第八章-脈沖波形的變換與產(chǎn)生

第八章脈沖波形的變換與產(chǎn)生 第八章脈沖波形的變換與產(chǎn)生 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8 2施密特觸發(fā)器 8 3多諧振蕩器 8 4555定時器及其應(yīng)用 一 電路及特點 二 原理 VI 0 VR 1 VC 0V 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 4 波形 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后 電容將通過電阻放電 使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時的初始值 三 主要參數(shù)計算 當(dāng) 2 恢復(fù)時間tre 3 最高工作頻率 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn) 它的突出特點是 輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài) 另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài) 加入觸發(fā)信號后 它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài) 但是 經(jīng)過一定時間以后 它又會自動返回原來的穩(wěn)定狀態(tài) 四 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 可重復(fù)觸發(fā) 在輸出脈寬內(nèi) 又輸入一觸發(fā)信號 輸出響應(yīng)該信號 不可重復(fù)觸發(fā) 只有第一個觸發(fā)信號有效 在脈寬范圍內(nèi)不響應(yīng)第二個觸發(fā)信號 74121是TTL集成器件 是不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 A1和A2是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端 B是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法 a 使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式 b 使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式 74121的主要參數(shù) 1 輸出脈沖寬度tW使用外接電阻 tW 0 7RextC使用內(nèi)部電阻 tW 0 7RintC 2 輸入觸發(fā)脈沖最小周期TminTmin tW tretre是恢復(fù)時間 3 周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q定義 q tW T最大占空比 qmax tW Tmin74121內(nèi)部電阻 2k 外接電阻Rext可在1 4 40k 之間選擇 外接電容C可在10pF 10 F之間選擇 所以 當(dāng)R 2k 時 最大占空比qmax為67 當(dāng)R 40k 時 最大占空比qmax可達(dá)90 五 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1 定時 當(dāng)v O 1時 與門打開 vO vF 當(dāng)v O 0時 與門關(guān)閉 vO為低電平 顯然與門打開的時間是恒定不變的 就是單穩(wěn)輸出脈沖v O的寬度tW 2 延時 tw1 tw1 用兩片74121組成脈沖延時電路 從波形圖可以看出 vo脈沖的上升沿相對輸入信號vI的上升沿延遲了tw1時間 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 1 問題的提出 一 電路及特點 8 2施密特觸發(fā)器 3 特點 電平觸發(fā) 當(dāng)輸入信號達(dá)到某一定電壓值時 輸出電壓會發(fā)生突變 輸入信號增加和減小時 電路有不同的閾值電壓 二 工作原理 設(shè)VI為三角波 R1 R2 Vth VDD 2 1 VI 0V VI1 Vth V01 1 V0 0 V01 0 V0 1 正反饋瞬間完成 V0從0到1的跳變前一瞬間所對應(yīng)的VI VT 故有 2 V01 0 V0 1 V01 1 V0 0 正反饋瞬間完成 3 結(jié)論 VI VT V0 1 VI VT V0 0 回差電壓 4 波形 三 應(yīng)用 1 整形及變換 2 用于脈沖鑒幅 從一系列幅度不同的脈沖信號中 選出那些幅度大于VT 的輸入脈沖 1 暫態(tài)一設(shè)初態(tài)V01 1 V02 0 正反饋 C充電 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)2 一 由門電路組成的多諧振蕩器 充電 V01 0 V02 1 8 3多諧振蕩器 1 電路 一種由CMOS門電路組成的多諧振蕩器 結(jié)論 多諧振蕩器的兩個暫穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換過程是通過電容C充放電作用實現(xiàn) C充放電又集中體現(xiàn)在VI的變化上 2 暫態(tài)二V01 0 V02 1 正反饋 C放電 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)1 放電 V01 1 V02 0 3 輸入保護(hù)電路大部分場效應(yīng)管輸入端接二極管以保護(hù)管子不被擊穿 T1 暫態(tài)一 T2 暫態(tài)二 4 波形 加上RS前后 電容左端電壓峰峰值的變化為 VDD 0 Vth VDD Vth VDD 2 振蕩周期的計算 VI t VI VI 0 VI e T T1 T2 1 4RC 3 占空比 加上RS前后 電容左端電壓VI1峰峰值的變化為 VDD 0 Vth VDD Vth VDD 加上RS后 振蕩電路的波形 加RS 10R后的振蕩周期計算 將Vth 1 2VDD代入T T1 T2 RCln9 2 2RC 集成施密特觸發(fā)器以芯片40106為例 VI VT V0 0 VI VT V0 1 二 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器 1 用集成施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器 周期計算 f 1 T 振蕩頻率 2 用集成施密特觸發(fā)器構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 思考 占空比如何調(diào)節(jié) 該振蕩器的周期怎么求 2 用集成施密特觸發(fā)器構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 三 石英晶體多諧振蕩器1 石英晶體的選頻特性 有兩個諧振頻率 當(dāng)f fs時 為串聯(lián)諧振 石英晶體的電抗X 0 當(dāng)f fp時 為并聯(lián)諧振 石英晶體的電抗無窮大 由晶體本身的特性決定 fs fp f0 晶體的標(biāo)稱頻率 石英晶體的選頻特性極好 f0十分穩(wěn)定 其穩(wěn)定度可達(dá)10 10 10 11 石英晶體的符號 2 石英晶體多諧振蕩器 1 串聯(lián)式振蕩器 R1 R2的作用 使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū) 