第九章廣告歌

第十章脈沖單元電路§10.1概述§10.3555定時(shí)器及其應(yīng)用§10.2集成門脈沖電路§10.1脈沖信號與脈沖電路10.1.1脈沖信號定義:持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流信號;凡不具有連續(xù)正弦波形狀的信號,都可稱為脈沖信號.常見波形(圖10-1-1)實(shí)際矩形波及參數(shù)脈沖周期T：周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。脈沖幅度：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度：從脈沖前沿到達(dá)0.5起，到脈沖后沿到達(dá)0.5為止的一段時(shí)間。上升時(shí)間：脈沖上升沿從0.1上升到0.9所需要的時(shí)間。下降時(shí)間：脈沖下降沿從0.9下降到0.1所需要的時(shí)間。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值。10.1.2脈沖電路獲取矩形脈沖波形（時(shí)鐘）的途徑有兩種：2、用整形電路把已有的周期性變化的波形整形產(chǎn)生1、用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形脈沖波形的整形電路——施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用門電路可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。用555定時(shí)器也可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器?！?0.2集成門脈沖單元電路一、特點(diǎn)

2、電平觸發(fā)：觸發(fā)信號UI可以是變化緩慢的模擬信號，

UI達(dá)某一電平值時(shí)，輸出電壓U0突變。

U0為脈沖信號。

3、電壓滯后傳輸：輸入信號UI從低電平上升過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平，與UI

從高電平下降過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平不同,有回差特性。10.2.1施密特觸發(fā)器10.2.1.1概述

1、兩個(gè)穩(wěn)態(tài)同向輸出特性：VT+UoUIUoLUoH二、傳輸特性VT反向輸出特性：VT+UoUIUoLUoHUI=VT+時(shí)，Uo=UoL

UI=VT-

時(shí)，Uo=UoL

UI=VT-

時(shí)，Uo=UoHVTUI=VT+時(shí)，

Uo=UoH00當(dāng)UI=0時(shí)，Uo=UoL當(dāng)UI=0時(shí)，Uo=UoH正向閾值電平VT+：

UI

上升時(shí)，引起Uo

突變時(shí)對應(yīng)的UI

值。負(fù)向閾值電平VT-

：

UI

下降時(shí)，引起Uo

突變時(shí)對應(yīng)的UI值。三、符號11四、分析方法先分析靜態(tài)(穩(wěn)態(tài)1)情況分析輸入信號的上升過程,找到輸出翻轉(zhuǎn)的VT+

分析輸入下降過程,找到輸出翻轉(zhuǎn)的VT-

UO1UI’UIUO11R2R1G1G210.2.1.2用門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器一、構(gòu)成UIUO1UO說明UI=00010同相施密特觸發(fā)器

UI上升過程中VT+VTH10VT+VTH10G1、G2門將要翻轉(zhuǎn)=VT+=VTH0UO突變UI下降過程中>VT->VTH010110VT-VTH=VT-=VTHG1、G2門將要翻轉(zhuǎn)UO突變1UI’（用CMOS非門）=>=>=>=>二、工作原理>VT+>VTH0110VT-VTH三、舉例設(shè)UI為緩慢變化的三角波：UItVTHVT+VT-UOtUOLUOHG1門的閾值電平四、計(jì)算回差電壓ΔVT1、求VT+在UI從0開始上升時(shí)，UO=UOL。UOH1UI，G1R1R2UIG21UOUOLVTHVT+從求UI

,入手求VT+：UI

,=VTH=UR2=R2R1+R2VT+∴VT+=R2R1+R2VTH=（1+R2R1）VTH在UIVT+，UI

,VTH，G1、G2門要翻轉(zhuǎn)前的瞬間，=>=>電路中電流流向和電位情況見圖。2、求VT-UOL1UI，G1R1R2UIG21UO在UI從最大值開始下降時(shí)，UO=UOH。UOHVTHVT-從求UI

,入手求VT-

：UI

,=UTH=UOH–

UR2=∴VT-

=R2R1+R2VTH

–

R2R1UOHR2R1+R2UOH–[（UOH–VT

–

）]又：故：UOH=VDD；VTH=VDD12VT-=（1

–）VTHR1R2電路中電流流向和電位情況見圖。在UIVT-

，UI

,VTH，G1、G2門要翻轉(zhuǎn)前的瞬間，=>=>五、電壓傳輸特性∵UI=0時(shí)，UO=UOL∴是同相施密特特性UIUOVDDVTH2VTHR1R23、求回差電壓ΔVTΔVT

=VT+-

VT-=2VTH

R1R2=R1R2VDD當(dāng)VDD一定時(shí)，調(diào)R1、R2，可調(diào)ΔUT

，即可調(diào)VT+VT-，可調(diào)UO脈寬。VT-VT+10.2.1.3集成施密特觸發(fā)器常用TTL電路集成施密特觸發(fā)器有7413等，常用CMOS電路集成施密特觸發(fā)器有CC40106等。10.2.1.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用一、用于波形變換例：已知UI為半波，UIm=9V，電路的VT+=6V，

