單元6脈沖波形的產(chǎn)生與整形ppt課件

1、單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 在時(shí)序邏輯電路中，為了控制各觸發(fā)器同步調(diào)一致的工作，在時(shí)序邏輯電路中，為了控制各觸發(fā)器同步調(diào)一致的工作，通常需要一個(gè)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、規(guī)則的矩形時(shí)鐘脈沖信號(hào)。為了獲通常需要一個(gè)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、規(guī)則的矩形時(shí)鐘脈沖信號(hào)。為了獲得這樣的脈沖信號(hào)，既可以通過多諧振蕩器直接產(chǎn)生，也可以得這樣的脈沖信號(hào)，既可以通過多諧振蕩器直接產(chǎn)生，也可以通過脈沖整形電路如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等，對已有通過脈沖整形電路如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等，對已有的波形進(jìn)行整形而產(chǎn)生。的波形進(jìn)行整形而產(chǎn)生。 單元導(dǎo)讀：多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器的單元導(dǎo)讀：多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)

2、器的工作原理；各種典型脈沖波形產(chǎn)生與整形電路的應(yīng)用；工作原理；各種典型脈沖波形產(chǎn)生與整形電路的應(yīng)用；555555定時(shí)定時(shí)器的應(yīng)用電路。器的應(yīng)用電路。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：典型脈沖波形產(chǎn)生與整形電路的分析；脈沖整學(xué)習(xí)重點(diǎn)：典型脈沖波形產(chǎn)生與整形電路的分析；脈沖整形電路輸入、輸出電壓波形之間關(guān)系；形電路輸入、輸出電壓波形之間關(guān)系；555555定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用。定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，沒有穩(wěn)定狀態(tài)，多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)，也不需要外加觸發(fā)脈沖。其狀態(tài)只有兩個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)，也不需要外加觸發(fā)脈沖。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換完全由電路自行完成，

3、當(dāng)電路接好之后，只要接轉(zhuǎn)換完全由電路自行完成，當(dāng)電路接好之后，只要接通電源，在其輸出端便可獲得矩形脈沖。通電源，在其輸出端便可獲得矩形脈沖。6.1 多諧振蕩器多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 電路如圖電路如圖6.1(a)6.1(a)所示。將奇數(shù)個(gè)非門首尾相接，構(gòu)成環(huán)形。顯所示。將奇數(shù)個(gè)非門首尾相接，構(gòu)成環(huán)形。顯然，如此連接，電路不可能存在穩(wěn)定狀態(tài)。圖然，如此連接，電路不可能存在穩(wěn)定狀態(tài)。圖6.1(b)6.1(b)是它的工是它的工作波形。作波形。 設(shè)設(shè)3 3個(gè)非門的特性相同，平均傳輸時(shí)間為個(gè)非門的特性相同，平均傳輸時(shí)間為tpdtpd。分析電路的。分析電路的振蕩過程，得到電路的振蕩周期為振蕩

4、過程，得到電路的振蕩周期為T=6tpdT=6tpd。6.1.1 由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，振蕩周期短，振蕩頻率高且不可調(diào)。主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，振蕩周期短，振蕩頻率高且不可調(diào)。一、簡單的環(huán)形多諧振蕩器一、簡單的環(huán)形多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形RC環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器二、二、RCRC環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器 電路如圖所示。它是在兩個(gè)反相器之間引入 RC 電路作為延時(shí)環(huán)節(jié)，達(dá)到既可以延時(shí)，又可通過調(diào)節(jié)R 或C的值來調(diào)節(jié)頻率的作用。RS為限流電阻。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形石英晶體振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定度。石英晶體振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定

5、度。 電路如圖所示。電阻電路如圖所示。電阻R1R1、R2R2的作用是保證兩個(gè)反相器在靜的作用是保證兩個(gè)反相器在靜態(tài)時(shí)都能工作在線性放大區(qū)。對態(tài)時(shí)都能工作在線性放大區(qū)。對TTLTTL反相器，常取反相器，常取R1R1R2R2R R0.7k2k0.7k2k，而對于，而對于CMOSCMOS門，則常取門，則常取R1R1R2R2R R10k100k10k100k。C1C1C2C2C C是耦合電容，它們的容抗在振蕩電是耦合電容，它們的容抗在振蕩電路正常工作時(shí)可以忽略不計(jì)。石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。這種電路正常工作時(shí)可以忽略不計(jì)。石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。這種電路的振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率路的振蕩頻率等于石英晶

6、體的諧振頻率f0f0。6.1.2 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 555 555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙地定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙地結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，電路功能靈活，應(yīng)用結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，電路功能靈活，應(yīng)用極其廣泛，只要外接少量元件，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩極其廣泛，只要外接少量元件，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器等脈沖波形的產(chǎn)生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器等脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路，利用它可構(gòu)成定時(shí)、檢測、控制、報(bào)警與變換電路，利用它可構(gòu)成定時(shí)、檢測、控制、報(bào)警等方面的基本單元電路。等方面的基本單元電路

