數(shù)字電路2014朱數(shù)電

數(shù)字電路

DigitalCircuit

朱亞平

中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形了解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的工作原理。掌握555定時(shí)器電路原理及應(yīng)用。主要要求：

10.1概述

數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。

獲得矩形脈沖的方法通常有兩種：一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；另一種是對(duì)已有的信號(hào)進(jìn)行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號(hào)。

典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路三種類型。一、脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點(diǎn)

二、脈沖波形的參數(shù)Um0.9Um0.1Umtwtftr（1）脈沖幅度Um：脈沖從起始值到峰值之間的變化幅度；（2）上升時(shí)間tr：脈沖從0.1Um變到0.9Um所需要的時(shí)間；（3）下降時(shí)間tf：脈沖從0.9Um變到0.1Um所需要的時(shí)間；（4）脈沖寬度tW：脈沖半高處的寬度；（5）脈沖重復(fù)的頻率f和周期T：（6）占空比q：脈沖空度的倒數(shù)q=tW/T施密特觸發(fā)器的主要特點(diǎn)：輸入信號(hào)在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電平不同。10.2施密特觸發(fā)器同相輸出傳輸特性反相輸出傳輸特性VT+正向閾值電壓VT－負(fù)向閾值電壓回差電壓10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器VT+當(dāng)電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)VT+正向閾值電壓VT+VT-回差電壓當(dāng)電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)VT－負(fù)向閾值電壓THTV)RR(V211+=+THTVRRV)(211-=-VT+VT-10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用一、用于波形變換 二、用于鑒幅三、用于脈沖整形10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：①有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。②在外界觸發(fā)信號(hào)作用下，能從穩(wěn)態(tài)→暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時(shí)間后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路內(nèi)部參數(shù)。10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型1、原理分析G1和G2為TTL門tW為輸出脈寬暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)如果tTR<tW將會(huì)怎樣？vO返回穩(wěn)態(tài)的原因？2.性能參數(shù)計(jì)算10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121是一種典型的TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的工作波形圖集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部連接方法（a）使用外接電阻（b）使用內(nèi)部電阻74121具有不可重復(fù)觸發(fā)性單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1.脈沖定時(shí)2.脈沖延時(shí)10.4多諧振蕩器（自激振蕩，不需要外加觸發(fā)信號(hào)）10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器一、工作原理（TTL）(1)靜態(tài)（未振蕩）時(shí)應(yīng)是不穩(wěn)定的-ˉ?ˉ?-?O2I2O1I1vvvv-I12v)(，有微小由于“擾動(dòng)”迅速跳變?yōu)楦?。迅速跳變?yōu)榈?，而使O2O1vv二、電壓波形10.4.3環(huán)形振蕩器

1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器

2.實(shí)用的環(huán)形振蕩器10.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器10.4.5石英晶體多諧振蕩器10.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)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(fù)載能力較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。6.5.1

電路結(jié)構(gòu)電壓比較器SR鎖存器放電三極管閾值端觸發(fā)端放電端清零端輸出端截止11截止11不變不變1導(dǎo)通01導(dǎo)通0××0輸出輸入10.5.2

用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器10.5.3

用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器本電路要求，輸入觸發(fā)脈沖寬度小于tw，若大于tw

，可在輸入端加微分電路。脈沖寬度tW的計(jì)算：10.5.4

用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器vo多諧振蕩器的主要參數(shù)t充：vC由(1/3)VCC上升到(2/3)VCCvo正脈沖寬度＝t充t放：vC由(2/3)VCC下降到(1/3)VCC負(fù)脈沖寬度＝t放為了得到小于或等于50％的占空比，對(duì)電路加以改進(jìn)。充電：D1導(dǎo)通，D2截止T1=R1Cln2放電：D2導(dǎo)通，D1截止T2=R2Cln2若R1=R2,則q=50%,輸出為方波。電路的振蕩周期：T=T1+T2=(R1+R2)Cln2討論：圖示為555定時(shí)器組成的壓控振蕩器，試求輸入控制電壓vI和振蕩頻率之間的關(guān)系。當(dāng)vI升高時(shí)，頻率是升高還是降低？vI升高，T變大，振蕩頻率下降。vI討論：圖示是用555定時(shí)器接成的延時(shí)報(bào)警器。當(dāng)開關(guān)S斷開后，經(jīng)過一定的延時(shí)后，揚(yáng)聲器開始發(fā)出聲音。如果在延時(shí)時(shí)間內(nèi)S重新閉合，揚(yáng)聲器不會(huì)發(fā)聲，求延時(shí)時(shí)間和發(fā)聲頻率。輸出的高低電平分別為VOH≈12V，VOL≈0V。討論：圖示為救護(hù)車揚(yáng)聲器發(fā)音電路。試計(jì)算揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音的高、低音的頻率以及高、低音的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)VCC=12V時(shí)，555定時(shí)器輸出的高、低電平分別為11V和0.