數(shù)字電子技術(shù)脈沖波形的產(chǎn)生

數(shù)字電子技術(shù)脈沖波形的產(chǎn)生第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日1（1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路又稱為觸發(fā)器，它具有兩個穩(wěn)定狀態(tài).兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的作用下才能完成。（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路又稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是暫時穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱“暫穩(wěn)態(tài)”）.在外加觸發(fā)信號作用下，可從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路自動返回到穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于電路的參數(shù)。（3）多諧振蕩器能夠自激產(chǎn)生連續(xù)矩形脈沖，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要外加觸發(fā)信號觸發(fā)，而完全由電路自身完成。若對該輸出波形進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可得到許多各種不同頻率的諧波，故稱“多諧”。第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.2多諧振蕩器

主要內(nèi)容：門電路構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理石英晶體多諧振蕩器電路及其優(yōu)點(diǎn)秒脈沖信號產(chǎn)生電路的構(gòu)成方法第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.2.1門電路構(gòu)成的多諧振蕩器

利用門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個非門首尾相接就構(gòu)成一個簡單的多諧振蕩器。如圖所示，它由三個非門首尾相連而成，這個電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日

從任何一個非門的輸出端都可得到高、低電平交替出現(xiàn)的方波。該電路的輸出波形：在某一時刻輸出uo由低電平0跳變?yōu)楦唠娖?，則G1門、G2門和G3門將依次翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過三級門的傳輸延遲時間3tpd后，使輸出uo又由高電平1跳變?yōu)榈碗娖?。如此循環(huán)跳變而形成矩形波。第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日

其振蕩周期為6tpd。這種簡單的多諧振蕩器周期小，頻率高，且頻率不易調(diào)整和不穩(wěn)定，所以在實(shí)際電路中很少使用。第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日

為了克服上述多諧振蕩器的缺點(diǎn)，可在電路中引入RC延遲環(huán)節(jié)，構(gòu)成如圖所示電路。使uA電壓延遲下降第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(1)設(shè)在t0時刻，uI=uo為低電平，則uo1為高電平，uo2為低電平。此時uo1經(jīng)電容C、電阻R到uo2形成電容的充電回路。電容C上uc的電壓逐漸增大，uA相應(yīng)減小，當(dāng)接近門電路的閾值電壓UTH時，形成下述正反饋過程：

uA↓→uo↑→uo1↓正反饋的結(jié)果，使電路在t1時刻，uI=uo變?yōu)楦唠娖?，則uo1為低電平，uo2為高電平。第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(2)電路在t1時刻，uI=uo變?yōu)楦唠娖?，uo1為低電平，uo2為高電平。此時uo2經(jīng)電阻R、電容C到uo1形成電容的放電回路。此后的過程與上相似，最后使電路在t2時刻返回到uI=uo變?yōu)榈碗娖?，uo1為高電平，uo2為低電平的狀態(tài)。

第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(3)充電放電放電充電第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.2.2采用石英晶體的多諧振蕩器兩種常見的石英晶體振蕩器電路：

具有各種諧振頻率的石英晶體（簡稱“晶振”）已被制成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品出售。第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日例10-1秒脈沖信號產(chǎn)生電路的設(shè)計。秒信號產(chǎn)生電路(1)第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日秒信號產(chǎn)生電路(2)第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日從Q4~Q10和Q12~Q14各輸出端可分別得到頻率為2048Hz，1024Hz，512Hz，256Hz，128Hz，64Hz，32Hz，8Hz，4Hz和2Hz的脈沖信號。

第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要內(nèi)容：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)門電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā)的區(qū)別集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121和74LS122的使用方法單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在波形整形、定時和延時等方面的應(yīng)用方法第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1．電路結(jié)構(gòu)

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器R<ROFF

第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(1)

原理概述：在外觸發(fā)信號的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，然后在電容充放電的作用下，電路自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。（1）無觸發(fā)信號時uI為高電平?？紤]到R<ROFF，所以穩(wěn)態(tài)時uI2為低電平，則uo為高電平。故uo1為低電平，電容C兩端的電壓近似為0V。只要觸發(fā)信號不到來，電路就維持在uo1為低電平，uo為高電平這一穩(wěn)定狀態(tài)。第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(2)（2）假設(shè)在t1時刻，輸入端有觸發(fā)信號（負(fù)脈沖信號）出現(xiàn)，則與非門G1的輸出uo1變?yōu)楦唠娖?。由于電容C兩端的電壓不能突變，故uI2隨uo1跳變?yōu)楦唠娖剑瑄o跳變?yōu)榈碗娖?。該低電平反饋到G1的輸入端，使uo1仍維持在高電平。電路處于uo1為高電平、uo為低電平的暫穩(wěn)狀態(tài)。第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間，經(jīng)電容C和電阻R到地形成充電回路，電容C開始充電，uI2開始逐漸下降。當(dāng)接近門電路的閾值電壓UTH時（設(shè)此時觸發(fā)脈沖已消失），出現(xiàn)下述正反饋過程：uI2

