第10章 脈沖波形的產(chǎn)生

1、110.1 概述主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 多諧振蕩器的概念 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的概念 施密特觸發(fā)器的概念2（1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路又稱為觸發(fā)器，它具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的作用下才能完成。（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路又稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是暫時穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱“暫穩(wěn)態(tài)”），在外加觸發(fā)信號作用下，可從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路自動返回到穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于電路的參數(shù)。（3）多諧振蕩器能夠自激產(chǎn)生連續(xù)矩形脈沖，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要外加觸發(fā)信號觸發(fā)，而完全由電路自身完成。若對該輸出波形進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可得到許

2、多各種不同頻率的諧波，故稱“多諧”。310.2 多諧振蕩器 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 門電路構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理 石英晶體多諧振蕩器電路及其優(yōu)點(diǎn) 秒脈沖信號產(chǎn)生電路的構(gòu)成方法410.2.1 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器 利用門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個非門首尾相接就構(gòu)成一個簡單的多諧振蕩器。如圖10-1所示，它由三個非門首尾相連而成，這個電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。圖10-1 奇數(shù)個非門構(gòu)成的多諧振蕩器5 從任何一個非門的輸出端都可得到高、低電平交替出現(xiàn)的方波。該電路的輸出波形如圖10-2所示。圖10-2 圖10-1電路的輸出波形6 假設(shè)三個非門的傳輸延遲時間均為tpd，在某一時刻輸出uo由低電平0跳變?yōu)楦?/p>

3、電平1（如圖中uo波形的箭頭所示），則G1門、G2門和G3門將依次翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過三級門的傳輸延遲時間3tpd后，使輸出uo又由高電平1跳變?yōu)榈碗娖?。如此循環(huán)跳變而形成矩形波。由圖10-2可見，其振蕩周期為6tpd。這種簡單的多諧振蕩器周期小，頻率高，且頻率不易調(diào)整和不穩(wěn)定，所以在實(shí)際電路中很少使用。7 為了克服上述多諧振蕩器的缺點(diǎn)，可在圖10-1電路中引入RC延遲環(huán)節(jié)，構(gòu)成如圖10-3所示電路。 圖10-3 帶RC延遲的多諧振蕩器810.2.2 采用石英晶體的多諧振蕩器圖10-5給出了兩種常見的石英晶體振蕩器電路。 圖10-5 石英晶體多諧振蕩器9例例10-1 秒脈沖信號產(chǎn)生電路的設(shè)計。解：實(shí)用

4、的秒脈沖信號產(chǎn)生電路一般均采用圖10-5中的兩種電路形式。為了得到1Hz的秒脈沖信號，一種是在圖10-5（a）電路基礎(chǔ)上稍作改動，得到如圖10-6所示的電路。圖中晶振的諧振頻率為4MHz，故輸出電壓uo2的頻率為4MHz，該信號經(jīng)一個4106分頻電路后得到1Hz的秒脈沖信號uo。分頻電路可利用集成計數(shù)器實(shí)現(xiàn)。10圖10-6 秒信號產(chǎn)生電路(1)11 另一種是在圖10-5（b）電路基礎(chǔ)上增加一片集成電路CD4060而得到如圖10-7（a）所示的電路。圖10-7 秒信號產(chǎn)生電路(2)12應(yīng)用電路如下：1310.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn) 門電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工

5、作原理 不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā)的區(qū)別 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121和74LS122的使用方法 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在波形整形、定時和延時等方面的應(yīng)用方法1410.3.1 門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1電路結(jié)構(gòu) 圖10-8 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器152工作原理定性分析 分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理，就是分析如何在外觸發(fā)信號的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，然后又如何在電容充放電的作用下，自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。 （1）在圖10-8所示電路中，輸入信號uI在穩(wěn)態(tài)下為高電平?？紤]到RROFF，所以穩(wěn)態(tài)時uI2為低電平，則uo為高電平。與非門G1的兩個輸入端均為高電平，所以，uo1為低電平，電容C兩端的電壓近似為0V。只

6、要輸入信號保持高電平不變，電路就維持在uo1為低電平，uo為高電平這一穩(wěn)定狀態(tài)。 （2）假設(shè)在t1時刻，輸入端有一負(fù)脈沖信號出現(xiàn)，即外加觸發(fā)信號開始作用，則與非門G1的輸出uo1變?yōu)楦唠娖?。由于電容C兩端的電壓不能突變，故uI2隨uo1跳變?yōu)楦唠娖剑瑄o跳變?yōu)榈碗娖?。該低電平反饋到G1的輸入端，使uo1仍維持在高電平。電路處于uo1為高電平、uo為低電平的暫穩(wěn)狀態(tài)。16其工作波形如圖10-9所示。 圖10-9 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形1710.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā),兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如圖10-10所示。圖10-10 兩種單穩(wěn)

