脈沖單元電路

1、 第十章第十章 脈沖單元電路脈沖單元電路 從廣義上說，凡是不具有連續(xù)正弦從廣義上說，凡是不具有連續(xù)正弦 形狀的信號都可形狀的信號都可稱為脈沖信號，如矩形波、三角波、鋸齒波等。稱為脈沖信號，如矩形波、三角波、鋸齒波等。 脈沖單元電路脈沖單元電路就是用來產(chǎn)生、變換、整形脈沖信號就是用來產(chǎn)生、變換、整形脈沖信號的電路。的電路。 脈沖單元電路的組成有三種形式：脈沖單元電路的組成有三種形式： 由由分立元件分立元件（三極管、（三極管、R、L、C器件）組成。器件）組成。（不講）（不講） 由集成由集成邏輯門邏輯門及及R、L、C器件組成。器件組成。 由由專用集成電路專用集成電路及及R、L、C器件組成。器件組成。

2、 脈沖單元電路的主要形式為：脈沖單元電路的主要形式為： 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 多諧振蕩器多諧振蕩器第一節(jié)第一節(jié) 分立元件脈沖單元電路（自學(xué)）分立元件脈沖單元電路（自學(xué)） 由于課時有限，這一節(jié)的內(nèi)容我們不講了。同學(xué)由于課時有限，這一節(jié)的內(nèi)容我們不講了。同學(xué)們有時間自己看一下。們有時間自己看一下。 用分立元件構(gòu)成脈沖單元電路是脈沖電路的基礎(chǔ)，用分立元件構(gòu)成脈沖單元電路是脈沖電路的基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中經(jīng)常有用分立元件構(gòu)成脈沖電路的例子。在實際應(yīng)用中經(jīng)常有用分立元件構(gòu)成脈沖電路的例子。 分立元件脈沖電路中，三極管基本上是作為反相分立元件脈沖電路中，三極管基本上是作為反相器來

3、使用的，通常都構(gòu)成正反饋耦合回路，完成不同器來使用的，通常都構(gòu)成正反饋耦合回路，完成不同的功能。的功能。 第二節(jié)第二節(jié) 集成門構(gòu)成的脈沖單元電路集成門構(gòu)成的脈沖單元電路 1、用兩級、用兩級CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 下面我們分析該施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。下面我們分析該施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。 通過上述分析，我們得到了施密特觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)通過上述分析，我們得到了施密特觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)時的觸發(fā)電平。我們發(fā)現(xiàn)時的觸發(fā)電平。我們發(fā)現(xiàn)從從0到到1的觸發(fā)電平的觸發(fā)電平V+不等于不等于從從1到到0的觸發(fā)電平的觸發(fā)電平V-， V+ V- 這就是施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：這就是施密特觸發(fā)器

4、的特點(diǎn)： “對于正向和負(fù)向增長的輸入信號，電路具有不同對于正向和負(fù)向增長的輸入信號，電路具有不同的閾值電平。的閾值電平。” 我們把我們把VT+和和VT-之差稱為回差電壓之差稱為回差電壓Vd= VT+ - VT- 2、用、用TTL門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 與與CMOS的分析方法類似，這里就不再詳細(xì)推導(dǎo)了。的分析方法類似，這里就不再詳細(xì)推導(dǎo)了。其中二極管的作用是抬高其中二極管的作用是抬高VI使使G1導(dǎo)通的電壓，也可以保導(dǎo)通的電壓，也可以保證回差不小于閾值電壓。證回差不小于閾值電壓。 施密特電路的特性也稱為滯回特性、滯后特性。施密特電路的特性也稱為滯回特性、滯后特性。 3、集成施密特

5、觸發(fā)器、集成施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器作為一種對輸入信號的處理方式，一施密特觸發(fā)器作為一種對輸入信號的處理方式，一般與反相器，與非門串聯(lián)使用。構(gòu)成具有施密特觸發(fā)器般與反相器，與非門串聯(lián)使用。構(gòu)成具有施密特觸發(fā)器輸入的反相器和與非門等。輸入的反相器和與非門等。 常用的常用的CMOS施密特反相器芯片有施密特反相器芯片有40106，與非門有，與非門有14093。 常用的常用的TTL施密特反相器有施密特反相器有LS14，與非門有，與非門有LS132。 內(nèi)部電路自己看一下，總的特點(diǎn)仍然是當(dāng)輸入正向內(nèi)部電路自己看一下，總的特點(diǎn)仍然是當(dāng)輸入正向增長時使其門檻較高，增長時使其門檻較高，VT+較大；負(fù)向增長時門

