí)當(dāng)v/O=1時(shí)，與門打開，vO=vF。當(dāng)v/O=0時(shí)，與門關(guān)閉，vO為低電平。與門打開的時(shí)間是單穩(wěn)輸出脈沖v/O的寬度tW。第22頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.整形

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。第23頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.觸摸定時(shí)控制開關(guān)

555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個(gè)負(fù)脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間（tW）結(jié)束時(shí)，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。第24頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.觸摸、聲控雙功能延時(shí)燈555和T1、R3、R2、C4組成單穩(wěn)定時(shí)電路，定時(shí)（即燈亮）時(shí)間約為1分鐘。當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時(shí)，HTD將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)T2、T1放大，觸發(fā)555，使555輸出高電平，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管SCR，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片A時(shí)，人體感應(yīng)電信號(hào)經(jīng)R4、R5加至T1基極，也能使T1導(dǎo)通，觸發(fā)555，達(dá)到上述效果。第25頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0vctvo0t7.4多諧振蕩器多諧振蕩器——能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一．用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路組成及工作原理2/3VCC1/3VCC第26頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多諧振蕩

演示第27頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.振蕩頻率的估算（1）電容充電時(shí)間T1：（用三要素法計(jì)算）（2）電容放電時(shí)間T2（3）電路振蕩周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q（4）電路振蕩頻率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC第28頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二．占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路

利用二極管的單向?qū)щ娦裕央娙軨充電和放電回路隔離開，再加上一個(gè)電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。

可計(jì)算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：第29頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三．石英晶體多諧振蕩器有兩個(gè)諧振頻率。當(dāng)f=fs時(shí)，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0；當(dāng)f=fp時(shí)，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。由晶體本身的特性決定：fs≈fp≈f0（晶體的標(biāo)稱頻率）石英晶體的選頻特性極好，f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-10～10-11。1.石英晶體的選頻特性X感性0容性第30頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.石英晶體多諧振蕩器（1）串聯(lián)式振蕩器R1、R2：使兩個(gè)反相器都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有高放大倍數(shù)的放大器。對(duì)于TTL門，常取R1=R2=0.7～2kΩ，對(duì)于CMOS門，常取R1=R2=10～100MΩ；C1=C2是耦合電容。

石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為f0的信號(hào)才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率=f0，與外接元件R、C無關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。第31頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）并聯(lián)式振蕩器RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時(shí)使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個(gè)反相放大器。

晶體工作在略大于fS與fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。電路的振蕩頻率=f0。

反相器G2起整形緩沖作用，同時(shí)G2還可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路工作的影響。第32頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四．多諧振蕩器應(yīng)用