數(shù)字電子技術(shù)第六章 脈沖產(chǎn)生與整形電路

1、第六章 脈沖產(chǎn)生與整形電路一、矩形脈沖的基本特性一、矩形脈沖的基本特性1. 矩形脈沖的二值性矩形脈沖的二值性矩形脈沖矩形脈沖二進(jìn)制數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)字信號高、低電平高、低電平1、02. 矩形脈沖的特性參數(shù)矩形脈沖的特性參數(shù)tt 脈沖周期脈沖周期umum 脈沖幅度脈沖幅度0.5umtwtw 脈沖寬度脈沖寬度0.1um0.9umtrtr 上升時間上升時間tftf 下降時間下降時間3. 獲得脈沖的方法：獲得脈沖的方法：1） 自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。由由多諧振蕩器多諧振蕩器來實現(xiàn)來實現(xiàn) 555 定時器定時器是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器

2、和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟又簡單實用的器件。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟又簡單實用的器件。2） 將已有波形將已有波形（正弦波、鋸齒波正弦波、鋸齒波等等）整形為矩整形為矩形脈沖。形脈沖。 由由施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)來實現(xiàn)二、二、555 定時器定時器1. 電路組成電路組成cc32vcc31v輸出輸出緩沖緩沖+vccuotd5 k 5 k 5 k rq&1ud控制電壓輸入端控制電壓輸入端co高觸發(fā)端高觸發(fā)端th電源端電源端直接置直接置0端端輸出端輸出端放電端放電端dis低觸發(fā)端低觸發(fā)端tr接地端接地端gnd2. 基本功能基本功能+vccuotd5 k 5 k 5 k rq&1

3、ud 0uol飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通2vcc/3 111uolvcc/3 飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通vcc/3 不變不變不變不變2vcc/3 1/3 vcc) )。 當(dāng)當(dāng) uc 2/3 vcc 時，滿足時，滿足tr = ui 1/3 vcc，th = ui 2/3 vcc,因此因此 uo 為低為低電平，電平，v 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 c 經(jīng)放電管經(jīng)放電管 v 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uc 0 v。這時這時tr = uih 1/3 vcc，th = uc 0 2/3 vcc，uo 保持低電平不變。因此，保持低電平不變。因此，穩(wěn)穩(wěn)態(tài)時態(tài)時 uc 0 v，uo 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導(dǎo)通

4、導(dǎo)通放電放電vucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc0vuoluih 2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 二、二、工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc當(dāng)輸入當(dāng)輸入 ui 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 vcc ) )時，使時，使 tr = uil1/3 vcc而而th = uc 0 v 2/3 vcc，因此，因此 uo 躍變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)躍變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這，這時放電管時放電管 v截止，截止，vcc 又經(jīng)又經(jīng)

5、r 向向 c 充電，充電，uc 上升上升。uiluoh充電充電 3. 自動返回穩(wěn)定狀態(tài)自動返回穩(wěn)定狀態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc 2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) uihuol th2/3 vcc放電放電v當(dāng)輸入當(dāng)輸入 ui 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 vcc) )時，使時，使 tr = uil1/3 vcc 而而th = uc 0 v 1/3 vcc ) )，因此，因此 uo 重新躍變?yōu)榈碗娖?。重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導(dǎo)通，

6、同時，放電管導(dǎo)通，c 經(jīng)經(jīng) v 迅速放電迅速放電 uc 0 v，放電完畢后，電路返放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)?；胤€(wěn)態(tài)。 該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬脈寬 twi 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 two 。 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，r = 27 k ，試確定定時元件，試確定定時元件 c 的的取值。取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc輸出脈沖寬度輸出脈沖

7、寬度 tw 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件決于充放電元件 r、c。解：解：因為因為 two 1.1 rc故故可取標(biāo)稱值可取標(biāo)稱值 33 f。f33.7k271 . 1s11 . 1wo rtc估算公式估算公式 two 1.1 rc)()()0()(lnwwtuuuutcccc 一、延時與定時一、延時與定時1. 延時延時1uiu o&uoufuiu otw2. 定時選通定時選通ufuo二、整形二、整形uiuo走廊定時燈走廊定時燈astable multivibrator6.3.1 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器+vccuoq&1tdr1r