7、。555555定時(shí)器在計(jì)算機(jī)電路、定時(shí)器在計(jì)算機(jī)電路、自動(dòng)控制、家用電器、電子玩具等領(lǐng)域都得到了廣泛自動(dòng)控制、家用電器、電子玩具等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。6.1.3 集成多諧振蕩器及其應(yīng)用集成多諧振蕩器及其應(yīng)用單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形一、一、555555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 如圖如圖 (a) (a)是國產(chǎn)單時(shí)基雙極型是國產(chǎn)單時(shí)基雙極型5G5555G555定時(shí)器的內(nèi)部邏輯，定時(shí)器的內(nèi)部邏輯，其引腳排列如圖其引腳排列如圖 (b) (b)所示。它由電壓比較器所示。它由電壓比較器A1A1和和A2(A2(包括電阻包括電阻分壓器分壓器) )、基本、基本RSRS觸發(fā)器、一

8、個(gè)放電管和輸出緩沖級組成。比觸發(fā)器、一個(gè)放電管和輸出緩沖級組成。比較器較器A1A1的參考電壓為的參考電壓為2/3 VCC2/3 VCC，加在同相輸入端；，加在同相輸入端；A2A2的參考電的參考電壓為壓為1/3VCC1/3VCC，加在反相輸入端，兩者均由分壓器上取得。，加在反相輸入端，兩者均由分壓器上取得。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 555定時(shí)器各引線端的用途如下：定時(shí)器各引線端的用途如下： 1端端GND為接地端；為接地端；2端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖。端，由此輸入觸發(fā)脈沖。3端端uO為輸出端，輸出電流可達(dá)為輸出端，輸出電流可達(dá)200m

9、A，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。4端端 是復(fù)位端，當(dāng)是復(fù)位端，當(dāng) =0時(shí)，輸出時(shí)，輸出uO為低電平；正常工作時(shí)，為低電平；正常工作時(shí)，必須接高電平。必須接高電平。5端端CO為電壓控制端，如果在為電壓控制端，如果在CO端另加控制端另加控制電壓，則可改變電壓，則可改變A1、A2的參考電壓。工作中不使用的參考電壓。工作中不使用CO端時(shí)，端時(shí)，一般都通過一個(gè)一般都通過一個(gè)0.01的電容接地，以旁路高頻干擾。的電容接地，以旁路高頻干擾。6端端TH為高電平觸發(fā)端，又叫閾值輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖。為高電平觸發(fā)端，又叫閾值輸入端，由此輸入

10、觸發(fā)脈沖。7端端D為放電端。為放電端。8端端VCC為電源端，可在為電源端，可在4.516V范圍內(nèi)使用，范圍內(nèi)使用，若為若為CMOS電路，則電路，則VDD=315V。表。表6.1是是555定時(shí)器的功能定時(shí)器的功能表。表。RR單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形OUT放電回路放電回路D D00與地導(dǎo)通與地導(dǎo)通10與地導(dǎo)通與地導(dǎo)通1保持原狀保持原狀態(tài)不變態(tài)不變保持原狀保持原狀態(tài)不變態(tài)不變1 1與地?cái)嚅_與地?cái)嚅_表表6.1 5556.1 555定時(shí)器功能表定時(shí)器功能表RTHUTRU2cc3V1cc3V2cc3V1cc3V2cc3V1cc3V單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 圖是用圖是用555555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振

11、蕩器及其工作波定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器及其工作波形。形。二、用二、用555555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形W1120.7()tRR CW220.7tR CW1W2120.7(2)TttRR CCRRTf)2(7 . 01121W1W1W1W2ttqttTR1、R2、C是外接定時(shí)元件。可以證明：是外接定時(shí)元件?？梢宰C明：多諧振蕩器的振蕩周期多諧振蕩器的振蕩周期T T為：為：振蕩頻率為：振蕩頻率為：占空比為：占空比為：單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是：它只有一個(gè)穩(wěn)定的輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是：它只有一個(gè)穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，另一個(gè)是暫態(tài)；電路

12、在需要在外來觸發(fā)脈沖作狀態(tài)，另一個(gè)是暫態(tài)；電路在需要在外來觸發(fā)脈沖作用下，才能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)；經(jīng)過一段時(shí)間后，電用下，才能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)；經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于定時(shí)、整形及延時(shí)等。般用于定時(shí)、整形及延時(shí)等。6.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 電路如圖電路如圖 (a) (a)所示，因?yàn)樗?，因?yàn)镽 R、C C構(gòu)成了微分電路形式，構(gòu)成了微分電路形式，所以稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖所以稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖 (b) (b)為其波形圖。為其波形圖。6.2.1 由門電路構(gòu)成的單

