（本科）第8章 脈沖電路ppt課件（全）

1、第8章 脈沖電路第 8 章數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)8.1 概述8.2 集成555定時器8.3 多諧振蕩電路8.4 施密特觸發(fā)電路8.5 單穩(wěn)態(tài)電路本章小結(jié)第8章 脈沖電路本章介紹矩形脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路。先介紹矩形脈沖的主要參數(shù)，再重點(diǎn)介紹555定時器的組成、工作原理、功能和應(yīng)用，最后介紹由它構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路及其應(yīng)用。學(xué)習(xí)指導(dǎo)8.1 概述獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種：1. 利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需的矩形脈沖。2. 通過各種整形電路，把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。脈沖周期 T脈沖幅度 脈沖寬度 : 上升沿 到下降沿上升時間 ：下降

2、時間 :占空比q : 脈沖寬度與脈沖周期的比值：矩形脈沖主要參數(shù)555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。 555定時器產(chǎn)品型號TTL型后3位數(shù)碼為555，CMOS型后4位數(shù)碼為7555，它們的功能和引腳排列完全相同。為了提高集成度，又生產(chǎn)了雙定時器產(chǎn)品556（雙極型，即TTL型）和7556（ CMOS型）。8.2 集成555定時器 8.2.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 : 一個由三個相等電阻組成的分壓器; 兩個電壓比較器: A1、A2 ;一個 RS 觸發(fā)器;

3、 一個反相器和一個晶體管T等。具體的 結(jié)構(gòu)見后圖。 555定時器能在很寬的電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型555定時器的電源電壓范圍為516V，最大負(fù)載電流為200mA，CMOS型7555定時器的電源電壓范圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器 閾值端 觸發(fā)端控制電壓輸入端當(dāng)CO懸空：UR12/3VCC，UR21/3VCC當(dāng)COVCO：UR1VCO，UR21/2VCO 8.2.2 555定時器的功能在電壓控制端5號管腳經(jīng)一個小電容（例如0.01f）接地或5號管腳開路時，555定時器的功能如下：1. 外部強(qiáng)制復(fù)位端RD的功能最高，它

4、是低電平有效的。只要RD=0，555定時器3號管腳的輸出就為低電平。只有當(dāng)RD=1時，555定時器3號管腳的輸出才由6號管腳的閾值端輸入和號2號管腳的觸發(fā)端輸入決定。綜上所述，就得到了CB555的功能表如下。功能表 8.2.2 555定時器的功能1號管腳是接地端，2號管腳是低電平觸發(fā)輸入端，3號管腳是輸出端，4號管腳是復(fù)位端，5號管腳是控制端，6號管腳是閾值端輸入端，7號管腳是放電端，8號管腳是電源端。8.3 多諧振蕩電路多諧振蕩電路是能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路，由于矩形脈沖波中除基波外，還包含許多高次諧波，因此這類振蕩電路被稱為多諧振蕩電路。多諧振蕩電路一旦振蕩起來后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩

5、個暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號，因此它又稱為無穩(wěn)態(tài)電路，常用作脈沖信號源。8.3 多諧振蕩電路多諧振蕩電路的特點(diǎn)為1多諧振蕩電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。2通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。3輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。8.3.1 用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路1.電路組成將555定時器的高、低電平觸發(fā)端（6管腳、2管腳）短接后連接到電容C與電阻R2的連接處，將放電端（7管腳）接到R1與R2的連接處，構(gòu)成多諧振蕩電路。電壓控制端（5管腳）經(jīng)小濾波電容0.01F接地以提高電路的穩(wěn)定性。這個電容也

6、可以不接。2.工作原理用555定時器接成多諧振蕩電路的工作過程可以分為四個階段。（1）暫穩(wěn)態(tài)I（t0t1）（2）自動翻轉(zhuǎn)I（t1）（3）暫穩(wěn)態(tài)II（t1t2）（4）自動翻轉(zhuǎn)II（t2）3. 主要參數(shù)兩個暫穩(wěn)態(tài)維持時間T1和T2的計算公式如下電路的振蕩周期和頻率分別為占空比為此電路占空比大于50%。為了得到小于或等于50%的占空比，應(yīng)改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)。占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路如圖所示。如何改變占空比？8.3.2 用門電路構(gòu)成的多諧振蕩電路對稱式多諧振蕩電路： T1.3RFC 2. 環(huán)形振蕩電路利用閉合回路中的正反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑯涌梢援a(chǎn)生自激振蕩，只要負(fù)反饋

