第16章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換

1、第十七章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換17.117.217.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器概述17.4施密特觸發(fā)器17.5555定時(shí)器及應(yīng)用15.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路 數(shù)字電路又稱為脈沖數(shù)字電路。 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)。 數(shù)字電路中的時(shí)鐘脈沖、控制信號(hào)等是由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的。本章介紹幾種脈沖發(fā)生和脈沖變換電路。17.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路17.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路 脈沖幅度：脈沖的高低電平之差，反映脈沖信號(hào)的大小 脈寬tw：脈沖起始和終止時(shí)刻之間的時(shí)間間隔 重復(fù)周期T：相鄰兩個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔 占空比：脈寬

2、和重復(fù)周期的比值 上升時(shí)間：脈沖電壓從0.1Um上升到0.9Um所需時(shí)間 下降時(shí)間：脈沖電壓從0.9Um上升到0.1Um所需時(shí)間 重點(diǎn)關(guān)注矩形脈沖的產(chǎn)生17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析脈沖電路與數(shù)字電路的比較：脈沖電路側(cè)重波形波形，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系。數(shù)字電路的信號(hào)波形也是一種脈沖波形。脈沖電路：能產(chǎn)生和變換脈沖波形的數(shù)字電路。17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析脈沖電路分類脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖電路作用： 脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖電路構(gòu)成：脈沖電路構(gòu)成：開關(guān)電路 + RC電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。產(chǎn)生暫態(tài)?？刂茣悍€(wěn)態(tài)時(shí)控制暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的

3、長(zhǎng)短。間的長(zhǎng)短。單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）多諧振蕩（無(wú)穩(wěn)態(tài)）電路施密特電路（施密特觸發(fā)器）RCRC電路暫態(tài)方程：電路暫態(tài)方程：17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析開關(guān)初始位置為2，電路穩(wěn)定后，在t=0時(shí)，開關(guān)由位置2轉(zhuǎn)換到1，畫出電容兩端電壓波形。12SR10KC100pF10V6V+- -uc1.求初始值。t=0 以前： Uc (0+ +) = Uc (0- -) = - - 6V 2.求穩(wěn)態(tài)值。Uc () = (10-6)V= 4 4V 3.求時(shí)間常數(shù)。 = RC = 110-6 = 1uS1uS Uc (t) = Uc ()+Uc (0+ +) - Uc () e -t/ = (4

4、-10 e t ) V 17.1 概述p 微分電路微分電路uO = RC duidttui0tuo017.1 概述p 積分電路積分電路uO = ui dt RC1tui0tuo017.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn) 電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)、一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)； 在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，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(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)著重理解 : 為什么電路可以自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài) ? 在“暫穩(wěn)態(tài)”上停留的時(shí)間有多長(zhǎng)? 該時(shí)間由什么決定?p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

5、的特點(diǎn)由外界觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是通過RC電路的充放電過程來(lái)維持的。 根據(jù)RC電路的不同接法單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為： 微分型微分型和積分型積分型兩大類。17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似認(rèn)為：近似認(rèn)為：穩(wěn)態(tài)ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上沒有電壓上沒有電壓 當(dāng)觸發(fā)脈沖 ui 加到輸入端時(shí)：當(dāng) ud uo1 ui2 uo 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)17

6、.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似認(rèn)為：近似認(rèn)為：穩(wěn)態(tài)ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上沒有電壓上沒有電壓 當(dāng)觸發(fā)脈沖 ui 加到輸入端時(shí)：當(dāng) ui2 uo uo1 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)此時(shí)，電容C開始充電。當(dāng) ui2 = UTH ， ud UTH時(shí)：時(shí)： 17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2 如果觸發(fā)脈沖消失( ud =0), uo1, ui2 迅速跳變?yōu)?/p>

7、高電平，并使輸出返回 uo =0 的狀態(tài)。 同時(shí)，電容C進(jìn)行放電 電路進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotudotuo1o17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotui2otuoo17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 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&Ruo1Cuoui優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)穩(wěn)態(tài)ui = 0 uo1 , uo 輸出均為高電平輸出均為高電平電容電容C充電結(jié)束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)充電結(jié)束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)觸

8、發(fā)脈沖 ui (高電平高電平)加到輸入端時(shí)：uo1 ，uo 輸出均為低電平輸出均為低電平進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)由于C兩端為高電平，非門輸出端為低電平，電容C通過電阻和非門進(jìn)行放電。當(dāng)uC1 &QQTRA1TRA2TR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 表示不屬于邏輯狀態(tài)連接表示不屬于邏輯狀態(tài)連接下降沿觸發(fā)輸入下降沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入非重復(fù)觸發(fā)非重復(fù)觸發(fā)外接定時(shí)外接定時(shí)電阻、電容電阻、電容VCC內(nèi)接接定時(shí)電阻引出端內(nèi)接接定時(shí)電阻引出端17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 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)用定時(shí)應(yīng)用定時(shí)應(yīng)用17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)