13、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般在輸入端加一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般在輸入端加一個(gè)個(gè)RCRC微分電路來避免可能出現(xiàn)的輸入觸發(fā)脈沖寬度過微分電路來避免可能出現(xiàn)的輸入觸發(fā)脈沖寬度過大的情況。如圖大的情況。如圖6.76.7所示，假如所示，假如uiui的寬度很寬，當(dāng)電路的寬度很寬，當(dāng)電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門G1G1被被uiui封住了，會(huì)使封住了，會(huì)使uO2uO2的下降沿變緩。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)的下降沿變緩。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)RCRC微分電路，

14、就能夠使輸出波形得到改善。微分電路，就能夠使輸出波形得到改善。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器改進(jìn)電路微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器改進(jìn)電路單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 74LS121 74LS121是一種邊沿觸發(fā)控制的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)是一種邊沿觸發(fā)控制的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的引腳排列如圖器，它的引腳排列如圖6.86.8所示。其中：所示。其中：A1A1、A2A2是兩是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，B B是上升沿有效的是上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。觸發(fā)信號(hào)輸入端。Q Q是輸出端。是輸出端。Rext/CextRext/Cext、CextCext是外是外接定時(shí)電阻和電容的連接端，外接定時(shí)電阻接定

15、時(shí)電阻和電容的連接端，外接定時(shí)電阻R(R(取值范取值范圍圍1.4k40k)1.4k40k)接在接在VccVcc和和Rext/CextRext/Cext之間，外接定之間，外接定時(shí)電容時(shí)電容C(C(取值范圍取值范圍10pF10F)10pF10F)接在接在Cext(Cext(正正) )和和Rext/CextRext/Cext之間。之間。74LS12174LS121內(nèi)部已設(shè)置了一個(gè)內(nèi)部已設(shè)置了一個(gè)2k2k的定的定時(shí)電阻，時(shí)電阻，RintRint是其引出端，使用時(shí)只需將是其引出端，使用時(shí)只需將RintRint與與VccVcc連接起來即可，外接定時(shí)電阻時(shí)則應(yīng)將連接起來即可，外接定時(shí)電阻時(shí)則應(yīng)將RintRi

16、nt端開路。端開路。6.2.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其應(yīng)用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其應(yīng)用單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形74121引腳排列圖引腳排列圖單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 74LS121 74LS121它有三種觸發(fā)方式：一是在它有三種觸發(fā)方式：一是在A1A1或或A2A2端用端用下降沿觸發(fā)，這時(shí)要求另外兩個(gè)輸入端必須是高電下降沿觸發(fā)，這時(shí)要求另外兩個(gè)輸入端必須是高電平；二是在平；二是在A1A1與與A2A2同時(shí)用下降沿觸發(fā)，此時(shí)應(yīng)保證同時(shí)用下降沿觸發(fā)，此時(shí)應(yīng)保證B B端為高電平；三是在端為高電平；三是在B B端用上升沿觸發(fā)，此時(shí)應(yīng)保證端用上升沿觸發(fā)，此時(shí)應(yīng)保證A1A1或或A2A2中至少有一個(gè)是低電平。

17、中至少有一個(gè)是低電平。74LS121的輸出脈沖寬度：的輸出脈沖寬度：tp0.7tRC單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 也可以用也可以用555555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其電路定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其電路及工作波形如圖所示。輸出脈沖寬度：及工作波形如圖所示。輸出脈沖寬度： W1.1tRC單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 施密特觸發(fā)器的基本特點(diǎn)是：有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，施密特觸發(fā)器的基本特點(diǎn)是：有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，能夠把變化非常緩慢的輸入波形整形成適合于數(shù)字電能夠把變化非常緩慢的輸入波形整形成適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖，電路兩狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，都取決于觸路需要的矩形脈沖，電路兩狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，都取決于觸發(fā)電平值，但狀態(tài)

18、發(fā)電平值，但狀態(tài)1 1轉(zhuǎn)換到狀態(tài)轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2 2和狀態(tài)和狀態(tài)2 2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)轉(zhuǎn)換到狀態(tài)1 1，其觸發(fā)電平值是不同的其觸發(fā)電平值是不同的( (具有滯回特性具有滯回特性) )，二者之差稱，二者之差稱為回差。施密特觸發(fā)器抗干擾能力很強(qiáng)，可用作波形為回差。施密特觸發(fā)器抗干擾能力很強(qiáng)，可用作波形變換、整形、幅度鑒別和脈沖展寬等電路。變換、整形、幅度鑒別和脈沖展寬等電路。6.3 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 由由3 3個(gè)與非門和個(gè)與非門和1 1個(gè)二極管即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器。個(gè)二極管即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器。6.3.1 由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器電路

