第9章 脈沖波形的產(chǎn)生和變換_第1頁
第9章 脈沖波形的產(chǎn)生和變換_第2頁
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第9章 脈沖波形的產(chǎn)生和變換_第4頁
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文檔簡介

1、 多諧振蕩器又稱矩形波發(fā)生器。多諧振蕩器又稱矩形波發(fā)生器。它可以由分立元件構(gòu)成,也可以由集成電路構(gòu)成。它可以由分立元件構(gòu)成,也可以由集成電路構(gòu)成。(一)最簡單的環(huán)形振蕩器(一)最簡單的環(huán)形振蕩器 利用邏輯門電路的傳輸延遲時間,將奇利用邏輯門電路的傳輸延遲時間,將奇數(shù)個與非門首尾相接,就可以構(gòu)成一個簡數(shù)個與非門首尾相接,就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器單的環(huán)形振蕩器:&321uo3uo2uo1一一. 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器門電路構(gòu)成的多諧振蕩器9.1 多諧振蕩器多諧振蕩器&321uo3uo2uo1 設(shè)設(shè) uo3 的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0:010101 用波形圖來表示用波形圖來表示

2、,則為則為:uo30t優(yōu)點優(yōu)點: 電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。所用元件少。缺點缺點: 頻率太高頻率太高,并且不可調(diào)整。并且不可調(diào)整。123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1 在原電路的基礎(chǔ)上添加在原電路的基礎(chǔ)上添加RC延時電路延時電路,便可以便可以克服上圖的不足克服上圖的不足: 下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作原理下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作原理:(二)(二)RC環(huán)行振蕩器環(huán)行振蕩器0tuo0tuo20tuo10tuAUT123RRS100CAuo1uouo2假設(shè):開始時假設(shè):開始時uo=0電容上的電流,電容上的電流,uA下降下降uAUT時,時,uo不反轉(zhuǎn)。

3、不反轉(zhuǎn)。0tuo0tuo20tuo10tuAUT123RRS100CAuo1uouo2當(dāng)當(dāng)uA=UT時,時,uo反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于電容電壓不能由于電容電壓不能 突變突變,當(dāng)當(dāng)uo1 發(fā)生下跳發(fā)生下跳時時,uA有一突變。有一突變。U123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTUUo1uo2,電容充,電容充電電,uA上升。上升。只要只要uAUT,uo就就不反轉(zhuǎn)。不反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)

4、當(dāng)uA=UT 時,時,uo、uo1、uo2反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于由于uo1上跳,電容上跳,電容電壓不能突變,所以電壓不能突變,所以uA上跳,然后上跳,然后uA開始開始下降下降電流方向電流方向123RRS100CAuo1uouo2T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU輸出信號的周期近似為輸出信號的周期近似為:T = 2.2 RC& R1 C2 R2C1uof(a) 石英晶體多諧振蕩器(b) 石英晶體阻抗頻率特性0Xf0電容性電感性( (三)、三)、石英晶體石英晶體多諧振蕩器多諧振蕩器電阻R1、R2的作用是保證兩個

5、反相器在靜態(tài)時都能工作在線性放大區(qū)。對TTL反相器,常取R1R2R0.7 k2k,而對于CMOS門,則常取R1R2R10k100k;C1C2C是耦合電容,它們的容抗在石英晶體諧振頻率f0時可以忽略不計;石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率f0。9.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。 它的突出特點是它的突出特點是: 輸出端只有一個穩(wěn)定狀輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài)態(tài), 另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài).加入觸發(fā)信號后加入觸發(fā)信號后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),但是但是 , 經(jīng)過一經(jīng)過一定時間以后定時間以后,它又會自動返回原來的它又會自動返

6、回原來的 穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回學(xué)習(xí)的重點學(xué)習(xí)的重點:為什么會自動返回為什么會自動返回?需多少時間需多少時間?uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)沒有觸發(fā)信號時電路工作在穩(wěn)態(tài)當(dāng)沒有觸發(fā)信號時,ui為低電平。因為門G2的輸入端經(jīng)電阻R接至VDD,VA為高電平,因此uo2為低電平;門G1的兩個輸入均為0,其輸出uo1為高電平,電容C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩(wěn)態(tài),在觸發(fā)信號到來之前,電路一直處于這個狀態(tài):uo

7、11,uo20。0011uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP1110(2)外加觸發(fā)信號使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)正觸發(fā)脈沖ui到來時,門G1輸出uo1由1變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變,uA也隨之跳變到低電平,使門G2的輸出uO2變?yōu)?。這個高電平反饋到門G1的輸入端,此時即使ui的觸發(fā)信號撤除,仍能維持門G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不能長久保持的,所以稱為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時,uo10,uo21。uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000t

