數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課件第9章

本章的要求： 了解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器的用途，掌握三者的工作波形和狀態(tài)特點(diǎn)及觸發(fā)特點(diǎn)。 了解RC電路沖、放電的過程及工作波形。掌握555定時(shí)器的工作原理，和管腳圖；掌握用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器的方法、工作波形、及脈沖時(shí)間寬度的計(jì)算公式、及其應(yīng)用范圍。第9章脈沖單元電路

9.1概述

9.1.1脈沖信號(plussignal)

脈沖信號是指持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流波形。 周期型矩形脈沖波形及其概念：

T(period):脈沖信號的周期；

占空比(dutycycle)：tw/T預(yù)備知識：一階RC電路沖、放電分析注意：1在變化瞬間電容兩端電壓相同。

2充、放電時(shí)電阻的電壓都承指數(shù)衰減

3充放電時(shí)間的快慢與RC成正比。RC充電電路UC,uR充電過程URE充電過程UCE

①電路的時(shí)常數(shù)τ=RC,τ決定了衰減（暫態(tài)）時(shí)間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓(或電流)隨時(shí)間變化的方程為

如果U(tM)=UT，從暫態(tài)過程的起始值U(0+)變到UT所經(jīng)歷的時(shí)間tM可用下式計(jì)算：9.2集成邏輯門構(gòu)成的脈沖電路9.2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

1由一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)組成。不同的單穩(wěn)態(tài)電路穩(wěn)定狀態(tài)和暫穩(wěn)定狀態(tài)的電平和脈寬有所不同。2 在外來觸發(fā)脈沖作用下，從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。3暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后，返回到穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間只與電路參數(shù)有關(guān)與外來觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作用：定時(shí)（在有外來觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生一定寬度的方波)等。10.2.2多諧振蕩器1.帶RC定時(shí)電路的環(huán)型振蕩器T≈2.2RC2.石英晶體多諧振蕩器

上述電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)頻率方便，但頻率穩(wěn)定度不高。為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，往往使用石英晶體多諧振蕩器。振蕩電路的工作頻率僅決定于石英晶體的諧振頻率f0，

而與電路中的R、C數(shù)值無關(guān)。晶體振蕩頻率可在1MHz~20MHz內(nèi)選擇?，F(xiàn)在幾乎所有的數(shù)字電子設(shè)備中的時(shí)鐘產(chǎn)生電路都采用了石英晶體以產(chǎn)生高頻、穩(wěn)定的矩形脈沖信號。圖10-2幾種常用的石英晶體振蕩器施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：兩種穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)輸入電平高于上限觸發(fā)電平VT+,狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入電平低于下限觸發(fā)電平VT-，狀態(tài)再一次發(fā)生翻轉(zhuǎn)。VT+≠VT-，稱為回差電壓。9.2.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器應(yīng)用很廣，主要有以下幾方面：

①波形變換?？梢詫⑦呇刈兓徛闹芷谛孕盘栕儞Q成矩形脈沖。

②脈沖整形。將不規(guī)則的電壓波形整形為矩形波。要求下限觸發(fā)電平VT-低于頂部干擾信號的谷底。圖波形整形

③脈沖鑒幅。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。此外，施密特觸發(fā)器還可以構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等，是應(yīng)用較廣泛的脈沖電路。幅度鑒別

9.2.4矩形脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點(diǎn)

獲得矩形脈沖的方法通常有兩種：一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；另一種是對已有的信號進(jìn)行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號。典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)是暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)時(shí)必須由外加觸發(fā)信號觸發(fā)，從暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)是由電路自身完成的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)。

多諧振蕩電路能夠自激產(chǎn)生脈沖波形，它的狀態(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。它主要在時(shí)序電路中產(chǎn)生穩(wěn)定的矩形脈沖時(shí)間信號。

脈沖整形電路能夠?qū)⑵渌螤畹男盘?，如正弦波、三角波和一些不?guī)則的波形變換成矩形脈沖。施密特觸發(fā)器就是常用的整形電路。有兩個(gè)觸發(fā)電平，當(dāng)輸入信號達(dá)到某一額定值時(shí)，電路從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。 它能把變化非常緩慢的連續(xù)信號整形成數(shù)字電路所需要的矩形脈沖；名稱狀態(tài)特點(diǎn)觸發(fā)特點(diǎn)施密特觸發(fā)器兩個(gè)穩(wěn)態(tài)兩個(gè)觸發(fā)電平單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一個(gè)穩(wěn)態(tài)、一個(gè)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)到暫態(tài)要觸發(fā)脈沖，暫態(tài)自動回到穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器暫穩(wěn)態(tài)自激振蕩無需觸發(fā)

9.3555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)器功能表9.3.2555定時(shí)器的典型應(yīng)用1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

輸出脈沖寬度TW

輸出脈沖寬度TW是充電時(shí)間，根據(jù)電容C的充電過程可知：2.多諧振蕩器

振蕩周期T的計(jì)算

多諧振蕩器的振蕩周期為兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，T=T1+T2。由波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間Ｔ2各為因而振蕩周期

3)占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器3.施密特觸發(fā)器1)施密特觸發(fā)器的構(gòu)成與工作原理用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器(a)電路圖；(b)波形圖；(c)電壓傳輸特性練習(xí)：根據(jù)右圖輸入輸出波形，該電路是（）A：JK觸發(fā)器 B：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)