數(shù)字電子技術(shù)10脈沖波形的產(chǎn)生與變換

1、1第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形脈沖波形的產(chǎn)生和整形2310.1 概概 述述獲得矩形脈沖波形的獲得矩形脈沖波形的兩種方法兩種方法 ： 1）利用各種形式的）利用各種形式的多諧振蕩器電路多諧振蕩器電路，直接產(chǎn)生直接產(chǎn)生矩形脈沖；矩形脈沖； 2）通過整形電路把已有的周期性變化）通過整形電路把已有的周期性變化的波形的波形變換變換為矩形脈沖。為矩形脈沖。 實現(xiàn)這一變換功能實現(xiàn)這一變換功能的過程，稱作的過程，稱作“整形整形”。 常用的整形電路有常用的整形電路有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和施施密特觸發(fā)器密特觸發(fā)器 。41、脈沖周期、脈沖周期T;2、脈沖幅度、脈沖幅度Vm3、脈沖寬度、脈沖寬度tw4、上升時間、上

2、升時間tr5、下降時間、下降時間tf6、占空比、占空比q q= tw / T510. 2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger)的特點：的特點：（1）屬于）屬于電平電平觸發(fā)，當(dāng)輸入信號達到一定電壓值時，輸觸發(fā)，當(dāng)輸入信號達到一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不出電壓會發(fā)生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不同的同的閾值電平閾值電平。（2）在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程，）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變得使輸出電壓波形的邊沿變得很陡很陡。VT-VT+VOVIVOLVOH施密特觸

3、發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性“回差特性回差特性”V= VT+ - VT-610.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器11R1R2vAvIvO1vO1vIvO(b)圖形符號圖形符號（a）電路）電路1、工作原理：、工作原理：設(shè)設(shè)G1、G2是是CMOS電路電路，閾值電壓，閾值電壓VTH=VDD /2, R1Vth時時,電路狀態(tài)維持電路狀態(tài)維持vO=VDD不變。不變。vO從從VDD跳變?yōu)樘優(yōu)?;DD211T212thAVRRRVRRRVvvAvO1vO11R1R2vAvIvO1vO92、工作波形圖和傳輸特性曲線：、工作波形圖和傳輸特性曲線：vOvIVT-VT+

4、0VDDvIVT+VT-t0vOVDDt0th21T2VRRV回差電回差電壓壓通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)R1, R2 的比值，的比值，調(diào)節(jié)回差電壓的大小。調(diào)節(jié)回差電壓的大小。10*10.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器7413圖圖10.2.3 帶帶與非功能的功能的TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器11CMOS集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106：1VIVO1210.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 利用施密特觸發(fā)器的回差特性，可以用于對信號利用施密特觸發(fā)器的回差特性，可以用于對信號進行整形、波形變換、幅度限幅等。進行整形、波形變換、

5、幅度限幅等。1.用于波形變換用于波形變換0VIVT-VT-VT+ttt00vOvO1vIvO132.用于脈沖整形用于脈沖整形(a)當(dāng)傳輸線上電當(dāng)傳輸線上電容較大時，波形的容較大時，波形的上升沿和下降沿將上升沿和下降沿將明顯變壞。明顯變壞。(b)當(dāng)傳輸線較長而當(dāng)傳輸線較長而且接收端的阻抗與且接收端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。生振蕩現(xiàn)象。(c)當(dāng)其他脈沖信當(dāng)其他脈沖信號疊加到矩形脈沖號疊加到矩形脈沖信號時，信號上將信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。出現(xiàn)附加的噪聲。143.用于脈沖幅度鑒別用于脈沖幅度鑒別 例如，輸

6、入信號為幅度不等的一串脈沖，需要例如，輸入信號為幅度不等的一串脈沖，需要消除消除幅度較小的脈沖，而保留幅度大于幅度較小的脈沖，而保留幅度大于Vth的脈沖。的脈沖。 只要將施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓只要將施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓VT+調(diào)到規(guī)定的調(diào)到規(guī)定的Vth，便可實現(xiàn)：，便可實現(xiàn)：15本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形形整形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。施密特觸發(fā)器在脈沖的整脈沖的電路。施密特觸發(fā)器在脈沖的整形電路中應(yīng)用很廣。而且由于具有形電路中應(yīng)用很廣。而且由于具有滯回滯回特性特性，所以抗干擾能力也很強。

