數(shù)字電子技術基礎第-8-章--脈沖波形的產(chǎn)生與變換課件

1、tw0.9Um0.5Um0.1Umtr tfTUm圖8-1 實際的矩形波形8.1 實際的矩形波形及其參數(shù) 第8章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換（1）脈沖幅度Um（2）脈沖寬度tW（3）上升時間tr（4）下降時間tf（5）脈沖周期T（6）脈沖頻率f （7）占空比q11111+VDDTHCOTR（1）閾值輸入（6） 控制端（5）觸發(fā)輸入（2）RUR1RUR2R+-+UO1UO2QQVR（4）復位輸出端OUT（3）放電端D（7）圖8-2 集成555定時器 a)CC7555內(nèi)部邏輯電路圖1RS+-+8.2 集成555定時器 8.2.1 內(nèi)部電路結構 G1G2G3G4124568555+VDDDTHCOGNDT

2、RR73OUT圖8-2 b)CC7555內(nèi)部邏輯符號1. 電阻分壓器 2. 電壓比較器C1和C2 3. 基本RS觸發(fā)器 4. NMOS開關管VT 8.2.3 CC7555的工作原理 UTHUTR輸出（OUT）放電管（VT）(2VDD)/3(VDD)/3(VDD)/3UTH 回差電壓UT =UTUTUD 圖8-9 TTL門電路組成的施密特觸發(fā)器 8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.4 . 1 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 11111+VDDRUR1RUR2R+-+UO1UO2QQVuOD圖8-10 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1RS+-+0.01R1G1G2G3G4124568555+VDD37uIuO0

3、.01uIUTHUTRCCOC1C22. 工作原理電容電壓uC（t）=uC（）uC（）uC（0）exp（-t/） 穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài) uIuCuO000VDDVDD8.4.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 可重復觸發(fā)（ CC14528 /74122/74123）1&1Q1Q1TR -1TR +1RD1Cext1Rext/1Cext圖8-19 CC14528邏輯符號不可重復觸發(fā)（74121/74221）可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形uItOuOtOtWABCtWtWtD可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間tW之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)。電路在受到A輸入脈沖觸發(fā)后，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。在

4、暫穩(wěn)態(tài)tW期間，經(jīng)tD(tDtW)時間后，又受到B輸入脈沖的觸發(fā)，電路的暫穩(wěn)態(tài)時間又將從受B脈沖觸發(fā)開始，因此輸出信號的脈沖寬度將為tD+tW。采用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要在輸出的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)期tW結束前，再輸入觸發(fā)脈沖，就可方便地產(chǎn)生持續(xù)時間很長的輸出脈沖。輸入輸出R TR+ TR-0011010011110TR +TR -1/2CC14528Q+VDDRextCextuIR+VDD&uA（1）定時 tuIOtuBOtuAOtuOOtwTR +TR -1/2CC14528Q+VDDRextCextuIR+VDD（2）脈沖展寬 tuIOtuOOtpouOtDtpiTR +TR -1/2CC14

5、528Q1+VDDRext1Cext1uIR+VDD（3）脈沖延遲 TR TR 1/2CC14528Q2+VDDRext2Cext2R+VDDuOuIQ1tW1tW2uO8.4.3 用門電路組成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成 &uOG2uIRuA&G1uO1CUmUTHtpitWUOHuIuO1uAuOttttOOOO2. 工作原理 穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài) 3. 輸出脈寬tw和脈沖幅度Um的計算 放電的初始值是uA（0）=UOH3.6V放電的終值uA（）=UOL0.3V放電的時間常數(shù)為（R+RO）C Um=UOHUOL3.6V0.3V=3.3V 脈沖幅度 脈沖寬度V1R1+VCCuARROUO

6、LCG1G2CuARROUOLUOHUTHOt&uOG2uIRuA&G1uO1C圖8-18 經(jīng)改進后的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器&G38.5 多諧振蕩器 8.5.1 555定時器構成多諧振蕩器 11111+VDD+-+UO1UO2QQVuOD圖8-20 555集成定時器構成的多諧振蕩器1RS+-+G1G2G3G4124578555+VDD36uO0.01CC1C2RRRuCR1R22. 工作原理 VDDVDDVDD2/31/3T1T2VDDuCuOUmttt1t2ttOO圖8-21 多諧振蕩器電容C的克放電曲線及輸出矩形波振蕩信號 3. 參數(shù)計算 （1）充電時間T1 （2）放電時間T2 T=T1+T2

