數(shù)電第8章脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形

1、第第 8 8 章章 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形多諧振蕩器多諧振蕩器 能直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)能直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 能對已有信號(hào)進(jìn)行變換與整形能對已有信號(hào)進(jìn)行變換與整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 可用于脈沖信號(hào)的定時(shí)、延時(shí)可用于脈沖信號(hào)的定時(shí)、延時(shí) 555 定時(shí)器定時(shí)器8.1 555集成定時(shí)器集成定時(shí)器 555集成定時(shí)器是一種將模擬和數(shù)字電路集成于一體集成定時(shí)器是一種將模擬和數(shù)字電路集成于一體的電子器件的電子器件, 通過外加少量的阻容元件通過外加少量的阻容元件, 能構(gòu)成多種用途的能構(gòu)成多種用途的電路。電路。8.1.1 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)1. 分壓器

2、分壓器2. 比較器比較器3. RS鎖存器鎖存器4. 三極管放電開關(guān)三極管放電開關(guān)5. 輸出緩沖器輸出緩沖器組成：組成：VCC+-UC1C1+-UC2C2&QQOUT5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2VoRDVoTD8.1.2 定時(shí)器的邏輯功能定時(shí)器的邏輯功能1）Vi12/3VCC Vi21/3VCC Vo=02）Vi12/3VCC Vi21/3VCC Vo=13）Vi11/3VCC Vo不變不變當(dāng)當(dāng)RD=1時(shí)：時(shí)：VCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k 5kG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2VoRDV

3、oTD*Q的高低確定的高低確定TD 管是否導(dǎo)通。管是否導(dǎo)通。 TH TR Uc1 Uc2 Vo TD 2/3VCC 1/3VCC 0 1 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 2/3VCC 1/3VCC 1 0 1 截止截止 1/3VCC 1 1 保持保持 保持保持 2/3VCC 1/3VCC 0 0 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 555 為為 Bipolar 定時(shí)器定時(shí)器 7555 為為 CMOS 定時(shí)器定時(shí)器 556 為為 雙雙555 定時(shí)器定時(shí)器 7556 為為 雙雙7555 定時(shí)器定時(shí)器555/7555 的特點(diǎn)（以的特點(diǎn)（以Philips公司的為例）公司的為例） SE555 ICM7555電源電壓范圍電源電壓范圍 +4.5V

4、 +18V +3V +16V灌電流灌電流 / 拉電流拉電流200mA / 200mA 3.2mA / 1mA定時(shí)范圍定時(shí)范圍 microseconds hours microseconds hours工作頻率工作頻率 500kHz 500kHz8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)及電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)及電壓傳輸特性VoVoHVoLVT-VT+Vi0ViVo 特特 點(diǎn)：點(diǎn)： 1）具有滯回電壓傳輸特性具有滯回電壓傳輸特性2）具有陡峭的轉(zhuǎn)折區(qū)具有陡峭的轉(zhuǎn)折區(qū)8.2.1 用用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器1. 電路組成電路組成8462153555VCCV

5、oViVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDVoTD2. 工作原理工作原理1) 當(dāng)當(dāng) Vi 1/3VCC 時(shí)時(shí), VO=VOH ;2) 當(dāng)當(dāng) 1/3VCC Vi 2/3VCC 時(shí)時(shí), VO=VOL .Vit2/3VCC1/3VCC0VOt0VOHVOLVT+=2/3VCCVT-=1/3VCCVT = VT+VT- = 1/3VCC如果在如果在5腳與腳與8腳之間接一個(gè)腳之間接一個(gè)5k電阻，電阻， VT = ？8.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 集成施密特觸發(fā)器有多個(gè)品種，一般集成施密特觸發(fā)器有多個(gè)品種，一般TTL集成

6、施密特集成施密特觸發(fā)器的上觸發(fā)電平約在觸發(fā)器的上觸發(fā)電平約在1.7V左右，下觸發(fā)電平約在左右，下觸發(fā)電平約在0.9V左右；左右；CMOS集成施密特觸發(fā)器的上、下觸發(fā)電平和電源集成施密特觸發(fā)器的上、下觸發(fā)電平和電源電壓有關(guān)。電壓有關(guān)。7413、7414、74132CD401068.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1. 波形變換波形變換ViVo 帶反相器帶反相器VitVOtVT+VT-00可以把邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換為同頻率的可以把邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換為同頻率的矩形脈沖矩形脈沖.2. 脈沖整形脈沖整形ViVo 帶反相器帶反相器VitVOtVT+VT-00可以適當(dāng)調(diào)節(jié)施密特

7、觸發(fā)器的回差電壓可以適當(dāng)調(diào)節(jié)施密特觸發(fā)器的回差電壓,得到整齊的得到整齊的矩形脈沖矩形脈沖.3. 幅度鑒別幅度鑒別ViVo 帶反相器帶反相器VitVOtVT+VT-00可以通過調(diào)整電路的可以通過調(diào)整電路的VT+和和VT-,將輸入信號(hào)中幅度超將輸入信號(hào)中幅度超過過VT+的脈沖選出的脈沖選出,幅度較小的脈沖消除幅度較小的脈沖消除,所以具有幅所以具有幅度鑒別能力度鑒別能力.8.3 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)器特點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn): 電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài), 一個(gè)一個(gè)暫穩(wěn)定暫穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài). 在沒有外界觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)在沒有外界觸發(fā)信號(hào)作用時(shí),電路處于穩(wěn)定狀態(tài)電路處于穩(wěn)定狀態(tài); 在在