7、，所以抗干擾能力也很強。施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門電路及也可以由門電路及555定時器構(gòu)成。定時器構(gòu)成。16習(xí)題10.1 10.21710. 3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以下特點：具有以下特點：1）電路有一個）電路有一個穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)、一個、一個暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)；2）在）在外來觸發(fā)脈沖外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路會暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路會自動返回自動返回穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。3）暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于）暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)電路本身的參數(shù)，與，與

8、觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回著重著重理解理解 :1.為什么為什么電路可以自動返回穩(wěn)態(tài)電路可以自動返回穩(wěn)態(tài) ? 2.在在“暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)”上停留的時間上停留的時間有多長有多長 ? 該該時間由什么決定時間由什么決定 ?18單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路形式電路形式: 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)分立元件構(gòu)成成、門電路構(gòu)成門電路構(gòu)成、還有、還有專門的單穩(wěn)專門的單穩(wěn)集成電路集成電路以及由以及由555電路構(gòu)成等等。電路構(gòu)成等等。下面介紹門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：下面介紹門電路組成的單

9、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：190tvIvo1vRvo20t0t0tt1當(dāng)當(dāng)t1 時刻輸入觸發(fā)信號，時刻輸入觸發(fā)信號， 即即vI 發(fā)生正跳變后，發(fā)生正跳變后，? vo1 應(yīng)該產(chǎn)生負(fù)跳變。應(yīng)該產(chǎn)生負(fù)跳變。10. 3. 1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理11 G1 G2vI VDD R C vRvO1 vO2(1) 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：vo1=1，vo2 =0一、微分型一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器20只要只要 vR tW +tre ，即，即253. 討論：討論：11 G1 G2vI VDD R C vRvO1 vO2vR0tVth（1）暫態(tài)結(jié)束瞬間，加在

10、）暫態(tài)結(jié)束瞬間，加在G2門門輸入端的高壓，可能損壞輸入端的高壓，可能損壞G2。為。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，CMOS器器件內(nèi)部設(shè)有保護二極管。件內(nèi)部設(shè)有保護二極管。（2）當(dāng)輸入）當(dāng)輸入vI的脈沖寬度的脈沖寬度tpi tW 時，時，則在則在v02變?yōu)榈碗娖胶?，將不能影響變?yōu)榈碗娖胶螅瑢⒉荒苡绊慓1的變化，也就形成不了前述正反的變化，也就形成不了前述正反饋過程，使饋過程，使v02輸出邊沿變緩。此時輸出邊沿變緩。此時需在需在G1輸入端加一微分電路。輸入端加一微分電路。Vth+ VDDVDD+ 0.7V260tvivo1vAvo20t0t0tt1當(dāng)輸入的觸發(fā)信號當(dāng)輸入的觸發(fā)信號 vi

11、發(fā)生正跳變后，發(fā)生正跳變后，0111?100 vo1 應(yīng)該產(chǎn)生負(fù)跳變。應(yīng)該產(chǎn)生負(fù)跳變。1二、二、 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理工作原理vO1vO2RC1vivAG1G227vA0t電容電容C應(yīng)該放電應(yīng)該放電:VTH 只要只要 vA VTH ，仍然有仍然有 VA 1，+5VR4T4T5vo1ARC+-10vo1vo2RC1vivA11011 那么，那么，vo2 應(yīng)該應(yīng)該由由 1 變成變成 0。28電容電容C應(yīng)該放電應(yīng)該放電:vA0tVTHvo1vo2RC1vivA1101011 只要只要 vA VTH ，仍，仍然有然有 VA 1， 那么，那么，vo2 應(yīng)該由應(yīng)該由 1 變成變

12、成 0。0tvivo1vAvo20t0t0tt1VTH29vA0tVTH1vo1vo2RC1vivA1100110tvivo1vAvo20t0t0tt1VTH0 那么，那么，vo2 應(yīng)該由應(yīng)該由 0 變成變成 1。 一旦一旦 vA 1000PF 時，脈寬時，脈寬 tW 應(yīng)為應(yīng)為t W = 0. 45 RT CT 74LS123RT / CTCTVCCCTRT5074LS123輸出脈沖的寬度有三種控制方法輸出脈沖的寬度有三種控制方法: 2. 在清零端在清零端 ( CLR ) 加清加清 0 負(fù)脈沖，可提負(fù)脈沖，可提前終止輸出脈沖，如下圖所示前終止輸出脈沖，如下圖所示 ：tWCLRQ圖中圖中tW是由

