【大學(xué)】脈沖產(chǎn)生與整形電路

內(nèi)容簡(jiǎn)介1.概述2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.施密特觸發(fā)器4.多諧振蕩器5.555定時(shí)器及其應(yīng)用重點(diǎn)內(nèi)容1.多諧振蕩器2.555定時(shí)器工作原理第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路編輯ppt教學(xué)目標(biāo):

理解掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作原理，及555定時(shí)器的工作原理及使用方法。

第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路編輯ppt學(xué)時(shí)安排：6學(xué)時(shí)課后作業(yè):7.5、7.12、7.13第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路編輯ppt7.1概述1.脈沖信號(hào):

脈沖信號(hào)是指一種持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流波形，如圖所示。圖（a）是方波，圖（b）是矩形波，圖（c）是尖頂脈沖，圖（d）是鋸齒波，圖（e）是鐘形脈沖。它們都可以通稱為“脈沖信號(hào)”。

脈沖波形的不同形狀編輯ppt7.1概述2.在數(shù)字電路中，要控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，常常需要時(shí)鐘脈沖（CP）信號(hào)，獲得這種矩形脈沖的方法：一是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生，二是通過整形電路變換得到。多諧振蕩器可通過門電路、石英晶體或集成555定時(shí)器三種方式構(gòu)成。整形電路可分為施密特觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它們可以使脈沖的邊沿變得陡峭，形成滿足要求的矩形脈沖，脈沖波形的特性主要用圖中所示的參數(shù)來描述。

描述矩形脈沖的主要參數(shù)編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也有兩個(gè)狀態(tài)：一個(gè)是穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)無觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將從穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)定狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)在保持一定時(shí)間后，能夠自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、電路組成如下圖所示。門G1的輸出經(jīng)微分電路RC接到門G2的輸入端，門G2的輸出直接耦合到G1的輸入端。電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，ui為高電平，u01為低電平，為了使u02可靠為高電平，對(duì)于TTL芯片74LS00應(yīng)選擇R＜ROFF，一般取R＜0.7KΩ。但對(duì)于CC4011的MOS門輸入阻抗高，外接電阻R的大小不會(huì)影響其穩(wěn)態(tài)，則不受ROFF限制。編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(b)編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2、工作過程電源接通后，在沒有外來觸發(fā)脈沖時(shí)（uI為高電平）電路處于穩(wěn)定狀態(tài)：uO1=UOL，uO=UOH。為此，必須保證Rd>RON（開門電阻），R<ROFF(關(guān)門電阻)。根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)的部分電路圖所示的等效電路，非門G2的輸入為了討論方便，假定uI2=UOL，則此時(shí)電容C上沒有電壓。編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)時(shí)的部分電路編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為可重觸發(fā)型和不可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)定時(shí)間tw之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，電路不會(huì)產(chǎn)生任何反應(yīng)，如圖（b）所示。可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)定時(shí)間tw之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的觸發(fā)脈沖重新觸發(fā)，如圖（c）所示。圖(a)觸發(fā)信號(hào)ui；(b)不可重觸發(fā)輸出波形；(c)可重觸發(fā)輸出波形ui(a)(b)(c)編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

CC4528B的引腳圖如圖所示。圖(b)CC4528B引腳圖CC4528B編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

常用的TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54LS121/74LS121，54LS221/74LS221，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54LS123/74LS123，54LS122/74LS122等。54LS121/74LS121的邏輯符號(hào)如圖所示。(b)邏輯符號(hào)編輯ppt7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例應(yīng)用1.脈沖整形。脈沖信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸后，其邊沿會(huì)變差或疊加了某些干擾，這時(shí)可利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行整形。將這些受到干擾的脈沖信號(hào)ui加到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端，輸出端便可得到符合要求的矩形脈沖u0。如圖所示。圖(a)(b)脈沖整形電路74HC121編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路，利用它可以將正弦波、三角波以及其它一些周期性的脈沖波形變換成邊沿陡峭的矩形波。另外，它還可以用作脈沖鑒幅器、比較器。