VT-=3VUOH=VDD，試畫UO波形。963VT+VT-VDDVDD11UI（V）totUOotUOo二、用于脈沖整形UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-11三、用于脈沖鑒幅VCD§10.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.2.2.1概述一、特點(diǎn)1、一個(gè)穩(wěn)態(tài),一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。2、開機(jī)（接通電源），電路出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài)。3、暫態(tài)維持一段時(shí)間，自動返回穩(wěn)態(tài)。暫態(tài)維持時(shí)間的長短，只和電路參數(shù)有關(guān)，與觸發(fā)信號的幅度、電源電壓的高低無關(guān)。二、符號三、分析方法先分析穩(wěn)態(tài)情況觸發(fā)信號作用時(shí),進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)自動返回過程10.2.2.2用門電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、組成（用TTL與非門）2、工作原理（用負(fù)窄脈沖觸發(fā)）UIUO1UI2UO說明穩(wěn)態(tài)11001穩(wěn)態(tài)：UO=1C中無電荷觸發(fā)0110暫態(tài)：UO=0C充電UI2↓↓

=VTH111001返回穩(wěn)態(tài)：UO=1C放電UI2↑↑

=0111001恢復(fù)為起始穩(wěn)態(tài)

C中無電荷UIUO1UI2UOUI，&&CRG1G2UI，總之：不觸發(fā)：UO=1，C中無電荷觸發(fā)：UO=0C充電：返回UO=1C放電：恢復(fù)為起始穩(wěn)態(tài)，UO=1，

C中無電荷3、電壓波形*為了保證觸發(fā)時(shí)間極短，通常在UI端加RC微分電路：&G1UO1CdRdUIUd注意；第二次觸發(fā)必須在第一次觸發(fā)穩(wěn)定之后進(jìn)行。二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、組成可用TTL與非門組成，門之間用RC積分電路耦合。UAUBUO1UOUI2、工作原理（用正的寬脈沖觸發(fā)）UIUAUBUO說明接通VCC不觸發(fā)10↑≈VCC01自然穩(wěn)態(tài)：UO=1觸發(fā)10≈VCC10暫穩(wěn)態(tài)：UO=01返回穩(wěn)態(tài)：UO=1C放電UA↓↓≤VTH恢復(fù)為自然穩(wěn)態(tài)101不觸發(fā)10↑≈VCC01UO=1RCG1G2&&UO13、電壓波形tUItUO1tUAtUOVTHTTRTreTw4、輸出脈寬TW和幅度

UOmTW≈

RClnVOL-

UOHVOL-

VTHUom=UOH-UOL5、分辨時(shí)間TdTd由波形圖知：Td=TTR+TreTTR：觸發(fā)脈沖的寬度Tre：恢復(fù)時(shí)間，即UO1跳到UOH后，C充電達(dá)穩(wěn)定值所需的時(shí)間T充。+-CRUOHRO+VCCG1UA由充電回路知：充電回路Tre=T充=(3~5)(RO+R)C10.2.2.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、不可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再加觸發(fā)脈沖無效tUITWUOt2、可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再次觸發(fā)有效，輸出脈沖可再維持一個(gè)脈寬。tUIUOtTW常用74121，74221，74LS221等都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中，74121的電路符號如圖：Cext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121一、分類二、常用產(chǎn)品舉例§10.2.3多諧振蕩器特點(diǎn)：不需要外加觸發(fā)信號，電路自激振蕩，沒有穩(wěn)態(tài)。用途：產(chǎn)生脈沖方波。10.2.3.1

用門電路構(gòu)成多諧振蕩器一、對稱式多諧振蕩器1、組成（用TTL門電路）UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理則，暫態(tài)Ⅰ：

UO1=0、UO2=1

接下來：C1充電、C2放電假設(shè)，某一時(shí)刻，電路出現(xiàn)UO1=0、UO2=1的狀態(tài)，由于充電比放電快。C1充電→

UI2=VTH時(shí)→

G2導(dǎo)通→

UO2=0UI1=0→UO1=1暫態(tài)Ⅱ：UO1=1、

UO2=0C2充電→

UI1=VTH時(shí)→

G1導(dǎo)通→

UO1=0UI2=0→UO2=1電路回到暫態(tài)Ⅰ。循環(huán)往復(fù)，直到關(guān)機(jī)。總之：UO1=0UO2=1UO2=0UO1=1UO1=1UO2=0UO1=0UO2=1→

C1充電→

UI2→→

C2充電→UI1→→C2放電→UI1→

C1放電→UI2二、環(huán)形振蕩器1、組成利用門電路的傳輸延遲時(shí)間tpd，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接。UO1UO2UO31G11G21G32、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、計(jì)算TW=ntpd；T=2TW；f=1/T一般，tpd=TTL類幾十nsCMOS類幾百ns（所以，環(huán)形振蕩器的振蕩頻率f特別高）為了獲得較低的、可調(diào)的f，可在環(huán)形回路中增加RC延時(shí)環(huán)節(jié)。TWn是門的數(shù)目。10.2.3.2