6、檻自動較大；負(fù)向增長時門檻自動降低，使降低，使VT-較小。較小。 我們可以通過下面的數(shù)值表，了解我們可以通過下面的數(shù)值表，了解CMOS和和TTL電電路的工作電壓和回差范圍。路的工作電壓和回差范圍。 二、集成門構(gòu)成的二、集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 前幾章我們學(xué)過的觸發(fā)器，都叫雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因前幾章我們學(xué)過的觸發(fā)器，都叫雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因為它們都有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。我們可以任意改變它們的為它們都有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。我們可以任意改變它們的狀態(tài)，而我們希望它們保持不變時，它們可以穩(wěn)定地保狀態(tài)，而我們希望它們保持不變時，它們可以穩(wěn)定地保持。持。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就不同了，當(dāng)我們通過觸發(fā)信號使它單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

7、器就不同了，當(dāng)我們通過觸發(fā)信號使它們產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)后，它們不能一直保持下去，而是在一定時們產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)后，它們不能一直保持下去，而是在一定時間后，又回到原先的狀態(tài)。間后，又回到原先的狀態(tài)。 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，我們可以制作出許多有用的電利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，我們可以制作出許多有用的電路，如自動樓道燈、自動門、自動沖水器等。路，如自動樓道燈、自動門、自動沖水器等。 單穩(wěn)態(tài)平時所處的狀態(tài)稱為常態(tài)，觸發(fā)后暫時經(jīng)歷單穩(wěn)態(tài)平時所處的狀態(tài)稱為常態(tài)，觸發(fā)后暫時經(jīng)歷的狀態(tài)叫暫態(tài)。的狀態(tài)叫暫態(tài)。 下面我們對單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析。下面我們對單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析。 1、 微微 分分 型型 R1應(yīng)較大應(yīng)較大 R應(yīng)較小應(yīng)較小 大于大于2.

8、5k 64 R 910 分析：（分析：（1）穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) VI=1，無論，無論V02為為1為為0，最終結(jié)果：，最終結(jié)果： V01=0 V02=1 電容電容C放空放空 （2）暫態(tài)暫態(tài) VI=0 負(fù)脈沖開始，負(fù)脈沖開始，V1跟隨跟隨=0，V01=1V2跟隨跟隨=1，V02翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)=0，暫態(tài)開始。此后，暫態(tài)開始。此后V01沿沿R、C充充電，電，V2逐漸下降，最終逐漸下降，最終V02=1，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)值，暫態(tài)結(jié)束。，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)值，暫態(tài)結(jié)束。（3）恢復(fù)期）恢復(fù)期 此時此時V01不為不為0，要使其，要使其=0，才真正回常態(tài)。，才真正回常態(tài)。 各時刻各點(diǎn)電各時刻各點(diǎn)電壓值的推導(dǎo)見書。壓值的推導(dǎo)見書。 各點(diǎn)電壓波形各點(diǎn)

9、電壓波形 負(fù)沿觸發(fā)負(fù)沿觸發(fā)見右圖。見右圖。 微分型指微分型指R、C的為微分連接。的為微分連接。 輸入端的輸入端的C1和和R1也是微分電路，也是微分電路，其作用是使其作用是使V1在觸在觸發(fā)后能夠回高，與發(fā)后能夠回高，與VI低電平寬度無關(guān)。低電平寬度無關(guān)。2、積分型、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 將將R、C接為積分接為積分方式，就構(gòu)成積分型方式，就構(gòu)成積分型 正沿觸發(fā)正沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 3、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)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 利用施密特觸發(fā)器的回差，產(chǎn)生暫態(tài)脈沖寬度。利用施密特觸發(fā)器的回差，產(chǎn)生暫態(tài)脈沖寬度。 4、暫態(tài)脈寬、暫態(tài)脈寬TW的計算的計算

10、暫態(tài)的持續(xù)時間是由RC充放電回路決定的。假設(shè) 暫態(tài)起始時刻的電壓為V（0+）， 暫態(tài)結(jié)束時刻的電壓為V（TW）， 充放電的最終電壓為V（）。則 V（ ） V（0+） TW = RC ln V（ ） V（TW） 三、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 無論是無論是TTL電路，還是電路，還是CMOS電路，都有一些現(xiàn)成的電路，都有一些現(xiàn)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片。如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片。如LS121、LS221非可重復(fù)觸發(fā)型、非可重復(fù)觸發(fā)型、LS122、LS123、MC14538可重復(fù)觸發(fā)型?？芍貜?fù)觸發(fā)型。 什么是可重復(fù)觸發(fā)和非可重復(fù)觸發(fā)呢？什么是可重復(fù)觸發(fā)和非可重復(fù)觸發(fā)呢？ 非可重復(fù)觸發(fā)非可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)