19、及工作波形施密特觸發(fā)器電路及工作波形單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 施密特觸發(fā)器的正向閥值電壓施密特觸發(fā)器的正向閥值電壓UT+UT+和負(fù)向閥值電壓和負(fù)向閥值電壓UT-UT-之差稱為回差電壓之差稱為回差電壓( (滯后電壓滯后電壓) )：用：用UTUT表示，即：表示，即： 施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是滯回特性；二施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是滯回特性；二是電平觸發(fā)。圖中的傳輸特性直觀地反映了這兩個(gè)特是電平觸發(fā)。圖中的傳輸特性直觀地反映了這兩個(gè)特點(diǎn)。點(diǎn)。TTTUUU單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 施密特觸發(fā)器應(yīng)用十分廣泛，也有多種集成電路型施密特觸發(fā)器應(yīng)用十分廣泛，也有多種集成電路型號(hào)，如號(hào)，如CMO

20、SCMOS系列有系列有CC40106CC40106、CC4093CC4093，TTLTTL系列有系列有74LS1474LS14、7413274132等。圖等。圖6.136.13所示為兩種所示為兩種CMOSCMOS集成施密集成施密特觸發(fā)器的引腳排列圖，圖所示為兩種特觸發(fā)器的引腳排列圖，圖所示為兩種TTLTTL集成施密集成施密特觸發(fā)器的引腳排列圖。特觸發(fā)器的引腳排列圖。6.3.2 集成施密特觸發(fā)器及其應(yīng)用集成施密特觸發(fā)器及其應(yīng)用一、施密特觸發(fā)器的工作原理一、施密特觸發(fā)器的工作原理單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 圖所示為兩種圖所示為兩種TTLTTL集成施密特觸發(fā)器的引腳排列圖。集成施密特觸發(fā)器的引腳排

21、列圖。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 將將555555定時(shí)器的定時(shí)器的THTH端和端連接起來作為信號(hào)端和端連接起來作為信號(hào)uiui的的輸入端，便構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，如下圖。輸入端，便構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，如下圖。施密特觸發(fā)器及工作波形施密特觸發(fā)器及工作波形單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 如圖如圖6.166.16所示。所示。 1. 1.慢輸入波形的慢輸入波形的TTLTTL系統(tǒng)接口系統(tǒng)接口(a)(a)圖圖) )。 2. 2.波形的整形波形的整形(b)(b)圖圖) )。 3. 3.幅度鑒別幅度鑒別(c)(c)圖圖) )。 4. 4.構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器(d)(d)圖圖) )。二、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

22、二、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形圖圖6.16 6.16 施密特觸發(fā)器應(yīng)用施密特觸發(fā)器應(yīng)用單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形1.構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器 多諧振蕩器原理圖如圖多諧振蕩器原理圖如圖 (a)所示，將所示，將555定時(shí)器插在定時(shí)器插在IC插座上，按插座上，按圖接好連線，用示波器觀察電容圖接好連線，用示波器觀察電容C兩端以及輸出端口的波形，描繪兩端以及輸出端口的波形，描繪在圖在圖 (b)中，測量中，測量t1、t2大小并與計(jì)算值比較。大小并與計(jì)算值比較。6.4 脈沖波形產(chǎn)生與整形電路脈沖波形產(chǎn)生與整形電路6.4.1 5556.4.1 555定時(shí)器的功能測試定時(shí)器的功能測試一

23、、構(gòu)成多諧振蕩器并測試一、構(gòu)成多諧振蕩器并測試單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形參參 數(shù)數(shù)測量值測量值理理 論論 值值R2CuoTuo3k0.1F3k0.33F20k0.1F 改變參數(shù)改變參數(shù)R R、C C的值，觀察波形并填寫表的值，觀察波形并填寫表6.26.2。CRRT)2(7 . 021單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2. 2.測試測試 用用555555多諧振蕩器構(gòu)成一個(gè)模擬聲響電路，電路如圖多諧振蕩器構(gòu)成一個(gè)模擬聲響電路，電路如圖6.18(a)6.18(a)所示。調(diào)節(jié)定時(shí)元件所示。調(diào)節(jié)定時(shí)元件R1R1、R2R2、C1C1，使多諧振蕩器，使多諧振蕩器(1)(1)的的f1=1Hzf1=1Hz，調(diào)節(jié)，