7、=（R1+R2）Cln2+R2Cln20.7（R1+2R2）C 占空比 q=T1/T=（R1+R2）/（R1+2R2） 4. 占空比可調(diào)的多諧振蕩器 124578555+VDD36uO0.01CR1R2RPRARBVD2VD1T1T2uO充電回路為：VDDRAVDlC地 放電回路為：CVD2RBVT（NMOS管）地 T=T1+T2（RA+RB）Cln2 q=T1/TRACln2/（RA+RB）Cln2=RA/（RA+RB） 充RAC，放RBC TlRACln2，T2RBCln2 例8-2 在圖8-9所示的占空比q可調(diào)的多諧振蕩器中，要求q在20%80%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，輸出信號的頻率為1kHz（T

8、=10-3s），試選擇R、C參數(shù)。解： 通常RA和RB的取值為1k3M之間，C大于500pF。若選擇C為0.22F，則RA+RB=10-3s/（0.2210-6Fln2）6.6k 查附錄E，選取Rw=4.7k，R 1和R 2均為1k（這樣所選R、C參數(shù)均為標稱阻容值），則實際占空比約為15%85%，比題目要求的調(diào)節(jié)范圍還大，這就滿足了題目的設計要求。例8-3 圖8-10a是由5G555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)電路，它在CO端（5腳）施加了一個如圖8-10b所示的三角波uIC，同時在觸發(fā)輸入端施加了一個矩形波脈沖序列，該電路可用作交流調(diào)速控制系統(tǒng)中的脈沖寬度（PWM ）調(diào)制器。試分析該PWM調(diào)制器的工

9、作原理，并畫出輸出電壓uO的波形圖。8.5.2 石英晶體振蕩器1. 石英晶體選頻特性0ff0X電感性電容性符號fp有兩個諧振頻率。當f=f0時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0； 當f=fp時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定： fp f0（晶體的標稱頻率） 石英晶體的選頻特性極好，f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達10-1010-11。2CMOS石英晶體多諧振蕩器（并聯(lián)式振蕩器） RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時使G1工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，構成一個反相放大器。 晶體工作在略大于fS與 fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構成電容三點式振蕩電路。電路的振蕩頻率= f0。 反相器G2起整形

10、緩沖作用，同時G2還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。Q高增益放大區(qū)BDuO=uIuIuO1G1uIuOO圖8-25 CMOS反相器的電壓傳輸特性 3 TTL石英晶體多諧振蕩器(串聯(lián)式振蕩器) R1、R2：使兩個反相器都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有高放大倍數(shù)的放大器。對于TTL門，常取R1=R2=0.72k，對于CMOS門，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為f0的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件R、C無關，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。111RG1R12G1C2Cou18.6 脈沖產(chǎn)生與變換電路應

11、用例 例8-4 分析圖8-28所示電路，設定時器5G555輸出高電平為3.6V，輸出低電平約為0V，圖中VD為理想二極管。試解答如下問題：（1）當開關置于位置A時，兩個5G555各構成什么電路？估算輸出信號uO1和uO2的振蕩頻率f和f各是多少？ （2）當開關置于位置B時，兩個5G555構成的電路有什么關系？畫出輸出信號uO1和uO2的波形圖。 t84762153555R133kC0.0820.01+5VR227k84762153555R33.3kC0.0820.01R42.7kBAuO1uO2uC2解：（1）位置A時，兩個5G555各自構成一個多諧振蕩器，對于多諧振蕩器：T=T1+T20.7

12、（R1+2R2）C+0.7R2C4.99ms，則f=1/T=200.4Hz。對于多諧振蕩器：T0.7（R3+R4）C+0.7R4C0.499ms，則f=1/T=2004Hz。 f=10f （2）位置B時，振蕩器的工作狀態(tài)受控于振蕩器的輸出信號uO1。當uO1=3.6V時，二極管VD截止，振蕩器起振工作，振蕩頻率f=2004Hz；而當uO10V時，二極管VD導通，振蕩器停振，uO2=3.6V。uO1uO3.44ms4.99ms1.55ms3.6V03.6V00.499ms0.155ms0.344ms例8-5 根據(jù)集成555定時器的功能表分析圖8-31的電路：（1）簡要說出該電路的功能；（2）說明

13、兩片集成555定時器分別接成何種脈沖產(chǎn)生與整形電路；（3）試問：在不同的工作狀態(tài)下，電路輸出信號uO的波形及其參數(shù)，包括高、低電平值和周期T分別是多少。圖8-31 例8-5的555定時器應用電路解：（1）未按下按鈕S時，CC7555（1）輸入約為6 V的電壓，輸出為低電平，CC7555（2）復位，輸出低電平。當按下S時，CC7555（1）輸入電壓下降，當電壓降至VDD/3時輸出電壓變?yōu)楦唠娖剑珻C7555（2）起振，揚聲器發(fā)出報警聲。所以，此兩片555定時器實現(xiàn)了報警功能。（2）CC7555（1）接成了施密特觸發(fā)器，CC7555（2）接成了多諧振蕩器；（3）該電路揚聲器沒有報警聲時，uO0 V