8、P10011(3)電容充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)期間,VDD經(jīng)R和G1的導(dǎo)通工作管對C充電,隨著充電的進行,C上的電荷逐漸增多,使uA升高。當(dāng)uA上升到閾值電壓UT時,G2的輸出uo2由1變?yōu)?。由于這時G1輸入觸發(fā)信號已經(jīng)過去,G1的輸出狀態(tài)只由uo2決定,所以G1又返回到穩(wěn)定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變,加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進入穩(wěn)態(tài),此時uo11,uo20。脈沖寬度:tp=0.7RC2 集 成 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 (a) 74121 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874121 1 2 3 4 5 6 7 Rext/C

9、extVCC NC NC Cext Rin NC Q NC TR- TR-B TR+ Q GNDTR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端,TR+是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和是兩個狀態(tài)互補的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時電阻和電容的連接端,外接定時電阻R(R=1.4k40k)接在VCC和Rext/Cext之間,外接定時電容C(C=10pF10F)接在Cext(正)和Rext/Cext之間。74121內(nèi)部已設(shè)置了一個2k的定時電阻,Rin是其引出端,使用時只需將Rin與VCC連接起來即可,不用時則應(yīng)將Rin開路。74121的輸出脈沖寬度:tp0.7RC 14 13

10、12 11 10 9 874122 1 2 3 4 5 6 7(b) 74122 的引腳排列圖 TR- TR-B TR+A TR+B RD Q GND Rext/CextVCC NC Cext NC Rin QTR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端,TR+A、TR+B是兩個上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和是兩個狀態(tài)互補的輸出端。Rext/Cext、Cext、Rin3個引出端是供外接定時元件使用的,外接定時電阻R(R=5k50k)、電容C(無限制)的接法與74121相同。RD為直接復(fù)位輸入端,低電平有效。當(dāng)定時電容C1000pF時,74122的輸出脈沖寬度:tp0.32RC 0tv0

11、vt2. VOVAVBVBVAVOTW TWTWttVOVO00t1t29.3 RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5V 18VRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三個電阻三個電阻構(gòu)成的分壓器構(gòu)成的分壓器給給 兩個比較器兩個比較器提供提供基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓: A1 的為的為 2VCC / 3 ,

12、A2 的為的為 VCC / 3 。 首先討論上圖中首先討論上圖中加彩色部分加彩色部分的的電路的工作原理。電路的工作原理。101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果比較的結(jié)果2VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端晶體管晶體管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表附錄附錄:VCCT

13、HCOTRDuoRD31RSQQ+-A1A2T876452RRR 綜合以上的綜合以上的分析結(jié)果分析結(jié)果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR2VCC / 3VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 32VCC / 3VCC / 3VCC / 3小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用(1). 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。微電機起動停車控制電路。4816235S2S1

14、RRCVCCTHTRuoM微電機微電機555S1 : 起動按鈕起動按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555uo閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于小于小于小于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo011101導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3 僅僅按下按下起動按鈕起動按鈕 S1 , 則則 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 當(dāng)然當(dāng)然 TH VCC / 3 , TH 2VCC /3 , TR VCC /3 按鈕按鈕 S 處于打開狀態(tài)時:處于打開狀態(tài)時:uo = 0 , 555內(nèi)

15、的管內(nèi)的管T導(dǎo)通導(dǎo)通 , 電容電容 CT 被短路被短路, TH =0.3V 。0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo按一下按一下 S , TR VCC ,已有已有 TH 2VCC /3 , 且且已已 有有 TR VCC /3 , uo = 0 ; 555內(nèi)的晶體管內(nèi)的晶體管T也由截也由截止變成導(dǎo)通止變成導(dǎo)通 , 電容電容CT 迅速迅速放電而變成放電而變成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上過程可以看

16、出由以上過程可以看出 : 按鈕每按動一次按鈕每按動一次 , uo 便輸便輸出一個正脈沖出一個正脈沖,其寬度其寬度 TW 由由 RT CT 決定決定 。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ紅紅白白D1D2按一下按一下按鈕按鈕 S未按未按uo0J的線圈的線圈不通電不通電J 的結(jié)點的結(jié)點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅滅紅燈亮的時間即為曝光時間紅燈亮的時間即為曝光時間 TWTW = 1.1 RT CT(3). 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VC

17、C /3首先說明如何用首先說明如何用555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器定時器構(gòu)成多諧振蕩器:輸出波形輸出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 設(shè)電容設(shè)電容C 原先未充電原先未充電, 故故 TH = TR 2VCC /3 , 立即立即 uo = 0 , 同時同時555內(nèi)的管內(nèi)的管 T 導(dǎo)通導(dǎo)通,電容電容 C 經(jīng)經(jīng) R2 7# T1# 放電放電, 一直至一直至VCC /3 , 使得使得uo 回到回到 1 , 進入循環(huán)進入循環(huán) .t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2輸出方波的輸出方波的周期周期 T的計算的計算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48

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