13、電路參數(shù)決定的暫穩(wěn)態(tài)時間是由電路參數(shù)決定的暫穩(wěn)態(tài)時間 ；實線所表示的實線所表示的 Q 波形則是波形則是 CLR 作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。 51 3. 通過在通過在 A 端或端或 B 端加再觸發(fā)脈沖，端加再觸發(fā)脈沖， 可使輸出脈沖的寬度加寬可使輸出脈沖的寬度加寬 ：tWtWBQtW 為為B的第一次觸發(fā)所產(chǎn)生的暫穩(wěn)態(tài)時間；的第一次觸發(fā)所產(chǎn)生的暫穩(wěn)態(tài)時間；tW 為為B的第二次觸發(fā)所產(chǎn)生的暫穩(wěn)態(tài)時間。的第二次觸發(fā)所產(chǎn)生的暫穩(wěn)態(tài)時間。第一次觸發(fā)尚未結(jié)束，又施加第二次觸發(fā)信號，第一次觸發(fā)尚未結(jié)束，又施加第二次觸發(fā)信號，其效果如其效果如 Q 的實線波形所示。的實線波形所示。52 3. 通過在通過在 A 端或

14、端或 B 端加再觸發(fā)脈沖，端加再觸發(fā)脈沖， 可使輸出脈沖的寬度加寬可使輸出脈沖的寬度加寬 ：tWtWBQ 由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度，脈沖增大輸出脈沖的寬度，所以，所以，它被稱為它被稱為可可再觸發(fā)再觸發(fā)式式單穩(wěn)單穩(wěn) 。53 單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣，如單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣，如 ：整形、延：整形、延時控制、定時順序控制等等。時控制、定時順序控制等等。 1、定時、定時 利用單穩(wěn)電路產(chǎn)生脈寬為利用單穩(wěn)電路產(chǎn)生脈寬為tW的矩形輸出的矩形輸出脈沖作為定時信號，去控制某電路，使其脈沖作為定時信號，去控制某電路，使其在在tW時間內(nèi)動作（或不動作）。時間內(nèi)動作（或不

15、動作）。補充補充: 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用54與門與門單穩(wěn)觸單穩(wěn)觸發(fā)器發(fā)器tW2、延時、延時 1）如延時開關(guān)：當(dāng)按一下開關(guān)時路燈）如延時開關(guān)：當(dāng)按一下開關(guān)時路燈就亮了，但當(dāng)手松開后燈并沒有立即滅就亮了，但當(dāng)手松開后燈并沒有立即滅掉，而是經(jīng)過一段時間后才滅掉，這里掉，而是經(jīng)過一段時間后才滅掉，這里就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時應(yīng)用。就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時應(yīng)用。 550tvivo1vRvo20t0t0tt1Vth 2）從）從單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形可看出，器的工作波形可看出，輸出端輸出端vo1的上升沿相對的上升沿相對于輸入信號于輸入信號vi 的上升沿的上升沿延遲了延遲了tW時間時間。tW

16、 這種延遲作用常應(yīng)這種延遲作用常應(yīng)用于用于時序控制時序控制。563、構(gòu)成多諧振蕩器、構(gòu)成多諧振蕩器A2A1BRext/CextVCCCextQGNDC1R1VCCVCC174121（1）A2A1BVCCCextQGNDC2R2VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2SS為起振開關(guān)，將為起振開關(guān)，將S打開，電路開始振蕩。打開，電路開始振蕩。工作原理：工作原理：B=1, A1 、A2中一個為下降沿，中一個為下降沿，另一個為另一個為1或或A1 、A2 都為下降沿。都為下降沿。 觸發(fā)方式：觸發(fā)方式： A1A2=0, 且且B為上升沿；為上升沿； 57A2A1BRext/CextVCCC