24、調(diào)節(jié)R3R3、R4R4、C2C2使多諧振蕩器使多諧振蕩器(2)(2)的的f2=1kHzf2=1kHz，則，則使揚(yáng)聲器發(fā)出模擬的聲響。請?jiān)趫D使揚(yáng)聲器發(fā)出模擬的聲響。請?jiān)趫D6.18(b)6.18(b)中畫出輸出端中畫出輸出端uo1uo1、uo2uo2的波形。假如要求用多諧振蕩器構(gòu)成輸出方波的電路，請的波形。假如要求用多諧振蕩器構(gòu)成輸出方波的電路，請?jiān)O(shè)計(jì)電路的組成并選擇定時(shí)元件的參數(shù)。設(shè)計(jì)電路的組成并選擇定時(shí)元件的參數(shù)。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 圖是用圖是用555555連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理圖，觸發(fā)信號(hào)從管連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理圖，觸發(fā)信號(hào)從管腳腳2 2輸入，輸出矩形波的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間為輸入，輸

25、出矩形波的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間為 ，要求輸入，要求輸入觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度小于觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度小于 ，改變，改變R R、C C的大小，觀察的大小，觀察輸出波形并記錄輸出暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。輸出波形并記錄輸出暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。W1.1tRCWPW()ttt二、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器并進(jìn)行測試二、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器并進(jìn)行測試單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1.對具有施密特觸發(fā)器特性的門電路進(jìn)行測試對具有施密特觸發(fā)器特性的門電路進(jìn)行測試 (1) 74LS132 (1) 74LS132芯片的特性測試芯片的特性測試 74LS132 74LS132包含包含4 4個(gè)具有施密特觸發(fā)器功能的與非門，個(gè)具有施密特觸發(fā)器功能的與非門，每一個(gè)單

26、元的邏輯符號(hào)如圖所示。請實(shí)際測出芯片的每一個(gè)單元的邏輯符號(hào)如圖所示。請實(shí)際測出芯片的電壓傳輸特性曲線，并標(biāo)出電壓傳輸特性曲線，并標(biāo)出UT+UT+、UT-UT-、UTUT等值。等值。三、構(gòu)成施密特觸發(fā)器并進(jìn)行測試三、構(gòu)成施密特觸發(fā)器并進(jìn)行測試74LS132與非門邏輯符號(hào)與非門邏輯符號(hào)單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 (2) CMOS (2) CMOS芯片芯片CD40106CD40106特性測試特性測試 CD40106 CD40106芯片包含芯片包含6 6個(gè)具有施密特觸發(fā)器功能的非個(gè)具有施密特觸發(fā)器功能的非門，每一單元的邏輯符號(hào)如圖所示。令門，每一單元的邏輯符號(hào)如圖所示。令VDD= 5VVDD= 5V

27、，測，測出出CD40106CD40106的的UT+UT+、UT-UT-和和UTUT值，畫出相應(yīng)的電壓傳值，畫出相應(yīng)的電壓傳輸特性曲線。改變輸特性曲線。改變VDDVDD值，使之分別為值，使之分別為+10V+10V、+15V+15V，重復(fù)上述內(nèi)容。重復(fù)上述內(nèi)容。CD40106非門邏輯符號(hào)非門邏輯符號(hào)單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2. 555 2. 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器功能測試構(gòu)成的施密特觸發(fā)器功能測試 555 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路如圖所示，首先將構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路如圖所示，首先將控制端控制端5 5懸空，此時(shí)的回差電壓為，觀察輸出波形。懸空，此時(shí)的回差電壓為，觀察輸出波形。 如果控制

28、端如果控制端(5(5腳腳) )接接VCCVCC，此時(shí)的回差電壓，此時(shí)的回差電壓為為 ，觀察輸出波形，并與理論值比較。，觀察輸出波形，并與理論值比較。1cc2V單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1. 延時(shí)與定時(shí)延時(shí)與定時(shí) 電路如圖所示。電路如圖所示。uiui給一個(gè)連續(xù)的信號(hào)，畫出給一個(gè)連續(xù)的信號(hào)，畫出uO uO 和和uOuO的波形。的波形。6.4.2 脈沖波形產(chǎn)生與整形電路脈沖波形產(chǎn)生與整形電路一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2. 2. 波形整形波形整形 輸入信號(hào)如圖所示，畫出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出波輸入信號(hào)如圖所示，畫出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出波形圖。形圖。單元6 脈沖波

29、形的產(chǎn)生與整形 3. 3. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (1) (1)用一片用一片74LS0074LS00接成如圖所示電路，輸入脈沖是由接成如圖所示電路，輸入脈沖是由CMOSCMOS門電路構(gòu)成的多諧振蕩器所產(chǎn)生的脈沖。門電路構(gòu)成的多諧振蕩器所產(chǎn)生的脈沖。 (2) (2)選擇三個(gè)頻率易于觀察的信號(hào)，記錄選擇三個(gè)頻率易于觀察的信號(hào)，記錄A A、B B、C C各點(diǎn)各點(diǎn)的波形。的波形。 (3) (3)若要改變輸出波形的寬度若要改變輸出波形的寬度( (例如增加例如增加) )應(yīng)如何改變電應(yīng)如何改變電路參數(shù)？實(shí)際測試驗(yàn)證。路參數(shù)？實(shí)際測試驗(yàn)證。 單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1.多諧振蕩器多諧振蕩器 按

