數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子教案-第6章脈沖波形產(chǎn)生與變換

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子授課方案——第6章脈沖波形產(chǎn)生與變換數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子授課方案——第6章脈沖波形產(chǎn)生與變換/數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)電子授課方案——第6章脈沖波形產(chǎn)生與變換第6章脈沖波形的產(chǎn)生與變換脈沖波形是數(shù)字電路或系統(tǒng)中最常用的信號。脈沖波形的獲取，平常采納兩種方法：一種是利用脈沖信號產(chǎn)生器直接產(chǎn)生；另一種是對已有的信號進(jìn)行變換，使之成為能夠知足電路或系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號。6.1多諧振蕩器多諧振蕩器能夠產(chǎn)生連續(xù)的、周期性的脈沖波形。它是一種自激振蕩電路。多諧振蕩器有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，沒有穩(wěn)態(tài)，工作過程中在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間依據(jù)必定的周期循環(huán)往復(fù)地挨次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生連續(xù)的、周期性的脈沖波形。門電路構(gòu)成的多諧振蕩器電路構(gòu)成及工作原理由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器擁有以下特色。①電路中含有開關(guān)器件，用于產(chǎn)生高、低電平。常用的開關(guān)器件有門電路、電壓比較器、BJT等。②擁有適合的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，將輸出電壓反應(yīng)到開關(guān)器件的輸入端使之改變輸出狀態(tài)。③有延時(shí)環(huán)節(jié)，以獲取所需要的振蕩頻次。一般狀況下，反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)兼有延時(shí)作用，由阻容元件構(gòu)成，利用RC電路的充、放電特色實(shí)現(xiàn)延時(shí)。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器有多種電路形式，圖6.1是一種由CMOS門電路構(gòu)成的多諧振蕩器。圖6.1所示電路的原理圖和波形圖6.2CMOS門電路構(gòu)成的多諧振蕩器的原理圖和波形圖（1）第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)的過程（2）第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)的過程振蕩周期的計(jì)算（1）T1的計(jì)算（2）T2的計(jì)算石英晶體多諧振蕩器為獲取頻次堅(jiān)固性很高的脈沖波形，多采納由石英晶體構(gòu)成的石英晶體振蕩器，石英晶體的電路符號和阻抗頻次特色如圖6.3所示。圖6.3石英晶體的電路符號及阻抗頻次特色由阻抗頻次特色曲線可知，石英晶體的選頻特色特別好，它有一個(gè)極為堅(jiān)固的串聯(lián)諧振頻次fS，且等效質(zhì)量因數(shù)Q值很高。當(dāng)頻次等于fS時(shí)，石英晶體的電抗為0，而當(dāng)頻次偏離fS時(shí)，石英晶體的電抗急劇增大，因此，在串聯(lián)諧振電路中，只有頻次為fS的信號最簡單經(jīng)過，而其余頻次的信號均會被晶體所衰減。fP是石英晶體的并聯(lián)諧振頻次。石英晶體的串聯(lián)諧振頻次fS和并聯(lián)諧振頻次fP可是取決于石英晶體的幾何尺寸，經(jīng)過加工成不一樣樣尺寸的晶片，即可獲取不一樣樣頻次的石英晶體，而且串聯(lián)諧振頻次fS和并聯(lián)諧振頻次fP的值特別湊近。用石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種形式。為了改良輸出波形和提升負(fù)載能力，一般在石英晶體振蕩器的輸出端加一級反相器，如圖6.4和圖6.5所示。圖6.4串聯(lián)型石英晶體振蕩器圖6.5并聯(lián)型石英晶體振蕩器多諧振蕩器的應(yīng)用多諧振蕩器能夠產(chǎn)生必定頻次、必定幅值的矩形波或許方波，寬泛應(yīng)用于音響、報(bào)警電路或系統(tǒng)的時(shí)鐘、計(jì)時(shí)等方面，圖6.6所示是一種秒信號產(chǎn)生電路。圖6.6秒信號產(chǎn)生電路6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠在外面觸發(fā)信號作用下，輸出一個(gè)必定寬度、必定幅值的脈沖波形。它擁有以下特色。①電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。②沒有觸發(fā)信號時(shí)，電路素來處于穩(wěn)態(tài)，在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不可以夠長遠(yuǎn)保持的狀態(tài)，因?yàn)殡娐分蠷C延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)連續(xù)的時(shí)間取決于電路中RC的參數(shù)。門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1）電路構(gòu)成及工作原理微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由與非門或許或非門電路構(gòu)成，圖6.7（a）、（b）分別為由與非門和或非門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。6.7微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器沒有觸發(fā)信號時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)②外加觸發(fā)信號，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)③電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回至穩(wěn)態(tài)電路各點(diǎn)工作波形如圖6.8所示。圖6.8微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各點(diǎn)工作波形2）主要參數(shù)計(jì)算①輸出脈沖寬度tW②恢復(fù)時(shí)間tre③最高工作頻次fmax積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.10是由或非門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其各點(diǎn)的工作波形圖。圖6.10積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為可重復(fù)觸發(fā)和不可以重復(fù)觸發(fā)兩種形式。兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形分別如圖6.11（a）、（b）所示。6.11兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形不可以重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121是一種TTL的不可以重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其引腳圖如圖6.12所示。6.1274121的引腳圖1）觸發(fā)方式74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有3個(gè)觸發(fā)輸入端，在以下狀況下，電路可由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)：①在A1、A2兩個(gè)輸入中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平的狀況下，B發(fā)生由0到1的正跳變；②在B為高電平的狀況下，A1、A2中有一個(gè)為高電平而另一個(gè)發(fā)生由1到0的負(fù)跳變，或許A1、A2同時(shí)發(fā)生負(fù)跳變。（2）準(zhǔn)時(shí)74121