7、的信號足夠強(qiáng)。環(huán)形振蕩電路就是利用延遲負(fù)反饋?zhàn)饔卯a(chǎn)生振蕩的。它是利用門電路的平均傳輸延遲時間將奇數(shù)個反相器首尾相接而構(gòu)成的，振蕩周期和頻率分別為3.帶延遲的環(huán)形振蕩電路8.3.3 石英晶體多諧振蕩電路 在許多應(yīng)用場合下都對多諧振蕩電路的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。例如，在將多諧振蕩電路作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時，它的頻率穩(wěn)定性直接影響著計時的準(zhǔn)確性。在這種情況下，前面所講的幾種多諧振蕩電路難以滿足要求，因為在這些多諧振蕩電路中振蕩頻率主要取決于門電路輸入電壓在電容充、放電過程中達(dá)到轉(zhuǎn)換電平所需要的時間，所以頻率穩(wěn)定性不可能很高。 在對頻率穩(wěn)定性要求比較高時，必須采取穩(wěn)定頻率措施。普遍采用的頻率穩(wěn)

8、定措施是在多諧振蕩電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩電路。8.3.3 石英晶體多諧振蕩器 一、石英晶體的電抗頻率特性和符號電容性電容性電感性振蕩頻率為f0二、石英晶體多諧振蕩器 石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因為32768215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標(biāo)準(zhǔn)。三、石英晶體多諧振蕩電路的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率f0，而與外接電阻、電容無關(guān)。石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定性。它的頻率穩(wěn)定度（f/f0）可達(dá)到10-1010-11，足以滿足

9、大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對頻率穩(wěn)定度的要求。8.3.3 石英晶體多諧振蕩電路（1）門鈴48162357555R1R2CuCuo0.01FESB100F10k100k0.01F開關(guān)SB按下，電源接通，振蕩，喇叭發(fā)出聲音開關(guān)SB不按，電源斷開，振蕩器不工作，喇叭不響f =0.7（10103+2 100 103 ） 0.01 10-6 （S）8.3.4 多諧振蕩電路的應(yīng)用簡易電子琴就是通過改變R2 的阻值來改變輸出方波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào) 。（2）簡易電子琴電路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1細(xì)銅絲至于盜賊必經(jīng)之路（3）防盜報警電路84162357555R1R2Cu

10、C0.01FE100F5.1k100k0.01FS50K1、555接成何種電路？2、簡述工作原理？振蕩器（4）試用CB555定時器設(shè)計一個多諧振蕩器，要求振蕩周期為1秒，輸出脈沖幅度大于3V而小于5V ，輸出脈沖占空比為2/3。解：由CB555的特性可知，當(dāng)電源電壓為5V時，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取VCC=5V即可滿足輸出脈沖幅度的要求。由得 R1=R2若取C=10F， 則R1 =R2=48K,接線如圖。答案不唯一。又由（5） 用兩個多諧振蕩器可以組成如下圖 (a)所示的模擬聲響電路。適當(dāng)選擇定時元件，使振蕩器A的振蕩頻率fA=1Hz，振蕩器B的振蕩頻率 fB

11、= 1kHz。由于低頻振蕩器A的輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位端(4腳)，當(dāng)Uo1輸出高電平時，B振蕩器才能振蕩，Uo1輸出低電平時， B振蕩器被復(fù)位，停止振蕩，因此使揚(yáng)聲器發(fā)出1kHz的間歇聲響。其工作波形如圖 (b)所示。 用 555 定時器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器(a) 電路圖； (b) 波形圖 8.4 施密特觸發(fā)電路施密特觸發(fā)電路能將邊沿變化緩慢的波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖，同時具有回差電壓和較強(qiáng)的抗干擾能力。施密特觸發(fā)電路的特點(diǎn)為1. 輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降的過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。2. 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋

12、過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。利用這兩個特點(diǎn)不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高低電平上的噪聲有效地清除。8.4.1 用555定時器接成的施密特觸發(fā)電路8 4 35126F將555定時器的兩個輸入端連在一起作為信號輸入端，如圖所示，即得到了施密特觸發(fā)器。時：時：不變以后：分析 vI 從0開始升高的過程：8.4.1 用555定時器接成的施密特觸發(fā)電路當(dāng)以后：回差電壓： 從高于 開始下降的過程：時：當(dāng)時：不變8.4.1 用555定時器接成的施密特觸發(fā)電路8.4.2 集成施密特觸發(fā)電路 在TTL電路及CMOS電路中都有單片集成施密特觸發(fā)器產(chǎn)品，如TTL