30、圖所示電路接線，按圖所示電路接線，VDD= +5VVDD= +5V。用示波器觀察圖。用示波器觀察圖(a)(a)、圖、圖(b)(b)兩兩電路輸出端電路輸出端UOUO的波形。的波形。 選擇電容選擇電容C C，使圖，使圖(a)(a)中中UO UO 的頻率的頻率 f = 100kHz150kHz . f = 100kHz150kHz . 選取圖選取圖(b)(b)電路中的電容電路中的電容C C，令其分別為，令其分別為100pF100pF和和1F1F，測出，測出UOUO端振蕩波形的相應(yīng)頻率。端振蕩波形的相應(yīng)頻率。二、施密特觸發(fā)器二、施密特觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2. 2.壓控振蕩器壓控振蕩器

31、按圖所示電路接線。按圖所示電路接線。VDD = +5VVDD = +5V。 信號(hào)信號(hào)UiUi的變化范圍為的變化范圍為(2.55.0)V(2.55.0)V。用示波器觀察并記錄。用示波器觀察并記錄UOUO端的端的波形。波形。 當(dāng)當(dāng)UiUi取值分別為取值分別為2.5V2.5V、3V3V、3.5V3.5V、4V4V、4.5V4.5V、5V5V時(shí)，測出時(shí)，測出UOUO端端波形相應(yīng)的頻率波形相應(yīng)的頻率f f 。 觀察觀察電路中元電路中元件參數(shù)的件參數(shù)的變化變化(如電如電阻阻R、電、電容容C)與與f有何關(guān)系？有何關(guān)系？ 觀察與非觀察與非門的門的UT，施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器的器的UT+、UT-與與f有何有何關(guān)

32、系？關(guān)系？單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 還可用于將三角還可用于將三角波、正弦波及其他不波、正弦波及其他不規(guī)則信號(hào)變換成規(guī)則規(guī)則信號(hào)變換成規(guī)則的矩形脈沖。圖是用的矩形脈沖。圖是用施密特觸發(fā)器將正弦施密特觸發(fā)器將正弦波變成同周期的矩形波變成同周期的矩形波。請畫出矩形波的波。請畫出矩形波的輸出波形。輸出波形。3.接口與整形接口與整形 施密特觸發(fā)器可用作施密特觸發(fā)器可用作TTL系統(tǒng)的接口，將緩慢變化的輸入系統(tǒng)的接口，將緩慢變化的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。系統(tǒng)要求的脈沖波形。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當(dāng)傳輸?shù)拿}沖信號(hào)受到干擾而發(fā)生畸變時(shí)，可利用施密特觸當(dāng)傳輸?shù)拿}沖信號(hào)

33、受到干擾而發(fā)生畸變時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號(hào)整形成為形狀較好的脈沖，發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號(hào)整形成為形狀較好的脈沖，輸入如圖所示的信號(hào)，畫出輸入如圖所示的信號(hào)，畫出uouo的波形。的波形。4.波形變換波形變換單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 輸入信號(hào)為一組幅度不等的脈沖，假如需要將幅度大于輸入信號(hào)為一組幅度不等的脈沖，假如需要將幅度大于UT+UT+的脈沖信號(hào)挑選出來時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器輸出狀態(tài)取決于輸?shù)拿}沖信號(hào)挑選出來時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器輸出狀態(tài)取決于輸入信號(hào)幅度的特點(diǎn)，對輸入脈沖的幅度進(jìn)行鑒別，簡稱入信號(hào)幅度的特點(diǎn)，對輸入脈沖的幅度進(jìn)行鑒別，簡稱“幅鑒幅鑒”，

34、如下圖。并畫出經(jīng)幅度鑒別后的輸出波形。如下圖。并畫出經(jīng)幅度鑒別后的輸出波形。5.幅度鑒別和多諧振蕩器幅度鑒別和多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形圖圖6.30 6.30 施密特觸發(fā)器應(yīng)用于幅度鑒別和多諧振蕩器施密特觸發(fā)器應(yīng)用于幅度鑒別和多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1.用用CMOSCMOS門構(gòu)成多諧振蕩器門構(gòu)成多諧振蕩器 電路取值一般應(yīng)滿足電路取值一般應(yīng)滿足R1=(210)R2R1=(210)R2，周期，周期T 2.2R2CT 2.2R2C。按。按圖圖6.316.31接線，并測試頻率范圍。若接線，并測試頻率范圍。若C C不變，要想輸出不變，要想輸出1kHz1kHz頻率頻率波形