17、extQGNDC1R1VCCVCC174121（1）A2A1BVCCCextQGNDC2R2VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2設(shè)初始狀態(tài)設(shè)初始狀態(tài)Q1 =0, Q2=0, S打開后：打開后：第第1片：片：A1 =Q2 =0, A2=1,B由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?，所，所 以以Q1 從從0 跳變?yōu)樘優(yōu)?；第第2片：片：A2 =B=1, A1= Q1,當(dāng)當(dāng)Q1暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時時A1 有下降沿，所以有下降沿，所以Q2 從從0 跳變?yōu)樘優(yōu)?；58A2A1BRext/CextVCCCextQGNDC1R1VCCVCC174121（1）A2A1BVCCCextQGNDC2R2

18、VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2設(shè)初始狀態(tài)設(shè)初始狀態(tài)Q1 =0, Q2=0, S打開后：打開后：第第1片：片：當(dāng)當(dāng)Q2 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時，A2=B=1, A1=Q2有下降沿，所以有下降沿，所以Q1 又從又從0跳變?yōu)樘優(yōu)?；第第2片：片：A2 =B=1, A1= Q1,當(dāng)當(dāng)Q1暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時時A1 有下降沿，所以有下降沿，所以Q2 又從又從0跳變?yōu)樘優(yōu)?；周而復(fù)始，形成振蕩。周而復(fù)始，形成振蕩。 振蕩周期振蕩周期T=0.69(R1C1+R2C2)59工作波形：工作波形：Q1Q2B1tW1tW2604、噪聲消除電路、噪聲消除電路A2A1BRextVC

19、CCext74121QCRVCC1DC1RQVOVIVIVOQtWtWtW噪聲噪聲 利用單穩(wěn)電路，將利用單穩(wěn)電路，將輸出脈寬輸出脈寬調(diào)節(jié)到調(diào)節(jié)到大于大于噪聲寬度而噪聲寬度而小于小于信號寬度，即可消除噪聲。信號寬度，即可消除噪聲。61本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)。由門電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)。由門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為相似，只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。相似，只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可以由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時器構(gòu)成。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，由一個暫穩(wěn)定

20、時器構(gòu)成。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)，其態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)觸發(fā)”信號也是由電路內(nèi)部信號也是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈電容充（放）電提供的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈沖寬度也由電路的阻容元件決定。沖寬度也由電路的阻容元件決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，但單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，但卻可以把其它形狀的信號變換成為矩形波，用途卻可以把其它形狀的信號變換成為矩形波，用途很廣。很廣。62習(xí)題10.116310. 4 多諧振蕩器多諧振蕩器10. 4. 2 非對稱式多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器1 1、電路組成及工作原理：、電路組成及工作原理：1G G

21、1 11G G2 2R RC CV VI IV VO1O1V VO2O2圖圖10.4.6 由由CMOS門電門電路組成的多諧振蕩器路組成的多諧振蕩器假定假定CMOS反相器反相器的電壓輸出特性為的電壓輸出特性為理想化折線，即理想化折線，即VON=VOFF ，稱之稱之為為門坎電平門坎電平Vth 。 多諧振蕩器也叫矩形波振蕩器，是一種多諧振蕩器也叫矩形波振蕩器，是一種自激自激振蕩振蕩電路，在接通電源后，電路，在接通電源后，不需要不需要外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的生一定頻率和幅值的矩形脈沖矩形脈沖。是。是無穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)態(tài)電路。電路。64(1)(1)第一暫第一暫穩(wěn)態(tài)及電路穩(wěn)態(tài)及電

22、路自動翻轉(zhuǎn)的自動翻轉(zhuǎn)的過程：過程：+UDDTP1TN1D1D2TP2TN2D3D4VO1VO2VIRC 設(shè)設(shè)t=0時刻時刻接通電源，接通電源，電容電容C尚未充尚未充電，初始狀電，初始狀態(tài)為：態(tài)為：VO1=1VO2=0電容電容C充電充電,充充電電當(dāng)當(dāng)VI上升到上升到Vth 時時:VIVO1VO2電路迅速電路迅速翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為：VO1=0VO2=1正反饋過程正反饋過程( (第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)) )設(shè)設(shè)Vth= VDD/2：10( (第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài)) )650(2)(2)第二暫第二暫穩(wěn)態(tài)及電路穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)的自動翻轉(zhuǎn)的過程：過程：+UDDTP1TN1D1D2TP2TN2D3D4VO1VO2