7、態(tài)觸發(fā)器的工作波形18 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。74122、74123、74LS123等是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。下面以不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121為例加以介紹。圖10-11 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121 1910.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1 1脈沖整形脈沖整形 脈沖信號在傳輸過程中，常會因干擾導(dǎo)致波形的變化。由于74LS121內(nèi)部采用了施密特觸發(fā)（下節(jié)介紹）輸入結(jié)構(gòu)，故對于邊沿較差的輸入信號也能輸出一個寬度和幅度恒定的矩形脈沖。利用這一特點(diǎn)，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖整形為規(guī)則的脈沖，如圖10-1

8、2所示。 圖10-12 脈沖整形波形202 2定時控制定時控制 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠輸出一定寬度tw的矩形脈沖這一特性，去控制某一系統(tǒng)，使其在tw時間內(nèi)動作（或不動作），從而起到定時控制的作用。如圖10-13所示，在定時時間tw內(nèi)，D端輸出脈沖信號，而在其他時間，D端不輸出脈沖信號。圖10-13 脈沖定時控制213 3脈沖延時脈沖延時 脈沖延時一般包括兩種情況，一是邊沿延時，如圖10-14（a）所示，輸出脈沖信號的下降沿相對于輸入脈沖信號的下降沿延時了tw；二是脈沖信號整體延時一段時間，如圖10-14（b）所示。 圖10-14 脈沖延時2210.4 施密特觸發(fā)器主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 施密特觸發(fā)

9、器的電壓傳輸特性 施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形變換的工作原理 施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形整形的工作原理 施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理2310.4.1概述 施密特觸發(fā)器的輸出與輸入信號之間的關(guān)系可用電壓傳輸特性表示，如圖10-15所示，圖中同時給出了它們的邏輯符號。 圖10-15施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性24圖10-15施密特觸發(fā)器的邏輯符號2510.4.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1 1波形變換波形變換 利用施密特觸發(fā)輸入反相器可以把正弦波、三角波等變化緩慢的波形變換成矩形波，如圖10-16所示。圖10-16 波形變換 262 2脈沖整形脈沖整形 有些信號在傳輸過程中或放大時往往會發(fā)生畸變。通過施密特觸發(fā)器

10、電路，可對這些信號進(jìn)行整形，作為整形電路時，如果要求輸出與輸入相同，則可在上述施密特觸發(fā)輸入反相器之后再接一個反相器。整形波形如圖10-17所示。圖10-17 脈沖整形273幅度鑒別幅度鑒別 施密特觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)取決于輸入信號是否大于VT+ 和是否小于VT-。利用這一特點(diǎn)可將它作為幅度鑒別電路。如圖10-18所示。 圖10-18 脈沖幅度鑒別284構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器 圖10-19給出了由7414施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器。該電路非常簡單，僅有兩個施密特觸發(fā)器、一個電阻和一個電容組成。該電路的工作原理如下： 圖10-19 施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器29其輸出波形如圖10-20所示。

11、圖10-20 多諧振蕩器輸出波形3010.5 555定時器及其應(yīng)用 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及工作原理555定時器的邏輯功能555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的工作原理555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理311電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)圖10-21 555定時器原理圖和引腳編號10.5.1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 322電路工作原理電路工作原理 10.5.1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 555定時器的功能主要取決于比較器，比較器的輸出控制著RS觸發(fā)器和三極管T的狀態(tài)。 RD為復(fù)位端。當(dāng)RD0時，輸出uO0，T管飽和導(dǎo)通。此時其

12、它輸入端的狀態(tài)對電路無影響。正常工作時，應(yīng)將RD接高電平。5腳為控制電壓輸入端。當(dāng)5腳懸空時，比較器C1、C2的基準(zhǔn)電壓分別是和。這時，為了濾除高頻干擾，提高比較器參考電壓的穩(wěn)定性，通常將5腳通過0.01F電容接地。如果5腳外接固定電壓uIC ，則比較器C1、C2的基準(zhǔn)電壓為uIC和 。12ICu33 555定時器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作。例如：TTL555定時器的電源電壓范圍為518V。此外，555定時器的驅(qū)動能力較強(qiáng)，可以吸收和輸出200mA電流。因此它可直接用于驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。34圖10-22 555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器10.5.2 555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器35圖10-23 圖10-22電路的工作波形3610.5.3 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10-24 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器37 通過上述分析可以看出，它要求觸發(fā)脈沖的寬度通過上述分析可以看出，它要求觸發(fā)脈沖的寬度要小于要小于 。并且其周期要大于。并且其周期要大于 。如果