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器1、組成UIUO2、工作原理接通VCC瞬間，C中無電荷，所以：1）UC=0→

3、電壓波形2）UO=1→C充電→UI，3）UO=0→C放電→UI，tUOtUI00VT+VT-若是CMOS電路，T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1T1=RCln————VDD-VDD-T=T1+T2；f=1/T；q=T1/TUI=0→UO=1VT-VT+T2=RCln———0-0-VT+VT-則：10.2.3.3

石英晶體多諧振蕩器一、石英晶體許多應(yīng)用場合。要求多諧振蕩器的振蕩頻率f十分穩(wěn)定，（如數(shù)字鐘的秒脈沖頻率）。上述電路的f都達(dá)不到要求。最簡便的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體，構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。石英晶體的固有振蕩頻率fo

由結(jié)晶方向、外形尺寸決定；頻率穩(wěn)定度（Δfo/fo)可達(dá)10-10~10-11。fo電容性電感性fXO電抗頻率特性曲線符號二、石英晶體振蕩器1、組成將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。當(dāng)外加電壓的頻率f=fo時(shí)，其電抗X=0。UI1UOUO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理當(dāng)UO的頻率f=fo時(shí)，反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路才起振。fo的穩(wěn)定度極高，這就解決了多諧振蕩器的穩(wěn)頻問題。3、參數(shù)選擇各種固有振蕩頻率fo的石英晶體已做成成品，可根據(jù)所購晶體的fo選擇電路的外接RF和C，fo一般都很高，應(yīng)利用分頻器將fo分頻為所需頻率。例如，需要頻率為1HZ的秒脈沖，可選購fo=32768HZ的晶振，通過15次二分頻獲得1HZ。結(jié)果：f=fo。VCD§10.3555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)器是單片集成電路，用途廣，可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。雙極型產(chǎn)品型號的后三位數(shù)碼為555。單極型產(chǎn)品型號的后四位數(shù)碼為7555。其功能和外部引腳的排列完全相同。10.3.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能一、組成與特點(diǎn)當(dāng)CO端不接控制電壓UCO時(shí)：VR2=VCC，13VR1=VCC23國產(chǎn)CB555的結(jié)構(gòu)框圖：它由三個(gè)5KΩ電阻、比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器和放電管TD組成。分壓器當(dāng)CO端外接控制電壓UCO時(shí)：VR2=UCO

12VR1=UCO反相同相U6U2RDUOTDQQRdSd23VCC13VCC放電管TD的作用：給外接電容C提供放電通路。等效簡化電路：C2出0；C1出0。比較器

當(dāng)U2<

時(shí)，VCC13當(dāng)U6>

時(shí)，VCC23觸發(fā)器U6高電平有效復(fù)位;U2低電平有效置1二、工作原理輸入過渡輸出RDU6U2RdSdQQTD狀態(tài)0XXXX導(dǎo)通123VCC<>23VCC>13VCC導(dǎo)通113VCC<截止123VCC<>13VCC保持表1CB555功能表（CO端懸空時(shí)）表1的主要內(nèi)容見表2：U6U223VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<>13VCCQ01保持工作原理見表1表2RD=1時(shí)的表1由表2可得如下口訣：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持011011010110當(dāng)CO端接有UCO時(shí)：12UCO，VR2=三、說明VR1=UCO、換為13VCC將上述分析中的換為23VCC12UCO，所有結(jié)論仍成立。四、電路符號UOTHTDCOVCC12345678555TRRDGNDUCO，10.2.2555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器二、工作原理（設(shè)：UI為模擬三角波）UIU6U2UO23VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<≥23VCC010≤13VCC13VCC<1三、電壓波形一、組成UIUO+VCC12345678555tUItUO13VCC23VCCVT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC0.01uF從電壓波形知：此為施密特反相器。10.3.3555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器UO+VCC123456785550.01uFRCUI+-二、工作原理U2=UI

，和比較；13VCCU6=UC，和比較。23VCC要求觸發(fā)信號為負(fù)的窄脈沖CUCU6（UC）U2（UI）UO（Q）TD說明充電=23VCC>23VCC>13VCC0導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)：UO=0放電=023VCC<>13VCC保持接通VCC不觸發(fā)UI=1023VCC<13VCC<1截止暫態(tài)：UO=1充電=23VCC>23VCC>13VCC0導(dǎo)通返回：UO=0放電=023VCC<>13VCC保持UI=1一、組成無電荷觸發(fā)總之：不觸發(fā)，UO=0；UO=1維持一段時(shí)間又返回UO=0充電回路：VCC+→R→C→VCC-（充電慢）放電回路：C+→TD→C-（放電快）三、電