施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號(hào)電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外加信號(hào)的作用下，只要輸入信號(hào)變化到某一電平時(shí)，電路就從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而且穩(wěn)定狀態(tài)的保持也與輸入信號(hào)的電平密切相關(guān)。下圖是這種電路的工作波形。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

一、用門電路組成的施密特觸發(fā)器下圖所示電路是由TTL門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器。圖中，V為電壓偏移二極管，R1、R2為分壓電阻，電路的輸出通過電阻R2進(jìn)行正反饋。下面我們來分析電路的工作原理。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

假設(shè)在接通電源后，電路輸入為低電平uI=UOL，則電路處于如下狀態(tài)：uO1=UOH，uO=UOL。如果不考慮G1門的輸入電流，uI1的電壓為：

編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

其中，UD為二極管的導(dǎo)通壓降。當(dāng)uI上升到門電路的閾值電壓UTH時(shí)，由于uI1的電壓還低于UTH，電路仍然保持這個(gè)狀態(tài)不變；隨著uI的繼續(xù)升高，當(dāng)uI1也上升到UTH時(shí)，電路將產(chǎn)生如下正反饋過程：

uI↑uI1→↑uO1→↓→uO↑編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

結(jié)果使電路的狀態(tài)迅速翻轉(zhuǎn)為：uO1=UOL，uO=UOH，這是電路的另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。那么這一時(shí)刻的輸入電壓uI就是電路的正向閾值電壓UT+，將uI=UT+，uI1=UTH帶入式9-21可得：

當(dāng)uI從UT+再升高時(shí)，電路的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

當(dāng)uI從高電平下降時(shí)，只要下降到uI=UTH，由于電路中的正反饋?zhàn)饔?，電路狀態(tài)立刻發(fā)生翻轉(zhuǎn)，回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。可見，電路的負(fù)向閾值電壓UT-=UTH。所以該電路的回差電壓為:

因此，通過改變電阻R1和R2的比值，可以調(diào)整回差電壓。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

二、集成施密特觸發(fā)器

由于性能穩(wěn)定，所以在數(shù)字系統(tǒng)中集成施密特觸發(fā)器被廣泛采用。目前，各廠家已經(jīng)生產(chǎn)出多種單片集成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)品。

74LS132是一種典型的集成施密特觸發(fā)器，其內(nèi)部邏輯圖和引腳排列如圖9-25（a）所示。74LS132內(nèi)部包括四個(gè)相互獨(dú)立的兩輸入施密特觸發(fā)器，每一個(gè)觸發(fā)器都是以基本的施密特觸發(fā)電路為基礎(chǔ)，在輸入端增加了與的功能，在輸出端增加反向器，所以我們將其稱為施密特觸發(fā)的與非門，其邏輯符號(hào)如圖（b）所示

編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

集成施密特觸發(fā)器74LS13274LS132的引腳排列和內(nèi)部邏輯圖

(b)施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號(hào)編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

74LS132的輸出信號(hào)Y與輸入信號(hào)中A、B只要有一個(gè)低于施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電平，輸出Y就是高電平；只有當(dāng)A、B同時(shí)高于正向閾值電平時(shí)，輸出Y才為低電平。在使用+5V電源的條件下，集成施密特觸發(fā)器74LS132的正向閾值電平UT+=1.5～2.0V，負(fù)向閾值電平UT-=0.6～1.1V，回差電壓ΔUT的典型值為0.8V。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1．波形變換利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以將邊沿變化緩慢的周期性信?hào)（如正弦波、三角波等）變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。在圖中，施密特觸發(fā)器的輸入是一個(gè)直流分量和正弦分量相疊加的信號(hào)，只要輸入信號(hào)的幅度大于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+，在觸發(fā)器的輸出端就可得到相同頻率的矩形波。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

2．脈沖整形矩形波經(jīng)過傳輸后波形往往會(huì)發(fā)生畸變，其中比較常見的有圖所示的三種情況：（a）矩形波的邊沿變緩；（b）在矩形波的邊沿處產(chǎn)生振蕩；（c）矩形波被疊加上干擾。無論哪一種情況，只要設(shè)置好合適的UT+和UT-，均能獲得滿意的整形效果。