35、，計(jì)算波形，計(jì)算R2R2的值并驗(yàn)證，分析誤差。的值并驗(yàn)證，分析誤差。 三、多諧振蕩器三、多諧振蕩器 若要實(shí)現(xiàn)若要實(shí)現(xiàn)10kHz100kHz頻率范圍，選用上述電路并自頻率范圍，選用上述電路并自行設(shè)計(jì)參數(shù)，接線并測試。行設(shè)計(jì)參數(shù)，接線并測試。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2. 2.用用TTLTTL門電路構(gòu)成多諧振蕩器門電路構(gòu)成多諧振蕩器 按圖接線，用示波器測量頻率變化范圍。觀測按圖接線，用示波器測量頻率變化范圍。觀測A A、B B、UOUO各點(diǎn)波形并記錄。各點(diǎn)波形并記錄。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1.按圖按圖6.336.33接線，檢查無誤后再通電。接線，檢查無誤后再通電。 2. 2.檢測

36、時(shí)基信號(hào)及檢測時(shí)基信號(hào)及40604060分頻輸出信號(hào)并調(diào)整。分頻輸出信號(hào)并調(diào)整。 3. 3.將將40604060的的3 3腳與腳與45204520的的2 2腳連接，按下啟動(dòng)鍵后腳連接，按下啟動(dòng)鍵后0.5s0.5s，發(fā)光二極管應(yīng)亮。，發(fā)光二極管應(yīng)亮。 4. 4.驗(yàn)證預(yù)習(xí)中計(jì)算的時(shí)間長度。驗(yàn)證預(yù)習(xí)中計(jì)算的時(shí)間長度。 5. 5.將將40604060的輸出由的輸出由3 3腳改接到腳改接到2 2腳，重復(fù)以上過程。腳，重復(fù)以上過程。四、數(shù)字定時(shí)器四、數(shù)字定時(shí)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形圖圖6.33 6.33 數(shù)字定時(shí)器數(shù)字定時(shí)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 LM556 LM556芯片的引腳排列如圖所示。

37、這是在同一芯片上集成芯片的引腳排列如圖所示。這是在同一芯片上集成了兩個(gè)各自獨(dú)立的了兩個(gè)各自獨(dú)立的555555時(shí)基電路，電源電壓范圍為時(shí)基電路，電源電壓范圍為5V16V5V16V；輸；輸出端帶有緩沖器，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。雙極型定時(shí)器最大的出端帶有緩沖器，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。雙極型定時(shí)器最大的灌電流和拉電流都在灌電流和拉電流都在200mA200mA左右，因而可直接推動(dòng)各種左右，因而可直接推動(dòng)各種TTLTTL或或CMOSCMOS邏輯門電路，包括能直接推動(dòng)蜂鳴器等器件。邏輯門電路，包括能直接推動(dòng)蜂鳴器等器件。6.4.3 LM556芯片的應(yīng)用芯片的應(yīng)用LM556的引腳排列圖的引腳排列圖單元6 脈沖波形

38、的產(chǎn)生與整形 電路接線如圖電路接線如圖 (a) (a)所示。所示。 1. 1.用示波器觀察、測量用示波器觀察、測量uOuO端波形的頻率，畫出端波形的頻率，畫出uOuO端的波形圖，端的波形圖，并寫出頻率值。并寫出頻率值。 2. 2.若將電阻值改為若將電阻值改為R1=15kR1=15k，R2=10kR2=10k，電容，電容C C不變。上述數(shù)不變。上述數(shù)據(jù)有何變化？據(jù)有何變化？一、一、556556定時(shí)器電路構(gòu)成多諧振蕩器定時(shí)器電路構(gòu)成多諧振蕩器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 3. 3.依據(jù)上述電路的原理，充電回路的支路是依據(jù)上述電路的原理，充電回路的支路是R1R1、R2R2、C1C1，放電回路的支路是

39、放電回路的支路是R2R2、C1C1。將電路參數(shù)略做修改，增加一個(gè)電。將電路參數(shù)略做修改，增加一個(gè)電位器和兩個(gè)引導(dǎo)二極管，構(gòu)成圖位器和兩個(gè)引導(dǎo)二極管，構(gòu)成圖6.366.36所示的占空比可調(diào)的多諧所示的占空比可調(diào)的多諧振蕩器。振蕩器。 4. 4.合理選擇元件參數(shù)合理選擇元件參數(shù)( (電位器選用電位器選用22k)22k)，使電路的占空比，使電路的占空比q=0.2q=0.2，正脈沖寬度為，正脈沖寬度為0.2ms0.2ms。調(diào)試電路，測出所用元件的數(shù)值，。調(diào)試電路，測出所用元件的數(shù)值，為了讓正脈沖寬度為為了讓正脈沖寬度為0.2ms0.2ms，取，取R1=800R1=800，R2=800R2=800，調(diào)節(jié)