8、2cuccc32vcc31v uctuoh uotuol一、電路組成和工作原理一、電路組成和工作原理 62784153555r1c1+r2c2+vcc二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路62784153555r1c+r2c2+vcc(1) c 充電時間充電時間 tw1uc（0）= vcc / 3,uc（ ） = vcc)()()0()(lnwwtuuuutcccc crrt）（21w17 . 0 充電時間常數(shù)充電時間常數(shù) 1= （r1+r2）c(2) c 放電時間放電時間 tw2crt2w27 . 0 放電時間常數(shù)放電時間常數(shù) 2 = r2c1. 振蕩頻率的估算

9、振蕩頻率的估算3/2)(ccwcvtu2ln11w tuc（0）= 2vcc / 3,uc（ ） = 03/)(ccwcvtu2ln22w t(3) 振蕩頻率振蕩頻率 f uccc32vcc31vtuoh uotuoltw1tw2ttw1= 0.7 ( (r1+r2) ctw2 = 0.7r2ct = 0.7（r1+2r2）c振蕩周期：振蕩周期：振蕩頻率：振蕩頻率：crrcrrtf）（）（2121243. 127 . 011 占空比：占空比：crrcrrttq）（）（2121w127 . 07 . 0 002121502 rrrr2. 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路62784153555r1c+

10、r2c2+vccd1d2uotw1= 0.7r1ctw2 = 0.7r2ccrrcrttq）211w17 . 07 . 0(7 . 0 211rrr crrcrrtf）（）（212143. 17 . 011頻率頻率固定固定模擬聲響電路模擬聲響電路uo2uo1uo26.1.3 多諧振蕩器應(yīng)用舉例多諧振蕩器應(yīng)用舉例10 f26784153ne555icicr1c1b21+26784153ne55510k 100k 10k 150k 10k 8 r2r3r4r5c2c3c5+5v0.01 f0.01 f100 fuo1c40.01 f+一、一、555 定時器定時器 是一種多用途的集成電路。只需外接少

11、量阻容元是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和多諧振蕩器多諧振蕩器等。等。12348765gndtroutdrcothccvdis雙極型雙極型 (ttl)電源電源: 4.5 16 v單極型單極型 (cmos)電源電源: 3 18 v帶負(fù)載能力強帶負(fù)載能力強二、施密特觸發(fā)器二、施密特觸發(fā)器 是一種是一種脈沖整形電路脈沖整形電路，雖然不能自動產(chǎn)生矩形脈，雖然不能自動產(chǎn)生矩形脈沖，卻可將輸入的周期性信號整形成所要求的同周期沖，卻可將輸入的周期性信號整形成所要求的同周期的矩

12、形脈沖輸出，還可用來進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)的矩形脈沖輸出，還可用來進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。62784153555+vccuo2uiucouo1+vddr 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個不同有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個不同的觸發(fā)電平，因此具有的觸發(fā)電平，因此具有回差特性回差特性。它的兩個穩(wěn)定。它的兩個穩(wěn)定狀態(tài)是靠兩個不同的電平來維持的，輸出脈沖的狀態(tài)是靠兩個不同的電平來維持的，輸出脈沖的寬度由輸入信號的波形決定。此外，調(diào)節(jié)回差電寬度由輸入信號的波形決定。此外，調(diào)節(jié)回差電壓的大小，也可改變輸出脈沖的寬度。壓的大小，也可改變輸出脈沖的寬度。外接

13、電壓調(diào)外接電壓調(diào)節(jié)回差節(jié)回差 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可由可由 555 定時器構(gòu)成，也可用定時器構(gòu)成，也可用專門的集成電路實現(xiàn)。專門的集成電路實現(xiàn)。三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 也屬于也屬于脈沖整形電路脈沖整形電路，可將輸入的觸發(fā)脈沖變換，可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，還常用于脈沖為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，還常用于脈沖的定時、整形、展寬（延時）等。的定時、整形、展寬（延時）等。62784153555rc+ +c1+vccuo0.01 fui 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路

14、本身沖的寬度只取決于電路本身 r、c 定時元件的數(shù)值，與輸入信定時元件的數(shù)值，與輸入信號無關(guān)。輸入信號只起到觸發(fā)號無關(guān)。輸入信號只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。 改變改變 r、c 定時元件的數(shù)定時元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。rcrct1 . 13lnw 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由可由 555 定時器構(gòu)成，也可用集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。定時器構(gòu)成，也可用集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。62784153555r1c+ +r2c1+vccuo四、多諧振蕩器四、多諧振蕩器 是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就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?？梢宰詣拥禺a(chǎn)生出矩