數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第八章-脈沖電路..

1、 8.2 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 8.4 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 8.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器 8.1 概述概述高、低電平高、低電平1、01. 矩形脈沖的特性參數(shù)矩形脈沖的特性參數(shù)TT 脈沖周期脈沖周期UmUm 脈沖幅度脈沖幅度0.5UmtWtW 脈沖寬度脈沖寬度0.1Um0.9Umtrtr 上升時間上升時間tftf 下降時間下降時間 8.1 概述概述信號信號:是指一種持續(xù)時間極短的電壓或電流是指一種持續(xù)時間極短的電壓或電流波形。波形。2. 獲得脈沖的方法：獲得脈沖的方法：1） 自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。由由多諧

2、振蕩器多諧振蕩器來實現(xiàn)來實現(xiàn) 555 定時器定時器是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟又簡單實用的器件。穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟又簡單實用的器件。2） 將已有波形將已有波形（正弦波、鋸齒波正弦波、鋸齒波等等）整形為矩整形為矩形脈沖。形脈沖。 由由施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)來實現(xiàn)555定時器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路定時器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路,只需外只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器等。廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測等。發(fā)器等。廣泛用

3、于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測等。 8.2 集成集成555定時器定時器DRQ1RU電阻分壓器電阻分壓器電壓比較器電壓比較器基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器復(fù)位輸入端復(fù)位輸入端(0)輸出緩沖反相器輸出緩沖反相器集電極開路輸出三極管集電極開路輸出三極管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1VCC(8)G2RU8.2.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理 0 01 10 0 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1VCC(8

4、)G CC32VCC31V如果懸空如果懸空CC32V CC31V 0 01 10 01 10 0CC32V CC31V 1 10 01 11 10 01 1CC32V CC31V 1 11 1保持保持保持保持工作原理工作原理DRQ DR不變不變不變不變1導通導通01截止截止11導通導通00放電管放電管T輸出輸出(UO)復(fù)位復(fù)位( )觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入(UI2)閾值輸入閾值輸入(UI1)輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V XCC32V GNDOUTDRCCVDIS123487651IU2IUICU1 接地端接地端2 低位觸發(fā)置低位觸發(fā)置1端端3 輸出端輸出端4 低電

5、平復(fù)位端低電平復(fù)位端5 電壓控制端電壓控制端6 高位觸發(fā)置高位觸發(fā)置0端端7 - 開關(guān)開關(guān)(放電放電)端端8 - 電源端電源端“3入入1出出1開關(guān)開關(guān)” 是一種自激振蕩電路，不是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。矩形脈沖。 沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)。多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器8.3.1 由由555定時器組成的多諧振蕩器定時器組成的多諧振蕩器 R1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL1. 電路組成和工作原理電路組成和工作原理 實驗室實驗室 +VCCTDuOQ&

6、1&Q2. 參數(shù)的估算參數(shù)的估算1）C 充電時間充電時間 tw1W11W1()(0 )ln()()CCCCuutuutt-+=-W1120.7tRRC=+（）2）C 放電時間放電時間 tw2W2220.70.7tR Ct= uCCC32VCC31VUOH uOUOLtw1tw2T3）頻率）頻率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2TT = 0.7（R1+2R2）C周期：周期：頻率：頻率：12110.72fTRRC=+（）占空比：占空比：W112120.70.72tRRCqTRRC+=+（）（）00504）占空比）占空比q3. 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路6278415

7、3555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1= 0.7R1Ctw2 = 0.7R2CCRRCRTtq）211W17 . 07 . 0(7 . 0 211RRR 實驗室用門電路構(gòu)成的多諧振蕩器用門電路構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理：工作原理：1. 反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)（放大放大）;2. 由兩個反相器和電容連接成正反饋電路由兩個反相器和電容連接成正反饋電路.。電路的振蕩周期電路的振蕩周期 T= 1.3RC 特點：頻率穩(wěn)定，精度高。特點：頻率穩(wěn)定，精度高。1. 符號和電抗的頻率特性符號和電抗的頻率特性電電感感性性電電容容性性fXf0O公元年美國 卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電磁

8、振蕩的頻率。 巴黎廣播電臺首先用嚴濟慈制作的石英振蕩片實現(xiàn)了無線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國相繼采用，使無線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要應(yīng)用之一。8.3.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器2. 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器11C1R1R2C2uo工作原理：工作原理：1. 反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)（放大放大）;2. 石英晶體石英晶體 X = 0, 回路構(gòu)成正反饋回路構(gòu)成正反饋;3. C1 、 C2 為耦合電容。為耦合電容。電阻取值范圍：電阻取值范圍：TTL反相器：反相器：R1= R2 = 0.7 2 k CMOS反相器：反相器：R1= R2 =10 100 M