11、態(tài)觸發(fā)一經(jīng)觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)后，不的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)一經(jīng)觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)后，不再響應(yīng)新的觸發(fā)，直到本次暫態(tài)結(jié)束，才能再次觸發(fā)。再響應(yīng)新的觸發(fā)，直到本次暫態(tài)結(jié)束，才能再次觸發(fā)。暫態(tài)不能重疊，暫態(tài)不能重疊，“一次算一次一次算一次”。 可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)一經(jīng)觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)后，任何的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)一經(jīng)觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)后，任何時候再次觸發(fā)，重新進(jìn)入暫態(tài)。時候再次觸發(fā)，重新進(jìn)入暫態(tài)。“隨時重來隨時重來”。 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然各不相同，但基本形式是一集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然各不相同，但基本形式是一樣的：樣的： 外接定時元件電容外接定時元件電容C，電阻，電阻R（有的內(nèi)含電阻）。（有的內(nèi)含電阻）。 觸發(fā)信號的形式可以有多種，

12、正沿觸發(fā)、負(fù)沿觸發(fā)觸發(fā)信號的形式可以有多種，正沿觸發(fā)、負(fù)沿觸發(fā) 具有兩個對稱互補(bǔ)輸出端具有兩個對稱互補(bǔ)輸出端 Q 和和 /Q 上述集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時周期通常在幾十納秒上述集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時周期通常在幾十納秒到數(shù)百毫秒之間。到數(shù)百毫秒之間。 四、集成門構(gòu)成的多諧振蕩器四、集成門構(gòu)成的多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱無穩(wěn)態(tài)振蕩器，它也有兩個狀態(tài)，多諧振蕩器又稱無穩(wěn)態(tài)振蕩器，它也有兩個狀態(tài)，但它不能穩(wěn)定于任何一個狀態(tài)，而是在兩者之間來回但它不能穩(wěn)定于任何一個狀態(tài)，而是在兩者之間來回轉(zhuǎn)換，所以它的輸出不會是恒高或恒低，而是矩形波。轉(zhuǎn)換，所以它的輸出不會是恒高或恒低，而是矩形波。 所以多諧振蕩器常常作

13、為方波發(fā)生器。所以多諧振蕩器常常作為方波發(fā)生器。 1、電容正反饋多諧振蕩器、電容正反饋多諧振蕩器 VDD GND GND VDD 兩個暫態(tài)時間的計算：兩個暫態(tài)時間的計算： 仍然是根據(jù)仍然是根據(jù)RC充放電的標(biāo)準(zhǔn)公式來計算：充放電的標(biāo)準(zhǔn)公式來計算： Vd（最終） Vd（暫態(tài)開始） TW = RC ln Vd（ 最終） Vd（暫態(tài)結(jié)束） 對放電周期對放電周期： Vd（ 最終）最終）= 0.3vVd（暫態(tài)開始）（暫態(tài)開始）= 4.3v Vd（暫態(tài)結(jié)束）（暫態(tài)結(jié)束）= 1.4v 對充電周期對充電周期： Vd（ 最終）最終）= 3.6vVd（暫態(tài)開始）（暫態(tài)開始）= -1.8v Vd（暫態(tài)結(jié)束）（暫態(tài)結(jié)束）= 1.4v 2、晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器、晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 晶體具有極高的頻率穩(wěn)定性，當(dāng)外接信號的振蕩頻率晶體具有極高的頻率穩(wěn)定性，當(dāng)外接信號的振蕩頻率與晶體的固有頻率一致時，它的電抗值很??；稍有偏離則與晶體的固有頻率一致時，它的電抗值很??；稍有偏離則迅速增大。因此利用晶體作為反饋回路，可以得到很高的迅速增大。因此利用晶體作為反饋回路，可以得到很高的頻率穩(wěn)定性。頻率穩(wěn)定性。 電源電壓、溫度變化對晶體振蕩器影響較小。電源電壓、溫度變化對晶體振蕩器影響較小。 3、由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器、由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器 第三節(jié)第三節(jié) 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 555定