編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

3．脈沖幅度鑒別利用施密特觸發(fā)器的輸出取決于輸入幅度的特點(diǎn)，可以將其用作脈沖幅度鑒別電路。如圖所示，在施密特觸發(fā)器的輸入端輸入一系列幅度不等的矩形脈沖，根據(jù)施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于那些幅度大于UT+的脈沖，電路有脈沖輸出；而對(duì)于幅度小于UT+的脈沖，電路則沒有脈沖輸出，從而達(dá)到幅度鑒別的目的。編輯ppt7.3施密特觸發(fā)器

編輯ppt7.4多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故稱它為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。

一、對(duì)稱多諧振蕩器

1.由CMOS六反相器CC4009UB構(gòu)成的多諧振蕩器，如圖所示。圖中兩個(gè)反相器之間經(jīng)C1和C2耦合形成正反饋回路。合理選擇RF1和RF2使G1、G2工作在傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，這時(shí)，G1和G2都工作在放大區(qū)。由于G1、G2的外電路對(duì)稱，因此，又稱其為電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器。

電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器編輯ppt7.4多諧振蕩器2.工作過程電路的工作波形如圖所示。

電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器的工作波形編輯ppt7.4多諧振蕩器3.振蕩周期的計(jì)算：取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，

UTH=1.4V，UOH=3.6V，

UOL=0.3V，則：

T=2tw≈1.4RF·C

二、環(huán)形振蕩器由三個(gè)非門構(gòu)成的環(huán)形振蕩器(即方波發(fā)生器)如圖所示。(a)(b)環(huán)形振蕩器及其工作波形(a)(b)編輯ppt7.4多諧振蕩器三、石英晶體多諧振蕩器

石英晶體的等效電路、電路符號(hào)、阻抗頻率特性分別如圖(a)(b)(c)所示。(a)石英晶體等效電路(b)石英晶體電路符號(hào)(c)石英晶體的頻率特性編輯ppt7.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能:

盡管555定時(shí)器產(chǎn)品的型號(hào)繁多，但它們的電路結(jié)構(gòu)、功能及外部引腳排列都是基本相同的。在Philips公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖中，它主要由三個(gè)阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個(gè)高精度的電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器以及一個(gè)作為放電通路的晶體三極管V組成。為了提高電路的驅(qū)動(dòng)能力，在輸出級(jí)又增加了一個(gè)非門G。在結(jié)構(gòu)圖中，引腳旁的數(shù)字為8引腳封裝的555定時(shí)器產(chǎn)品的引腳編號(hào)。編輯ppt7.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用編輯ppt7.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用二、555時(shí)基集成電路的分類555時(shí)基集成電路按內(nèi)部元件分類，可分為TTL型555（電源電壓為4.5V~5V）和CMOS型555（電源電壓為2V~18V）兩大類，按芯片內(nèi)包含的定時(shí)器的個(gè)數(shù)可分為單時(shí)基定時(shí)器555和雙時(shí)基定時(shí)器556兩種類型。按封裝分類又可分為8腳T0~99型，8腳雙列直插型和14腳雙列直插型三種.8腳TO~99型

8腳雙列直插型

556雙進(jìn)基電路的封裝編輯ppt7.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用三.555時(shí)基集成電路的功能無論是日立公司產(chǎn)的HA17555（日本），莫托羅拉（美國(guó)）公司產(chǎn)的MCI555，還是上海無線電十四廠產(chǎn)的CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。UR（4腳）UTH（6腳）UTR（2腳）OUT(u0)（3腳）放電端D（7腳）0XX1＞2/3UDD

＞1/3UDD1＜2/3UDD

＞1/3UDD1＜2/3UDD

＜1/3UDD00保持原狀態(tài)不變1對(duì)地導(dǎo)通對(duì)地導(dǎo)通保持原狀態(tài)不變與地?cái)嚅_555時(shí)基集成芯片功能表編輯ppt7.5

555定時(shí)器及其應(yīng)用