13、中的7413、74LS132等；CMOS中的CC40106、CC14093等。集成施密特觸發(fā)電路還增加了溫度補(bǔ)償、緩沖輸出等電路，其性能優(yōu)良，得到了廣泛的應(yīng)用。8.4.3 用施密特觸發(fā)電路構(gòu)成的多諧振蕩電路 施密特觸發(fā)電路最突出的特點(diǎn)是它的電壓傳輸特性有一個滯回區(qū)，若能使它的輸入電壓在兩個閾值之間不停地往復(fù)變化，那么在輸出端就可以得到多諧振蕩的矩形脈沖波了。 若使用的是CMOS斯密特觸發(fā)電路，輸出電壓波形得到振蕩周期的計算公式為 通過調(diào)節(jié)R和C的大小，即可改變振蕩周期。此外，在這個電路的基礎(chǔ)上稍加修改就能實(shí)現(xiàn)對輸出脈沖占空比的調(diào)節(jié)，脈沖占空比可調(diào)的多諧振蕩電路接法如圖所示。8.4.4 施密特觸

14、發(fā)電路的應(yīng)用一、用于波形變換。二、用于脈沖整形。三、用于脈沖鑒幅。波形變換?？梢詫⑦呇刈兓徛闹芷谛孕盘栕儞Q成矩形脈沖。脈沖整形。將不規(guī)則的電壓波形整形為矩形波。圖 (a)為有干擾的輸入信號，圖 (b)為回差電壓較小的輸出波形， 圖 (c)為回差電壓大于頂部干擾時的輸出波形。 增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力。脈沖整形8.4.4 施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用脈沖鑒幅。下圖是將一系列幅度不同的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器輸入端的波形，只有那些幅度大于上觸發(fā)電平U+的脈沖才在輸出端產(chǎn)生輸出信號。因此，通過這一方法可以選出幅度大于U+的脈沖，即對幅度可以進(jìn)行鑒別。幅度鑒別 8.4.4 施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用

15、84162357555R1R20.01FLDR+VCCKKA路燈自動開關(guān)控制電路光照強(qiáng)LDR阻值小VA2/3VCC 輸出低電平VT止K線圈斷電常閉觸點(diǎn)閉合燈亮光敏電阻負(fù)光照系數(shù)8.4.4 施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用8.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路將555定時器的觸發(fā)輸入端作為電路的觸發(fā)信號輸入端，并外接R和C于8、6和1引腳，其中6和7引腳相連，就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)電路。連線圖如圖所示。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個狀態(tài)。外界觸發(fā)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返回穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)。特點(diǎn)：整形、延時、定時應(yīng)用：8.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路顧名思義

16、電路只有一個穩(wěn)態(tài)，另一個狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。1. 穩(wěn)態(tài)時：電容充電： T 截止。2. 暫態(tài)：電容放電： 充到 后，T放電。8.5.1 用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路微分型單穩(wěn)控制附加電路8.5.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出緩沖電路 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121輸入輸出0101010100111011111100集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表穩(wěn)態(tài)下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部連接方法及工作波形16347591011141使用外接電阻Rext(下降沿觸發(fā)）1634759101114使用內(nèi)部電阻Rint(上升沿觸發(fā)）不可重復(fù)觸發(fā)型與可重復(fù)觸發(fā)型 圖（a）為不可重復(fù)型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

17、該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對原暫穩(wěn)態(tài)時間沒有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開始計算。 圖（b）為可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，則輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時間的基礎(chǔ)上再展寬tw。 因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時能比較方便地得到持續(xù)時間更長的輸出脈沖寬度。1. 脈沖延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時和延時。 單穩(wěn)電路的延時作用 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用單穩(wěn)電路來實(shí)現(xiàn)。 uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時間。 8.5.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用2.脈沖定時 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某

18、一電路，則可使它在tw時間內(nèi)動作(或者不動作)。 8.5.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 3. 整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。8.5.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用50定時單穩(wěn)&uouFuiuFOttttuiuouFuFOtw調(diào)整 tw =1S，對uFO的脈沖計數(shù)可構(gòu)成頻率計8.5.4 單穩(wěn)態(tài)電路應(yīng)用實(shí)例按一下按鈕 S未按uo0J的線圈不通電J 的觸點(diǎn)不動作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅白燈亮的時間即為曝光時間 TWTW = 1.1 RC洗相曝光定時器若S打開 , 則 ui = 1 ;若S合上 , 則 ui = 0 48162357uoui+VCCRCDTHTRSJ