23、VIRC電路進入電路進入第二暫態(tài)第二暫態(tài)的瞬間，的瞬間，電容電容C C放電放電, ,放放電電當(dāng)當(dāng)VI 降至降至Vth 時時:VIVO1VO2電路迅速電路迅速翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為：VO1=1， VO2=0VO2上升到上升到 UDD ：VI= UDD + V+正反饋過程正反饋過程1VI也上跳也上跳 UDD，10662 2、工作波形圖：、工作波形圖：VthVIt0tVO20VDDVDD+ V+1G G1 11G G2 2R RC CV VI IV VO1O1V VO2O2充充電電放放電電-V-67 忽略導(dǎo)通門的導(dǎo)通電阻，充電和放電的時間忽略導(dǎo)通門的導(dǎo)通電阻，充電和放電的時間常數(shù)均為常數(shù)均為RC，用三要素法求

24、解，用三要素法求解:1）充電時）充電時：VI（0+）0，VI（）=VDD ， =RCteVVVtV)()0()()(VthVIt0tVO20VDDt1t23、振蕩周期、振蕩周期T的計算：的計算：T1T2VDD+ V+-V-68RCTDDDDIeVVTV/11)0()(=VththDDRCTDDVVeV/1DDthDDRCTVVVe/1thDDDDVVVRCTln12）放電時）放電時：VI（0+） VDD ，VI（）=0 ， =RCthDD2VVRClnT VthVIt0tVO20VDDt1t2T1T269ththDDDDVVVVRCTTT)(ln221則則T= T1+T21.4RC若若Vth=

25、VDD / 2,2）其振蕩頻率主要取決于）其振蕩頻率主要取決于R、C的參數(shù)的參數(shù)及及Vth 的大小的大小。而而Vth本身就不穩(wěn)定，因本身就不穩(wěn)定，因此其此其頻率的穩(wěn)定性不高。頻率的穩(wěn)定性不高。1）這種形式的多諧振蕩器電路是利用）這種形式的多諧振蕩器電路是利用回路中的回路中的正反饋作用正反饋作用產(chǎn)生自激振蕩的；產(chǎn)生自激振蕩的；結(jié)結(jié)論論7010.4.3 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器: : 例如，利用邏輯門電路的傳輸延遲時例如，利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將間，將奇數(shù)個奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個成一個簡單簡單的環(huán)形振蕩器的環(huán)形振蕩器: :&321uo3

26、uo2uo1利用閉合回路中的利用閉合回路中的延遲負(fù)反延遲負(fù)反饋作用饋作用產(chǎn)生自激振蕩。產(chǎn)生自激振蕩。71&321uo3uo2uo1 設(shè)設(shè) uo3 的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0:010101 用波形圖來表示用波形圖來表示,則為則為:優(yōu)點優(yōu)點: 電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少而精。所用元件少而精。缺點缺點: 頻率太高頻率太高,并且不可調(diào)整。并且不可調(diào)整。T=2ntpd0tuo37210.4.4 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器1VIVORCVIVT+VT-0tVOt0T1T2T=T1 + T2)ln(lnlnTTTDDTDDTTTDDTDDVVVVVVRCVVRCV

27、VVVRCT若電路使用的是若電路使用的是CMOS施密特觸發(fā)器，且施密特觸發(fā)器，且VOHVDD,VOL0,則則73通過改變通過改變R1和和R2的比值，就能改變占空比。的比值，就能改變占空比。74 石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號。基準(zhǔn)信號。 為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率，為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率， 可在振蕩可在振蕩電路中串接電路中串接石英晶體石英晶體，組成，組成石英晶體振石英晶體振蕩器蕩器，如下圖所示。，如下圖所示。10. 4. 5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體石英晶體11RFRFCCG1G2vo751、石英晶體的符號和阻抗頻率特性：、石英晶體的符號和阻抗

28、頻率特性：容容性性感感性性容容性性0Xf0f 當(dāng)外加電壓的頻率為當(dāng)外加電壓的頻率為f0時，它的阻抗最小，因此只時，它的阻抗最小，因此只有頻率為有頻率為f0 的電壓信號最容易通過它，并在電路中形的電壓信號最容易通過它，并在電路中形成正反饋，而其他頻率的信號均會被石英晶體成正反饋，而其他頻率的信號均會被石英晶體衰減衰減。電阻性電阻性(a)符號符號f0串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率76 因此，石英晶體振蕩器的頻率因此，石英晶體振蕩器的頻率僅由石英晶體固僅由石英晶體固有的串聯(lián)諧振頻率有的串聯(lián)諧振頻率f0 所決定所決定，而與外接電阻、電容，而與外接電阻、電容無關(guān)。無關(guān)。 其頻率穩(wěn)定度其頻率穩(wěn)定度f0 0/ /