9、態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用脈沖展寬脈沖展寬17.3 多諧振蕩器p 概述概述是一種是一種無(wú)穩(wěn)態(tài)無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能產(chǎn)生矩形波輸出。外加觸發(fā)信號(hào)，就能產(chǎn)生矩形波輸出。 由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。 觸發(fā)器和時(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器觸發(fā)器和時(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。 多諧振蕩器 VCC17.3 多諧振蕩器p 概述概述 開關(guān)電路延時(shí)環(huán)節(jié)開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平； 多諧振蕩器電路的構(gòu)成反饋延遲環(huán)節(jié)：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)胤答伣o開關(guān)器

10、件使之改變輸出狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻率。17.3 多諧振蕩器p 概述概述 電路組成開關(guān)器件：反饋延遲環(huán)節(jié)：邏輯門電路邏輯門電路R R、C C 電路電路11RCuiuo2uo1自激多諧振蕩器17.3 多諧振蕩器p 基本原理基本原理11RCuiuo2uo1假設(shè)接通電源后的初始狀態(tài)為：uo1 = 1， uo2 = 0 第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài) ui uo1 uo2 當(dāng) ui 升高時(shí)升高時(shí)， 且且ui UTH 時(shí)：時(shí)： uo1 = 0， uo2 = 1 第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)ui 經(jīng)經(jīng)RC放電放電， 當(dāng)當(dāng)ui UTH 時(shí)：時(shí)： ui uo1 uo2 石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)。為獲得穩(wěn)定的振

11、蕩頻率， 可在振蕩電路中串接石英晶體，組成石英晶體振蕩器。石英晶體石英晶體11RFRFCCG1G2uo17.3 多諧振蕩器p 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器17.3 多諧振蕩器p 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器17.4 施密特觸發(fā)器p 概述概述施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其特點(diǎn)是：屬于電平觸發(fā),當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定電壓值時(shí),輸出電壓會(huì)發(fā)生突變，輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路有不同的閾值電平；VT-VT+VOVIVOLVOH施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性17.4 施密特觸發(fā)器p 概述概述施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其特點(diǎn)是：屬于電平觸發(fā),當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定電壓值時(shí),輸出電壓會(huì)發(fā)生突變，

12、輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路有不同的閾值電平；在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，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很陡。廣泛應(yīng)用于整形、延時(shí)電路。廣泛應(yīng)用于整形、延時(shí)電路。17.4 施密特觸發(fā)器p 門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器&A AB B1uitoui0.71.4當(dāng) ui = 0 時(shí)時(shí)S=1，R=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0第一穩(wěn)態(tài)第一穩(wěn)態(tài)當(dāng) ui 升高且升高且ui 1.4 V 時(shí)時(shí)S=0，R=1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 117.4 施密特觸發(fā)器p 門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器toui0.71.4&A AB B1ui返回第一穩(wěn)態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)此時(shí) ui

13、下降下降，當(dāng)當(dāng)ui 0.7V 時(shí)時(shí)維持維持R=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，觸發(fā)器狀態(tài)不變R端口電壓大于端口電壓大于1.4VS=1，R=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0當(dāng) ui 0.7 V 時(shí)時(shí)17.4 施密特觸發(fā)器toui0.71.4p 門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器工作波形圖工作波形圖touoVDD17.4 施密特觸發(fā)器p 集成思密特觸發(fā)器集成思密特觸發(fā)器17.4 施密特觸發(fā)器p 思密特觸發(fā)器的應(yīng)用思密特觸發(fā)器的應(yīng)用 接口電路MOSMOS或或CMOSCMOS1把緩變輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為把緩變輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTLTTL系統(tǒng)要求的脈沖系統(tǒng)要求的脈沖正弦波正弦波振蕩器振蕩器1 整形輸入輸入輸出輸出UT+

14、UT17.4 施密特觸發(fā)器 構(gòu)成多諧振蕩器p 思密特觸發(fā)器的應(yīng)用思密特觸發(fā)器的應(yīng)用CuO1RUOHUOLUOH 脈沖鑒幅輸入輸入U(xiǎn)TUT+輸出輸出p 概述概述17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器及其它實(shí)用電路。 由于使用靈活、方便，555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、信號(hào)的測(cè)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。雙極型雙極型 （TTL）電源電源: 4.5 16V單極型單極型 （CMOS）電源電源: 3 18V帶負(fù)載能力強(qiáng)。帶負(fù)載能力強(qiáng)。12348765OUTCOTHCCVp 電路構(gòu)成電路構(gòu)成17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用放電端放電端觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入閾值輸入閾值輸入控制電壓控制電壓接地端接地端分分壓壓比比較較RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器緩沖緩沖輸出輸出p 555555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用p 555555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器定時(shí)器實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用p 555555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用p 555555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用17.5 555定時(shí)器及應(yīng)用p 應(yīng)用應(yīng)用p 應(yīng)用應(yīng)用17.5 555定時(shí)