↓→uo↑→uo1↓此正反饋的結(jié)果，使電路自動返回到uo1為低電平，uo為高電平的穩(wěn)定狀態(tài)。電容開始放電，為下一次觸發(fā)作準(zhǔn)備。第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形充電放電第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā),其工作波形如圖所示。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)之后，即使再有觸發(fā)脈沖作用，電路的工作過程也不受其影響；可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，如又有觸發(fā)脈沖作用，電路會被重新觸發(fā)，使暫穩(wěn)態(tài)繼續(xù)延遲一個tW時間。第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。74122、74123、74LS123等是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日外接電阻Rext

的取值范圍為2kΩ~40kΩ，外接電容Cext取值為10pF~1000μF。

Cext接在10、11腳之間，Rext接在11和電源UCC（14腳）之間，此時9腳開路。當(dāng)需要電阻較小時，可以直接使用阻值約為2kΩ的內(nèi)部電阻Rint，此時將Rint接UCC，即9、14腳相接。第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日有兩種邊沿觸發(fā)方式。輸入A1或A2是下降沿觸發(fā)，輸入B是上升沿觸發(fā)。

看懂功能表第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1．脈沖整形

2．定時控制第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日3．脈沖延時

脈沖延時一般包括兩種情況，一是邊沿延時，輸出脈沖信號的下降沿相對于輸入脈沖信號的下降沿延時了tw；二是脈沖信號整體延時一段時間。第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日（a)利用一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器即可實(shí)現(xiàn);(b)可采用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。其中，第一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用上升沿觸發(fā)，其輸出脈沖寬度等于所要求的延時時間；第二個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用下降沿觸發(fā)，并使其輸出脈沖寬度等于第一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入脈沖的寬度即可。第一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日仿真軟件演示脈沖延時。第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.4施密特觸發(fā)器主要內(nèi)容：施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形變換的工作原理施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形整形的工作原理施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日概述

施密特觸發(fā)器的輸出與輸入信號之間的關(guān)系可用電壓傳輸特性表示：

第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日TTL集成施密特觸發(fā)器有74LS13、74LS14、74LS132等。74LS13為施密特觸發(fā)的雙四輸入與非門，74LS14為施密特觸發(fā)的六反相器，74LS132為施密特觸發(fā)的四兩輸入與非門。CMOS集成施密特觸發(fā)器有74C14、74HC14等。第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1．波形變換

利用施密特觸發(fā)輸入反相器可以把正弦波、三角波等變化緩慢的波形變換成矩形波。仿真軟件演示第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日2．脈沖整形

有些信號在傳輸過程中或放大時往往會發(fā)生畸變。通過施密特觸發(fā)器電路，可對這些信號進(jìn)行整形。第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3．幅度鑒別

第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日4．構(gòu)成多諧振蕩器

由7414施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器。該電路非常簡單，僅有兩個施密特觸發(fā)器、一個電阻和一個電容組成。第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日接通電源瞬間，電容C上的電壓為0，因此輸出uo1為高電平。此時uo1通過電阻R對電容C充電，電壓uI逐漸升高。當(dāng)uI達(dá)到UT+時，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出uo1為低電平。此后電容C又通過R放電，uI隨之下降。當(dāng)uI降到UT-時，觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始地形成振蕩。充電放電第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日仿真軟件演示第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.5555定時器及其應(yīng)用主要內(nèi)容：555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及工作原理555定時器的邏輯功能555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555定時器構(gòu)成多諧振蕩器第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日1．電路結(jié)構(gòu)10.5.1電路組成及工作原理（1）電阻分壓電路；（2）兩個電壓比較器C1和C2；（3）基本RS觸發(fā)器；（4）一個放電三極管T。第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(1)RD的功能：復(fù)位5腳的功能：控制或改變比較器的參考電壓，通常懸空。此時，比較器C1的參考電壓為比較器C2的參考電壓為第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日工作原理分析(2)四種情況下輸出信號及三極管T狀態(tài)的分析：（表10－2）第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.5.2555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將555定時器的uI6和uI2輸入端連在一起作為信號的輸入端，即可組成施密特觸發(fā)器。

假設(shè)輸入信號是一個三角波，根據(jù)功能表10-2分析：第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日10.5.3555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）穩(wěn)定狀態(tài)為0。如果沒有外加觸發(fā)脈沖到來，則該輸出狀態(tài)一直保持不變。穩(wěn)態(tài)第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日