40、，調(diào)節(jié)RWRW使使占空比為占空比為82%82%，兩個(gè)引導(dǎo)二極管均為，兩個(gè)引導(dǎo)二極管均為1N40011N4001。單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1. 1.圖中圖中R1=10kR1=10k，C1= 0.01FC1= 0.01F，輸入，輸入uiui是頻率約為是頻率約為1kHz1kHz的方波時(shí)，用雙蹤示波器觀察的方波時(shí)，用雙蹤示波器觀察uOuO端相對于輸入端相對于輸入uiui的波形，并測的波形，并測量輸出脈沖的寬度。量輸出脈沖的寬度。 2. 2.調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)uiui的頻率，觀察的頻率，觀察uOuO端的波形變化，分析、記錄并畫端的波形變化，分析、記錄并畫出輸出端的波形。出輸出端的波形。 3. 3.若想使若想

41、使tW=10stW=10s，怎樣調(diào)整電路？測出此時(shí)各有關(guān)的參，怎樣調(diào)整電路？測出此時(shí)各有關(guān)的參數(shù)值。數(shù)值。二、二、555555定時(shí)器電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 用用556556定時(shí)器的兩個(gè)時(shí)基電路構(gòu)成的低頻對高頻調(diào)制的救護(hù)車定時(shí)器的兩個(gè)時(shí)基電路構(gòu)成的低頻對高頻調(diào)制的救護(hù)車警鈴電路如圖所示。警鈴電路如圖所示。 1. 1.按圖接線，注意先不接入揚(yáng)聲器。按圖接線，注意先不接入揚(yáng)聲器。 2. 2.用示波器觀察并記錄輸出波形。用示波器觀察并記錄輸出波形。 3. 3.接上揚(yáng)聲器，調(diào)整參數(shù)到聲響效果滿意。接上揚(yáng)聲器，調(diào)整參數(shù)到聲響效果滿意。三、實(shí)際應(yīng)用電路

42、三、實(shí)際應(yīng)用電路單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 電路如圖所示，是用電路如圖所示，是用555555定時(shí)器組成的電子門鈴電路。定時(shí)器組成的電子門鈴電路。 當(dāng)按下按鈕當(dāng)按下按鈕S S時(shí)，電子門鈴以時(shí)，電子門鈴以1kHz1kHz的頻率響的頻率響10s10s。試說明電路的。試說明電路的工作原理。若要使鈴聲的頻率工作原理。若要使鈴聲的頻率f=2kHzf=2kHz、響、響20s20s時(shí)，電路應(yīng)該如何調(diào)時(shí)，電路應(yīng)該如何調(diào)整？整？6.4.4 555定時(shí)器應(yīng)用電路定時(shí)器應(yīng)用電路 自行設(shè)計(jì)一自行設(shè)計(jì)一個(gè)門鈴電路或模個(gè)門鈴電路或模擬聲響電路，自擬聲響電路，自行設(shè)定頻率及聲行設(shè)定頻率及聲響的時(shí)間。響的時(shí)間。一、一、555

43、555定時(shí)器構(gòu)成的電子門定時(shí)器構(gòu)成的電子門鈴電路鈴電路單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 設(shè)計(jì)要求：由鬧時(shí)信號(hào)使電鈴響一定時(shí)間后自動(dòng)停止。這里設(shè)計(jì)要求：由鬧時(shí)信號(hào)使電鈴響一定時(shí)間后自動(dòng)停止。這里應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)鬧時(shí)計(jì)時(shí)器，即以秒脈沖為計(jì)數(shù)信號(hào)的應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)鬧時(shí)計(jì)時(shí)器，即以秒脈沖為計(jì)數(shù)信號(hào)的N N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電子開關(guān)在預(yù)定時(shí)間使電鈴響起，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。一旦計(jì)電子開關(guān)在預(yù)定時(shí)間使電鈴響起，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。一旦計(jì)時(shí)時(shí)間到，計(jì)數(shù)器發(fā)出信號(hào)讓電子開關(guān)斷開，鈴聲停止，同時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間到，計(jì)數(shù)器發(fā)出信號(hào)讓電子開關(guān)斷開，鈴聲停止，同時(shí)計(jì)數(shù)器回到初態(tài)，等待下一次鬧時(shí)信號(hào)的到來。該控制電路如圖所數(shù)器回到初態(tài)，等待下一次鬧時(shí)信號(hào)的到來。該控制電路如圖所示。示。二、鬧時(shí)時(shí)間控制電路設(shè)計(jì)二、鬧時(shí)時(shí)間控制電路設(shè)計(jì)單元6 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 電路如圖所示。電路如圖所示。1號(hào)定時(shí)器組成了低頻振蕩器，其輸出脈沖號(hào)定時(shí)器組成了低頻振蕩器，其輸出脈沖的頻率范圍約為的頻率范圍約