8、外界信號(hào)作用外界信號(hào)作用下下, 電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)態(tài), 經(jīng)過一段時(shí)間經(jīng)過一段時(shí)間,電路電路自動(dòng)自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)返回到穩(wěn)定狀態(tài). 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于脈沖的整形、定時(shí)和延時(shí)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于脈沖的整形、定時(shí)和延時(shí)。VoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.11)當(dāng)當(dāng)Vi為高電平并穩(wěn)為高電平并穩(wěn) 定一段時(shí)間后，定一段時(shí)間后，Q端一端一 定為定為1(Q為為0);(為什么為什么)2)當(dāng)當(dāng)Vi來一個(gè)較短的負(fù)來一個(gè)較短的負(fù) 脈沖后脈沖后, Q端改變狀態(tài)端改變狀態(tài), 并經(jīng)過一段時(shí)間后并經(jīng)過一段時(shí)

9、間后(這這 時(shí)時(shí)Vi已返回已返回1),Q自動(dòng)自動(dòng) 返回到返回到1)的狀態(tài)的狀態(tài).8.3.1 由由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成電路組成2. 工作原理工作原理VitVCt00VOt02/3VCCtwtw*Vi的負(fù)脈沖寬度要小于的負(fù)脈沖寬度要小于tw tw1.1RCVoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1如果在如果在5腳與腳與1腳之間接一個(gè)腳之間接一個(gè)10k電阻，電阻， 輸出波形輸出波形發(fā)生什么變化？發(fā)生什么變化？8.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用施密特觸發(fā)器

10、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器ViVoCRVRVitVRt00VOt0VT+twVT-*Vi的正脈沖寬度應(yīng)大于的正脈沖寬度應(yīng)大于tw tw=RCln(VDD/VT-)VDD8.3.3 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有多個(gè)品種集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有多個(gè)品種, 包括包括TTL電路和電路和CMOS電路電路.74LS121、74LS123CD4098、CD4528、CD45381&1RICXRXCXA1A2BRextCextRxcx3459101161QQ功能表功能表 A1 A2 B Q Q 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0例例: 741

11、21單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1&1RICXRXCX3459101161QQVCCCext1&1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC 兩種連接方法：兩種連接方法：tw0.7RextCext內(nèi)部有內(nèi)部有2K電阻電阻74121為不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：為不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：BQTWTW74123為可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：為可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：BQTWTW單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)1單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)2ABRESET8.3.4 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1. 脈沖整形脈沖整形ViV0tt001&1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC

12、ViVo2. 脈沖的延時(shí)脈沖的延時(shí)1&1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCCt0Vit0t0tw1tw1tw2tdQ1Vo3. 脈沖的定時(shí)脈沖的定時(shí)1&1RICXRXCX3459101161QQCRVCCViVoVB&10tVi0tQ0tVB0tVO一個(gè)測頻的例子一個(gè)測頻的例子時(shí)域波形時(shí)域波形頻域波形頻域波形時(shí)域波形時(shí)域波形頻域波形頻域波形SNR = 10dB時(shí)域波形時(shí)域波形頻域波形頻域波形SNR = 0dB8.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 能自行產(chǎn)生具有一定頻率和

13、一定脈寬的矩能自行產(chǎn)生具有一定頻率和一定脈寬的矩形脈沖的電路形脈沖的電路 多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài), 有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài).7.4.1 用用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器VoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01R2CVCt0VOt02/3VCC1/3VCCT1T2TT1=(R1+R2)Cln2T2=R2Cln2T1R1+R2q=q= T= =R1+2R2Q=0,TD截止截止,VCC R1 R2 C充電充電,TH電位逐漸升高電位逐漸升高;2) 當(dāng)當(dāng)TH(TR)略大于略大于2/3V

14、CC,Q由由0變變1,TD導(dǎo)通導(dǎo)通,CR2TD 放電放電.TH電位逐漸降低電位逐漸降低,當(dāng)降至當(dāng)降至1/3VCC,回到回到1). 555構(gòu)成振蕩器電路簡單構(gòu)成振蕩器電路簡單,頻率易于調(diào)節(jié)靈敏度較高頻率易于調(diào)節(jié)靈敏度較高; 上述電路占空比上述電路占空比q=T1/T衡大于衡大于0.5,調(diào)節(jié)不方便調(diào)節(jié)不方便. 555構(gòu)成振蕩器頻率振蕩低構(gòu)成振蕩器頻率振蕩低(一般不超過幾百一般不超過幾百Hz),且頻率且頻率 穩(wěn)定度不高穩(wěn)定度不高. 8.4.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器VCVoCRVCt0VOt0VT+VT-T1T2T=T1+T2=RCLnVOH-VT-VOH-VT+RC

15、Ln0-VT+0-VT-8.4.3 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 石英晶體多諧振蕩器的主要特點(diǎn)為頻率穩(wěn)定高石英晶體多諧振蕩器的主要特點(diǎn)為頻率穩(wěn)定高.其振蕩頻其振蕩頻率由石英晶體的率由石英晶體的固有振蕩頻率固有振蕩頻率決定決定.11G1G2RffoVoC2C1電電感感性性電電容容性性電電容容性性foXf石英晶體符號(hào)和阻抗頻率特性石英晶體符號(hào)和阻抗頻率特性0Rf為反饋電阻為反饋電阻,阻值為阻值為10100M,為為G1提供偏置提供偏置;C1為溫度校正電容為溫度校正電容,C2為頻率微調(diào)電容為頻率微調(diào)電容,G2起整形和緩沖作用起整形和緩沖作用. 目前，已有很多將石英晶體振蕩器做成具有各種頻率目前，已有很多將石英晶體振蕩器做成具有各種頻率輸出