29、f0 0 甚至可達甚至可達 10101010 1010-11 -11 量量級，因而得到廣泛的應(yīng)用。級，因而得到廣泛的應(yīng)用。2、石英晶體振蕩器、石英晶體振蕩器:11RFRFCCG1G2vo77本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時器構(gòu)成。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本定時器構(gòu)成。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是用于反饋的耦觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。合網(wǎng)絡(luò)不同。RS觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，所以又稱為無穩(wěn)電路。器沒有穩(wěn)態(tài)，所以又稱為無穩(wěn)電路。

30、在多諧振蕩器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個在多諧振蕩器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個暫穩(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)觸發(fā)”信號是由電路內(nèi)部電容充（放）信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的電提供的，因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。78習(xí)題10.12 10.147910.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 555定時器是一種多用途的數(shù)字定時器是一種多用途的數(shù)字- -模擬混合模擬混合集成電路，集成電路， 由于使用靈活、方便，由于使用靈活、方便，555定時器在波形的定時器在波形的產(chǎn)生與變換、信號的測量與控制、家

31、用電器、電產(chǎn)生與變換、信號的測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。子玩具等許多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。 利用它能極方便地構(gòu)成利用它能極方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器多諧振蕩器和和施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器及其它實用電路。及其它實用電路。555定時器定時器雙極型雙極型CMOS型型如：如：NE555、556（雙（雙555）如：如：7555、7556 （雙（雙555）電源電壓范圍為電源電壓范圍為5 16V，最大負(fù)載電，最大負(fù)載電流可達流可達200mA；電源電壓范圍為電源電壓范圍為3 18V，最大負(fù)載電，最大負(fù)載電流在流在4mA以下。以下。8010.5.1 555

32、定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理放電端放電端觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入閾值輸入閾值輸入控制電壓控制電壓3個阻值為個阻值為5k 的電阻組成的分壓器；兩個的電阻組成的分壓器；兩個模擬電模擬電壓比較器壓比較器 C1、C2 ； 一個一個SR鎖存器鎖存器 ；一個放電；一個放電三極管三極管TD 和緩沖器和緩沖器G4。(1) (1) 電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：81(2) 555定時器的工作原理：定時器的工作原理：VCC 8 RD 43 vo 1 GND vo 7 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入vI2 2閾值輸入閾值輸入vI1 6控制電壓控制電壓vCO 5R&1+-+-C1C25k 5k 5k STDQQG45腳懸空時，腳懸空

33、時，比較器比較器C1、C2 的比較電壓的比較電壓分別為：分別為：CCCCVV3132和比較器比較器C1輸出輸出低低電平，電平，比較器比較器C2輸出輸出高高電平，電平， SR鎖存器被鎖存器被置置0，放電三極管，放電三極管TD導(dǎo)導(dǎo)通通，輸出端，輸出端vo為為低電平低電平。當(dāng)當(dāng)vI123VCC,vI213VCC時，時，1)VR2VR1010082比較器比較器C1輸出輸出高高電平，電平，比較器比較器C2輸出輸出低低電平，電平， SR鎖存器被鎖存器被置置1，放電三極管，放電三極管TD截止截止，輸出端，輸出端vo為為高電平高電平。當(dāng)當(dāng)vI123VCC,vI213VCC時，時，2)比較器比較器C1輸出輸出高

34、高電平，電平，比較器比較器C2輸出輸出高高電平，電平， SR鎖存器鎖存器狀態(tài)不變狀態(tài)不變，vo和和TD的的狀態(tài)狀態(tài)保持保持。當(dāng)當(dāng)vI113VCC時，時，3)VCC 8 RD 43 vo 1 GND vo 7 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入vI2 2閾值輸入閾值輸入vI1 6控制電壓控制電壓vCO 5R&1+-+-C1C25k 5k 5k STDQQG4VR2VR11011保持保持保持保持1183比較器比較器C1輸出輸出低低電平，電平，比較器比較器C2輸出輸出低低電平，電平，輸出端輸出端vo為為高電平，高電平，當(dāng)當(dāng)vI123VCC,vI213VCC時，時，4)放電三極管放電三極管TD截止截止。閾值端閾值端觸發(fā)