14、；有報警聲時，uO為方波信號，波形參數(shù)為：高電平UOH6 V，低電平UOL0 V，周期T0.7(R22R3)C0.14 ms。例8-6 圖8-32所示電路為由定時器CC7555構成的鋸齒波發(fā)生器，圖中BJT VT和電阻R1、R2、RE組成恒流源，給定時電容C恒流充電。圖8-30b上方所示為觸發(fā)輸入信號uI的波形。試回答如下問題：（1）CC7555構成了什么脈沖的整形與變換電路？（2）當觸發(fā)輸入端（2腳）輸入負脈沖后，畫出電容電壓uC及CC7555輸出信號uO的波形圖。（3）推導出電容C充電的時間估算式，即tW式。 +VDD84762153555R1C0.01uCR2V+IOuIuO1）觀察所示

15、電路的接法可知，CC7555構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。2）當uI輸入一個負脈沖后，CC7555內(nèi)基本RS觸發(fā)器置1，放電管V截止，外接定時電容C被恒流源電路充電，uC1/C ()IO t/C，故電容兩端電壓uC隨時間線性增長。當uC2VDD/3時，CC7555內(nèi)放電管V導通，電容C放電。uC及uO的波形如圖 解： 3）由圖可見，推導電容C的充電時間即為求uO輸出脈寬tW的估算式，而輸出脈寬 tWIOtW 若UEB，則 例8-7 圖8-33所示電路是一個回差可調(diào)的施密特觸發(fā)器，它是利用射極跟隨器的射極電阻RE1、RE2來調(diào)節(jié)回差電壓的。射極跟隨器即射極輸出器，電路中由BJT、RE1、RE2、R1和R2

16、等元器件組成，因uA跟隨uI，或者uA由V管發(fā)射極輸出而得名。另設該電路中G1、G2和G3均采用CT74系列TTL門，它們的閾值電壓UTH都是1.4 V，試回答如下問題：1）分析電路的工作原理。2）當RE1在50100 的范圍內(nèi)變動時，試計算回差電壓的變化范圍。 解：1）當uI足夠高時，uA、uB均為高電平，因此R端為低電平，uO2為高電平，uO1為低電平。當uI下降到使uB1.4 V時，門G3關閉，R端為高電平，但uA仍高于1.4 V，門G2仍開通，電路維持原態(tài)不變。只有當uA也下降到1.4 V時，RS觸發(fā)器才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，這時uI為下限閾值電壓UT，顯然UT1.4 VUBE。當uI上升，使uA

17、上升至1.4 V時，基本RS觸發(fā)器并不翻轉(zhuǎn)，只有當uB上升至1.4 V時，電路才返回到uO2為高電平、uO1為低電平的穩(wěn)態(tài)，uI為上限閾值電壓UT，UT(1.4 V/RE2)(RE1RE2)UBE，故回差電壓UTUTUT(RE1/RE2)1.4 V2）改變電阻RE1的大小，即可調(diào)節(jié)回差電壓UT。當RE150 時，UT(50/100)1.4 V0.7 V；當RE1100 時，UT(100/100)1.4 V1.4 V，可見RE1在50100 的范圍內(nèi)變化時，UT為0.71.4 V。 例8-8 圖8-34所示是利用多諧振蕩器構成的簡易溫控報警電路。該電路用揚聲器發(fā)出報警聲，用于火警或熱水溫度升高報

18、警場合，電路簡單、調(diào)試方便。試解答：（1）集成555定時器接成了哪種脈沖整形與變換單元電路？（2）簡述此簡易溫控報警電路的工作過程。圖8-34 例8-8的簡易溫控報警電路解：（1）圖8-34中CC7555定時器接成了多諧振蕩器電路；（2）圖8-34所示的電路中，雙極型晶體管（BJT）選用了PNP型鍺管3AX31（也可選用3DU型光敏管）。當溫度低于電路設定的溫度時，3AX31的反向穿透電流ICEO較小，CC7555定時器復位端（4腳）的電壓較低，使定時器工作在復位狀態(tài)，多諧振蕩器停振，揚聲器不發(fā)出聲響。而當溫度升高到設定的溫度時，3AX31的ICEO數(shù)值較大，CC7555復位端的電壓升高到解除復位之數(shù)值，多諧振蕩器開始振蕩，揚聲器便發(fā)出報警聲響。例8-9 圖8-35a所示為心率失常報警電路，經(jīng)過放大后的心電信號uI見圖8-35b，uI的幅值UIm4 V。試解答：（1）對應于uI分別畫出A、B、E 3點的電壓波形圖；（2）簡述此心率失常報警電路的組成及工作原理。解：（1）CC7555（1）接成了施密特觸發(fā)器，它將輸入的心電信號變換為脈沖信號。CC7555（2）與BJ