的準(zhǔn)不時(shí)間取決于準(zhǔn)時(shí)電阻和準(zhǔn)時(shí)電容的數(shù)值。準(zhǔn)時(shí)電容

Cext連結(jié)在引腳Cext（10腳）和Rext/Cext（11腳）之間。假如使用有極性的電解電容，電容的正極應(yīng)接在C引腳（10腳）。關(guān)于準(zhǔn)時(shí)電阻，有兩種選擇：ext①采納內(nèi)部準(zhǔn)時(shí)電阻Rint（RintkΩ），此時(shí)只要將Rint引腳（9腳）接至=2電源VCC；②采納外面準(zhǔn)時(shí)電阻（阻值應(yīng)在1.4kΩ～kΩ之間），此時(shí)Rint引腳（940腳）應(yīng)懸空，外面準(zhǔn)時(shí)電阻接在引腳Rext/Cext（11腳）和VCC之間。74121的輸出脈沖寬度為tWRC≈0.7平常R的取值在2kΩ～30kΩ之間，C的取值在10pF～10μF之間，獲取的tW在20ns～200ms之間。可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4528是一種CMOS的不可以重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其引腳圖如圖6.13所示。6.13CD4528的引腳圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用準(zhǔn)時(shí)因?yàn)閱畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生必定寬度的矩形脈沖輸出，假如利用這個(gè)矩形脈沖作為準(zhǔn)時(shí)信號去控制某電路，可使其在tW時(shí)間內(nèi)動作。比方，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的矩形脈沖作為與門輸入的控制信號，如圖6.14所示，則只有在這個(gè)矩形波的tW時(shí)間內(nèi)，信號uF才有可能經(jīng)過與門。圖6.14單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于準(zhǔn)時(shí)電路延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)作用不難從圖6.8所示的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形看出。圖中輸出端uo1的上漲沿相關(guān)于輸入信號ui的上漲沿延緩了一個(gè)tW的時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)的延時(shí)作用常被應(yīng)用于時(shí)序控制。多諧振蕩器利用兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠構(gòu)成多諧振蕩器。由兩片74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖6.15所示。圖中開關(guān)S為振蕩器控制開關(guān)。6.15由兩片74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器噪聲除去電路利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠構(gòu)成噪聲除去電路（或稱脈寬鑒識電路）。平常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而合用的信號都擁有必定的寬度。利用單穩(wěn)電路，將輸出脈寬調(diào)理到大于噪聲寬度而小于信號脈寬，即可除去噪聲。由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的噪聲除去電路及波形如圖6.16所示。圖6.16噪聲除去電路6.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器能夠?qū)⑦t緩變化的輸入波形整形為矩形脈沖，它擁有下述特點(diǎn)：①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，關(guān)于遲緩變化的信號仍舊合用，當(dāng)輸入信號達(dá)到某必定電壓值時(shí)，輸出電壓會發(fā)生突變。②輸入信號增添或減少時(shí)，電路有不一樣樣的閾值電壓。其電壓傳輸特色如圖6.17所示。圖6.17施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特色由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由CMOS門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖6.18所示。圖6.18由CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器集成門電路中有多種型號的施密特觸發(fā)器，CC40106是此中的一種CMOS施密特反相器，圖6.20是其引腳擺列、邏輯符號及傳輸特色。圖6.20CC40106施密特反相器的引腳擺列、邏輯符號及傳輸特色施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形的整形與變換6.21波形的整形與變換電路信號鑒幅6.22信號鑒幅多諧振蕩器圖6.23施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.24圖6.23的波形6.4555準(zhǔn)時(shí)器及其應(yīng)用準(zhǔn)時(shí)器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈巧、方便，只要外接少許的阻容元件就能夠構(gòu)成單穩(wěn)、多友善施密特觸發(fā)器。因此在波形的產(chǎn)生與變換、丈量與控制、家用電器和電子玩具等很多領(lǐng)域中都獲取了寬泛的應(yīng)用。555準(zhǔn)時(shí)器電路的構(gòu)造及工作原理電路構(gòu)造國產(chǎn)雙極型準(zhǔn)時(shí)器CB555的電路構(gòu)造如圖6.25所示。圖6.25555準(zhǔn)時(shí)器的電氣原理圖和電路符號工作原理555準(zhǔn)時(shí)器的功能表555準(zhǔn)時(shí)器的應(yīng)用用555準(zhǔn)時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將觸發(fā)器的閾值輸入端ui1和觸發(fā)輸入端ui2連在一同，作為觸發(fā)信號ui的輸入端，將輸出端（3端）作為信號輸出端，即可構(gòu)成一個(gè)反相輸出的施密特觸發(fā)器，電路如圖6.26所示。6.26中，R、VCC2構(gòu)成另一輸出端uo2，其高電平能夠經(jīng)過改變VCC2進(jìn)行調(diào)理。圖6.2