35、端觸發(fā)端vI1 vI2VCC / 32VCC / 3VCC / 3RD晶體管晶體管TDvo2VCC / 3大于大于小于小于保持保持保持保持1大于大于2VCC / 3VCC / 3大于大于10導(dǎo)通導(dǎo)通小于小于小于小于11截止截止00導(dǎo)通導(dǎo)通XX555的功能表的功能表VCC 8 RD 43 vo 1 GND 7 vI2 2 vI1 6 vCO 5 R&1+-+-C1C25k 5k 5k STQQG8410. 5. 2 用用555定時器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器tvI0tvo0工作波形圖工作波形圖CCV31CCV32vIvo0電壓傳輸特性電壓傳輸特性CCV31CCV32如果如果5腳腳

36、外接控制電壓外接控制電壓vCO ，則改變，則改變vCO的大的大小，就可以調(diào)節(jié)回差小，就可以調(diào)節(jié)回差電壓的范圍。電壓的范圍。85vot0twvCt023VCCtvI0（1 1）電源接通瞬間，電路自動進入）電源接通瞬間，電路自動進入vo=0的的穩(wěn)定狀態(tài)；穩(wěn)定狀態(tài)；（2 2）加入觸發(fā)信號，電路進入暫穩(wěn)態(tài)）加入觸發(fā)信號，電路進入暫穩(wěn)態(tài)1 1；vC(0+)=0, vC( )=VCC, =RCtw=RCln31.1RC？10. 5. 3 用用555定時器接成的單穩(wěn)觸發(fā)器定時器接成的單穩(wěn)觸發(fā)器86由由555定時器構(gòu)成定時器構(gòu)成可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)電路：單穩(wěn)電路：tw放電放電 該電路與前面的電路不同的地方

37、該電路與前面的電路不同的地方就是在電容兩端并接了一個三極管就是在電容兩端并接了一個三極管T T。只有在兩次觸發(fā)時間間隔大于只有在兩次觸發(fā)時間間隔大于tw時，電路才會回到穩(wěn)態(tài)。時，電路才會回到穩(wěn)態(tài)。8 476352 10.01 FCTvIVCCvOR555t0vIt0t0vCvOCCV32 這樣，當(dāng)這樣，當(dāng)vI 在在單穩(wěn)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)期間連續(xù)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)期間連續(xù)觸發(fā)時，時，由于由于T導(dǎo)通能將電容導(dǎo)通能將電容C上的電荷放掉，使上的電荷放掉，使6端電壓達不到端電壓達不到2/3VCC，從而實現(xiàn)重復(fù)觸發(fā)。，從而實現(xiàn)重復(fù)觸發(fā)。vC87555構(gòu)成的單穩(wěn)電路作為構(gòu)成的單穩(wěn)電路作為脈沖寬度調(diào)制器脈沖寬

38、度調(diào)制器：8 425376vCO1VccRCvOvI555vOt0vCOt0CCVCCV32CCV31vIt0vCt0當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓升高升高時，電路的閾值時，電路的閾值電壓也升高，輸出電壓也升高，輸出脈沖寬度脈沖寬度隨之隨之增加增加；反之，輸出脈沖寬度隨之；反之，輸出脈沖寬度隨之減少。減少。比較電壓分別是：比較電壓分別是： vco 和和 COv21該電路可以實現(xiàn)該電路可以實現(xiàn)電壓電壓-頻率轉(zhuǎn)換頻率轉(zhuǎn)換。vC88tPHtPL電路狀態(tài)電路狀態(tài)保持保持， vo仍為仍為1； 定時器狀態(tài)定時器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為0，內(nèi)部放電，內(nèi)部放電管管TD導(dǎo)通導(dǎo)通； 3VCC123VCCvC當(dāng)當(dāng)vC上升到：上升到：