成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路 對于TTL門 常取R1 R2 0 7 2k 若是CMOS門則常取R1 R2 10 100M C1 C2是耦合電容 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下 只有頻率為f0的信號才能通過 滿足振蕩條件 因此 電路的振蕩頻率 f0 與外接元件R C無關(guān) 所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高 2 并聯(lián)式振蕩器 RF是偏置電阻 保證在靜態(tài)時使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū) 構(gòu)成一個反相放大器 晶體工作在略大于fS與fP之間 等效一電感 與C1 C2共同構(gòu)成電容三點式振蕩電路 電路的振蕩頻率 f0 反相器G2起整形緩沖作用 同時G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響 復(fù)習(xí)比較器 v I O T p 2 p 3 p 4 p w t t v O V O H O V OL V REF v I v O A V CC V EE V REF 8 4555定時器及其應(yīng)用 一 555定時器的電路結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成 1 三個阻值為5k 的電阻組成的分壓器 2 兩個電壓比較器C1和C2 電壓比較器的功能 v v vO 1v v vO 0 3 基本RS觸發(fā)器 4 放電三極管T及緩沖器G V O O 二 工作原理 1 4腳為復(fù)位輸入端 RD 當(dāng)RD為低電平時 不管其他輸入端的狀態(tài)如何 輸出vo為低電平 正常工作時 應(yīng)將其接高電平 2 5腳為電壓控制端 當(dāng)其懸空時 比較器C1和C2的比較電壓分別為2 3VCC和1 3VCC 3 2腳為觸發(fā)輸入端 6腳為閾值輸入端 兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出 從而控制RS觸發(fā)器 決定輸出狀態(tài) 施密特觸發(fā)器 具有回差電壓特性 能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖 一 用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1 電路組成及工作原理 三 定時器應(yīng)用舉例 Q 2 電壓滯回特性和主要參數(shù) 1 電壓滯回特性 a 上限閾值電壓VT vI上升過程中 輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時 所對應(yīng)的輸入電壓值 VT 2 3VCC b 下限閾值電壓VT vI下降過程中 vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時 所對應(yīng)的輸入電壓值 VT 1 3VCC 2 主要靜態(tài)參數(shù) 3 回差電壓 VT VT VT VT 1 3VCC 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài) 在觸發(fā)脈沖作用下 由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后 自動返回到穩(wěn)態(tài) 二 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1 電路組成及工作原理 1 無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)vI 1時 電路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 即vO 0 vC 0 2 vI下降沿觸發(fā)當(dāng)vI下降沿到達(dá)時 vO由0跳變?yōu)? 電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài) 4 自動返回 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束 時間當(dāng)vC上升至2 3VCC時 vO由1跳變0 三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通 電容C經(jīng)T迅速放電 電壓vC迅速降至0V 電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài) 3 暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間 三極管T截止 VCC經(jīng)R向C充電 時間常數(shù) 1 RC vC由0V開始增大 在vC上升到2 3VCC之前 電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變 5 恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后 電容C通過飽和導(dǎo)通的放電三極管T放電 時間常數(shù) 2 RCESC 經(jīng)過 3 5 2后 電容C放電完畢 恢復(fù)過程結(jié)束 2 主要參數(shù)估算 1 輸出脈沖寬度Tw 用三要素法計算 上式說明 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時元件R C的取值 與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān) 調(diào)節(jié)R C的取值 即可方便的調(diào)節(jié)tW 2 恢復(fù)時間tretre 3 5 2 3 最高工作頻率fmaxvI周期的最小值 Tmin tW tre因此 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為 多諧振蕩器 能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器 三 用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1 電路組成及工作原理 2 振蕩頻率的估算 1 電容充電時間T1 用三要素法計算 2 電容放電時間T2 5 輸出波形占空比q 3 電路振蕩周期TT T1 T2 0 7 R1 2R2 C 4 電路振蕩頻率f 3 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?把電容C充電和放電回路隔離開來 再加上一個電位器 便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 可計算得 T1 0 7R1CT2 0 7R2C占空比 4 555構(gòu)成的壓控振蕩器 充電回路 VCC R1 RDS C 地放電回路 C RDS T 放電管 地 RDS MOS管的漏源電阻 本章小結(jié) 1 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路 不需要外加輸入信號 就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖 用555定時器可以組成多諧