9、3. CMOS 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器放放大大器器RF =10 100 M C1RFC2uo11100 M 20 pF5 50 pF f0電容三點式電容三點式秒信號發(fā)生器秒信號發(fā)生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 觸發(fā)器觸發(fā)器32768 Hz 16384 Hz1 Hz2 Hz為保證為保證 CMOS 反相反相器靜態(tài)時工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，器靜態(tài)時工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，偏置電阻偏置電阻RF 取值為取值為 :1. 模擬聲響電路模擬聲響電路10 F26784153NE555ICICR1C1B21+26784153NE55510k 100k 10k 150

10、k 10k 8 R2R3R4R5C2C3C4+5V0.01 F0.01 F100 FuO1uO2uo1uo28.3.4 多諧振蕩器應(yīng)用舉例多諧振蕩器應(yīng)用舉例 2. 數(shù)字計時器數(shù)字計時器 實驗室實驗室3. 防盜報警電路防盜報警電路實驗室實驗室4. 秒信號發(fā)生器秒信號發(fā)生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 觸發(fā)器觸發(fā)器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz例題例題1:電路如圖所示，其中電路如圖所示，其中RA=RB=10k, C=0.1F 。1.在在Uk為高電平期間，由為高電平期間，由555定時器構(gòu)成的是定時器構(gòu)成的是什么電路什么電路? 其輸

11、出其輸出U0的頻率的頻率f0=? 2.分析由分析由JK觸發(fā)器觸發(fā)器FF1、FF2、FF3構(gòu)成的計數(shù)器電路，要求：構(gòu)成的計數(shù)器電路，要求：寫出寫出驅(qū)動方程驅(qū)動方程和和狀態(tài)方程狀態(tài)方程，畫出完整的，畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；設(shè)；設(shè)Q3、Q2、Q1的的初態(tài)為初態(tài)為000，Uk所加正脈沖的寬度為所加正脈沖的寬度為Tw=5/f0，脈沖過后脈沖過后Q3、Q2、Q1將保持在哪個狀態(tài)將保持在哪個狀態(tài)？例題例題2:電路如圖所示，其中電路如圖所示，其中R1=47k; R2=39k, C=12F 。1.畫出畫出Q0、Q1;的波形的波形 ; 2.求輸出波形求輸出波形Q2的頻率。的頻率。 （SchmittTrig

12、ger）1. 1. 普通反相器和施密特反相器的比較普通反相器和施密特反相器的比較AY1普通反相器普通反相器uAUTHuYTTL：1.4 VCMOS：DD21V施密特反相器施密特反相器AYuAUT+UT上限閾值電壓上限閾值電壓下限閾值電壓下限閾值電壓uY回差電壓：回差電壓： TTTUUU2.2.電路組成及工作原理電路組成及工作原理+VCCuO1TDQ&1uI工作原理工作原理CC32VCC31V uItUOH uOtUOLCCVOO外加外加 時時,可改變閾值和回差電壓可改變閾值和回差電壓+VDDuO2uI 上升時與上升時與 2VCC/3 比比uI 下降時與下降時與 VCC/3 比比CC32VCC3

13、1V uItUOH uOtUOLCCVOOuI 上升時與上升時與 2VCC/3 比比uI 下降時與下降時與 VCC/3 比比 VCC 8 4555 6 2 vI vO VIC 0.01F 7 3 5 1 3. 滯回特性及主要參數(shù)滯回特性及主要參數(shù)1)1) 滯回特性滯回特性O(shè)uIuOUOHUOLCC31VCC32VuI 增大增大時與時與上限閾上限閾值值比比特點特點:uI 減小減小時與時與下限閾下限閾值值比比上限閾值電壓上限閾值電壓2)2) 主要靜態(tài)參數(shù)主要靜態(tài)參數(shù)回差回差電壓電壓COCCT32UVU或或 下限閾值電壓下限閾值電壓COCCT2131UVU或或 回差電壓回差電壓 UT = UT+ U

14、T1. CMOS 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器1 1） 引出端功能圖引出端功能圖CC401061A1Y2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4YVDDVSS1234567141312111098CC40933A3B3Y4Y4A4BVDDVSS12345671413121110 9 81A1Y1B2A2Y2B2） 主要靜態(tài)參數(shù)主要靜態(tài)參數(shù)CC40106、CC4093 的主要靜態(tài)參數(shù)的主要靜態(tài)參數(shù)電參數(shù)電參數(shù)名稱名稱符號符號測試條件測試條件參參 數(shù)數(shù)單位單位VDD最小值最小值最大值最大值上限閾上限閾值電壓值電壓UT+510152.24.66.83.67.110.8V下限閾下限閾值電壓值電壓UT5