39、當(dāng)當(dāng)vC上升到上升到23VCC時，時， 電容電容C通過通過R2,TD放電放電，vC下降，降至下降，降至 時，時，vO又從又從0翻翻轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到1，內(nèi)部放電管內(nèi)部放電管TD截止截止。CCV31tvo Otvc OCCV31CCV32 當(dāng)電源接通時，電容當(dāng)電源接通時，電容C上初始電壓為上初始電壓為0，電源，電源VCC通過通過R1和和R2對電容對電容C充電充電，vC上升，在上升，在vC 時，由于時，由于2端、端、6端相連，定時器處于端相連，定時器處于置置1狀態(tài)，內(nèi)部放電管狀態(tài)，內(nèi)部放電管TD截止截止；CCV3110. 5. 4 用用555定時器接成的多諧振蕩器定時器接成的多諧振蕩器89振蕩頻率的計算：振

40、蕩頻率的計算：1)1)矩形波高電平時間矩形波高電平時間t tPHPH，即充電時間，即充電時間: :tPH =(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C2)2)矩形波低電平時間矩形波低電平時間t tPLPL，即放電時間，即放電時間: :tPL =R2Cln20.7R2C占空比占空比q : :脈沖高電平時間與脈沖高電平時間與周期的百分比。周期的百分比。CRRttfPLPH)2(43. 112121212RRRRtttqPLPHPHtvo OtPHtPLtvc OCCV31CCV320.01 FC8 476235vcVccvoR1R2155590占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器(圖圖1

41、0.5.8 )CRRttfPLPH)(43. 1121100211RRRq充充電電放電放電9148162357R1C555uoVCCR21R28S8S1簡易電子琴簡易電子琴- 555定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的多諧振蕩器：多諧振蕩器： 簡易電子琴就是通過改變簡易電子琴就是通過改變R2 的阻的阻值來改變輸出方波的頻率值來改變輸出方波的頻率 ，使外接，使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào)的喇叭發(fā)出不同的音調(diào) 。92本章小結(jié)本章小結(jié)1、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作特點和主要用途；工作特點和主要用途；2、555定時器的應(yīng)用；定時器的應(yīng)用；3、波形分析方法：、波

42、形分析方法：（1）分析電路的工作過程，定性地畫出電路中各點電）分析電路的工作過程，定性地畫出電路中各點電壓的波形，找出決定電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的控制電壓；壓的波形，找出決定電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的控制電壓；（2）畫出控制電壓充、放電的等效電路，并將得到的）畫出控制電壓充、放電的等效電路，并將得到的電路化簡；電路化簡；（3）確定每個控制電壓充、放電的起始值、終了值和）確定每個控制電壓充、放電的起始值、終了值和轉(zhuǎn)換值；轉(zhuǎn)換值；（4）計算充、放電時間，求出所需的計算結(jié)果。）計算充、放電時間，求出所需的計算結(jié)果。93習(xí)題10.20 10.22 10.2594該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為微電機起動、停車的控制

43、電路。作為微電機起動、停車的控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRvoM微電機微電機555S1 : 起動按鈕起動按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕補充：補充：555定時器構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器954816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555vo導(dǎo)通導(dǎo)通閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tvo011001導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX 則則 TR VCC / 3 ； 未按未按 S2 ， TH VCC / 3

44、 ， TH 2VCC / 3 ，且且 TR VCC / 3 ， 這時這時 vo = 0 ， 電機電機停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn) 。電機電機 停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn) 再再 松開松開 S2 ， TH VCC / 3， 這時這時 vo保持為保持為 0 ，電機電機依然停轉(zhuǎn)依然停轉(zhuǎn)。閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tvo011001導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX導(dǎo)通導(dǎo)通97*多點溫度巡回檢測多點溫度巡回檢測第一路第一路測溫電橋測溫電橋第二路第二路測溫電橋測溫電橋CC 4 0 5 1多路多路開關(guān)開關(guān)C B A141335 0 倍倍電壓電壓放大器放大器電壓表電壓表數(shù)數(shù) 字字NE55574LS90計計數(shù)數(shù)器器QBQABA74LS48譯譯碼碼器器顯示器顯示器7DC重點講解：重點講解：測溫電橋測溫電橋模擬多路開關(guān)模擬多路開關(guān)98“測溫電橋測溫電橋”的工作原理的工作原理+_R1R2R3+-R測溫探頭測溫探頭U接接 405170k 10 k 6V = 測溫探頭也稱溫度傳感器，測溫探頭也稱溫度傳感器， 其種類其種類很多，很多， 本電路中使用的是一個具有保護本電路中使用的是一