15、10150.92.54 2.85.27.4V滯回滯回電壓電壓 UT510150.31.21.61.63.45V2. TTL 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器（略）（略）施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1. 接口與整形接口與整形1 1） 接口接口MOS或或CMOS1把緩變輸入信號轉(zhuǎn)換為把緩變輸入信號轉(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12 2） 整形整形輸入輸入輸出輸出UT+UT2. 閾值探測、脈沖展寬閾值探測、脈沖展寬1 1） 閾值探測閾值探測輸入輸入UTUT+輸出輸出2 2） 脈沖展寬脈沖展寬C CAuOuIuA集電極開路輸出集電極開路輸出uIuAuOU

16、T+UT虛擬實驗室虛擬實驗室 VCC 8 4 555 6 2 vI vO1 VIC 0.01F 7 3 5 1 1uoCR3 . 用于波形的產(chǎn)生用于波形的產(chǎn)生思考題思考題: 1.輸出波形的振蕩頻率如何計算輸出波形的振蕩頻率如何計算? 2.如由如由7號端輸出號端輸出,輸出波形如何輸出波形如何?特點特點:1. 有一個有一個 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和一個和一個暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)；2. 在外來觸發(fā)在外來觸發(fā) 脈沖作用下脈沖作用下,電路將從電路將從穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)到到暫暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)停留一段時間后停留一段時間后,又返回到又返回到穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài);3. 暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間僅取決于電路的參數(shù)持續(xù)時間僅取決于電路

17、的參數(shù) 。1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理RCuIuC+VCCTDuOQ&1&Q8.5.1 用用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器62784153555RC+VCC0.01 FuI+uCuOuIVCC0uC02VCC/ 3VCCuO2. 主要參數(shù)主要參數(shù)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 twtwW1W()(0)ln()()CCCCuutuutt+-=-ln31.1WtRCRC=1. 非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121非重觸發(fā)非重觸發(fā) 只能在穩(wěn)態(tài)接受輸入信號。只能在穩(wěn)態(tài)接受輸入信號。1）圖形符號）圖形符號 11 &QQTRATRBTR+RintCextRI

18、CXRX/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)外接定時外接定時電阻、電容電阻、電容VCC內(nèi)接定時電阻引出端內(nèi)接定時電阻引出端)(BA TRTRTRTR2）功能表）功能表輸輸 入入輸輸 出出注注TRA TRB TR+Q Q 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1保持保持穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 1 1 1 1 1下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā) 0 0 上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā))(BA TRTRTRTR3）主要參數(shù)）主要參數(shù)RCRCt7 . 0 2lnW 輸出脈寬輸出脈寬 tw:輸入觸發(fā)脈沖最輸入

19、觸發(fā)脈沖最小周期小周期 Tmin :reWminttT 周期性輸入觸發(fā)周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比脈沖占空比 q:reWWminWtttTtq 2. 可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74122可重觸發(fā)可重觸發(fā) 在暫穩(wěn)態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間, 能夠接受新的觸發(fā)信號。能夠接受新的觸發(fā)信號。1）圖形符號）圖形符號1QQTRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接復(fù)位直接復(fù)位)(BABA TRTRTRTRTR可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)2）功能表）功能表輸輸 入入輸輸 出出注注RD TRA TRB TR+A TR+BQ Q L H H L L L H L

20、 H L H L H復(fù)位復(fù)位保持保持穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) H L H H L H H L H L H L H H L H H上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā) H H H H H H H H H H H下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā))(BABA TRTRTRTRTR當定時當定時電容電容C 1000 pF時時:RCt32. 0W 1.觸摸定時控制開關(guān)觸摸定時控制開關(guān) 虛擬實驗室虛擬實驗室2.脈搏測試儀脈搏測試儀虛擬實驗室虛擬實驗室3. 延時延時1uIu O&uOuFuIu OtW4. 4. 定時選通定時選通uFuO5. 整形整形uIuO一、一、555 定時器定時器 是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元是一種多用途的集成電路。

21、只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和多諧振蕩器多諧振蕩器等。等。12348765GNDTROUTDRCOTHCCVDIS雙極型雙極型 (TTL)電源電源: 4.5 16 V單極型單極型 (CMOS)電源電源: 3 18 V帶負載能力強帶負載能力強62784153555R1C+ +R2C1+VCCuO二、多諧振蕩器二、多諧振蕩器 是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。 多諧振蕩器多諧振蕩器沒有

22、穩(wěn)定狀態(tài)，沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。電和放電自動完成。 改變改變 R、C 定時元件數(shù)值的定時元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。 在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶石英晶體振蕩器體振蕩器。CRRTf）（2127 . 011 三、施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器 是一種是一種脈沖整形電路脈沖整形電路，雖然不能自動產(chǎn)生矩形脈，雖然不能自動產(chǎn)生矩形脈沖，卻可將輸入的周期性信號整形成所要求的同周期沖，卻可將輸入的周期性信號整形成所要求的同周期的矩形脈沖輸出，還可用來進行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)的矩形脈沖輸出，還可用來進行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。62784