[工學(xué)]數(shù)字電子技術(shù)及實(shí)驗(yàn)ch

1、 數(shù)字電子技術(shù)及實(shí)驗(yàn) 第六章 脈沖信號的產(chǎn)生和整形 6.1 多諧振蕩器多諧振蕩器振蕩器振蕩器無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路多諧多諧含豐富高次諧波含豐富高次諧波6.1.1 CMOS6.1.1 CMOS邏輯門組成的多諧振蕩器邏輯門組成的多諧振蕩器分析基礎(chǔ)分析基礎(chǔ)CMOS:“1”“0”0”1.1.電路等效電路等效2.RC2.RC電路的瞬態(tài)變化電路的瞬態(tài)變化RC CE Ei ic c三要素三要素: Vc(t)=Vc()+Vc(0+)VC()e-t/RCt=RClnVC()VC(0+)VC()VC(t)VC()=EVC(0+)=0t=RClnEEVC(t)例例:EV1EV2t2=RClnt1=RCln0V20V1

2、=RClnV2V1T=t1+t2f=1T例例:t3V3VVth=1.4Vtt=RClnVC()VC(0+)VC()VC(t)=RCln31.43. Vth(轉(zhuǎn)折電平轉(zhuǎn)折電平)TTL1.4VCMOS=1/2VDDCMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器反相器構(gòu)成的多諧振蕩器:11RCUiUiU U0101U U0202010工作原理工作原理:充電等效電路充電等效電路:RVDDC放電等效電路放電等效電路:RCVDD101RVDDCRCVDDUit0VthVDD+0.70.7Vt1t2tVDDU02t1=RCln0(VDD+0.7)0VthRClnVDDVthRCln2t2=RClnVDD(0.7)VDDVt

3、hT=t1+t2=2ln2 RC=1.4RCRCln26.1.2 555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):VAVBUCC地地+C1+C2QQRDSD5K5K5KT52/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC2/3 UCCRD=1SD=0.uCR1R2.+C充電充電C放電放電11/3UCC)Q=0Q=1T導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過T放放電電,uC 0接通電源接通電源RD=0SD=1保持保持“0”態(tài)態(tài)RD=1SD=1上升到上升到2/3 UCC555不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)uituCtuOt暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)tptp=RC ln3=1.1RC+UCC48562713

4、.0.01FuCCuiuO2/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止截止C充電充電RD=0SD=1Q=0Q=1因此暫穩(wěn)態(tài)的長短因此暫穩(wěn)態(tài)的長短取決于取決于RC時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)R555不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)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CMOS雙可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器雙可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器4528 應(yīng)用應(yīng)用:1.脈沖定時(shí)脈沖定時(shí) 經(jīng)過長距離傳輸后，脈沖信號的邊經(jīng)過長距離傳輸后，脈沖信號的邊沿會變差或波形上疊加某些干擾，沿會變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。利用整形可使其變成符合要求的波形。 因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制

5、門因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開通與否以及開通多長時(shí)間。開通與否以及開通多長時(shí)間。 uAuBuCuOG單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的定時(shí)電路和工作波形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的定時(shí)電路和工作波形uAuCuBuOuC 門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。tW uC 為與門為與門 G 開通與否的控制信號。開通與否的控制信號。 uC = 1，門，門 G 開通，信號開通，信號 uB 通過門通過門 G 輸出；輸出； uC = 0，門，門 G 關(guān)閉，關(guān)閉，uB 不能輸出。不能輸出。 短時(shí)用照明燈短時(shí)用照明燈48162357uouiUCCSRCuituottp2.脈寬

6、調(diào)制脈寬調(diào)制3.多諧振蕩器多諧振蕩器4.脈寬檢測脈寬檢測6.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器特點(diǎn)特點(diǎn): 有回差有回差V VT T=V=VT+T+-V-VT-T-VT+: Vi由小由小大的轉(zhuǎn)折電平大的轉(zhuǎn)折電平VT-: Vi由大由大小的轉(zhuǎn)折電平小的轉(zhuǎn)折電平集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器:CC40106應(yīng)用應(yīng)用:1.整形和變換整形和變換OuItuOUT+UT- -Ot波形變換波形變換 將三角波、正弦波和其它將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。 UOHUOL uI UT+ 后，后，uO = UOL,只有當(dāng)只有當(dāng) uI下降到經(jīng)過下降到經(jīng)過 UT- - 時(shí)，時(shí)，uO 才會

7、發(fā)生躍變。才會發(fā)生躍變。 uI UT- -后，后，uO = UOH只只有當(dāng)有當(dāng) uI 上升到經(jīng)過上升到經(jīng)過 UT+時(shí)，時(shí)，uO 才會發(fā)生躍變。才會發(fā)生躍變。 脈沖整形脈沖整形 將受到干擾的或不符合邊沿要求將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號整形成較好的矩形脈沖。的信號整形成較好的矩形脈沖。 OuItOuOtUT+UT- -OuItuOUT+UT- -Ot2.2.脈沖幅度鑒別脈沖幅度鑒別 鑒別并取出鑒別并取出幅度幅度大于大于 UT+ 的脈沖。的脈沖。UOLUOHCuOuCR- -+EN(3) (3) 多諧振蕩器多諧振蕩器 設(shè)設(shè)電容初始電壓電容初始電壓 uC(0) = 0。則接。則接通電源后通電源后

8、 uO 輸出高電平輸出高電平 UOH，輸出端，輸出端通過通過 R 向電容向電容 C 充電，使充電，使 uC 升高。升高。 CuOuCR- -+工作原理工作原理EN EN = 0 時(shí)，時(shí)，uO = 1，多諧振蕩器不工作；，多諧振蕩器不工作； EN = 1 時(shí)，不影響振蕩器電路工作，下面分時(shí)，不影響振蕩器電路工作，下面分析時(shí)省略它。析時(shí)省略它。0UOH充電充電CuOuCR- -+OtOuOtUT+UT- -UOLUOHCuOuCR- -+UC當(dāng)當(dāng) uC 上升到上升到 UT+ 時(shí)，施密特觸發(fā)時(shí)，施密特觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO 躍變?yōu)榈碗娖杰S變?yōu)榈碗娖?UOL。這時(shí)這時(shí) C 經(jīng)經(jīng) R 和施密特

9、觸發(fā)器的輸出電和施密特觸發(fā)器的輸出電阻阻 RO 放電，使放電，使 uC 下降。下降。 C 充電，使充電，使uC 上升，上升，在到達(dá)在到達(dá) UT+ 之前之前uO = UOH。CuOuCR- -+OtOuOtUT+UT- -UOLUOHCuOuCR- -+UCuCUT+UOLCuOuCREN- -+OuCtOuOtUT+UT- -UOLUOH當(dāng)當(dāng) uC 下降到下降到 UT- - 時(shí)，觸發(fā)器又時(shí)，觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，uO 重新躍變?yōu)楦唠娖街匦萝S變?yōu)楦唠娖?UOH，電路又充電。電路又充電。CuOuCR- -+uCUT- -UOH充電充電UT- -UT+ C 放電，使放電，使uC 下降，在下降，在到達(dá)到

10、達(dá) UT- - 之前之前 uO = UOL。電容如此周而復(fù)始地充電和放電，電電容如此周而復(fù)始地充電和放電，電路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波。路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波。振蕩頻率與充放電元件值振蕩頻率與充放電元件值 R、C 及及 VDD、UT+、UT- - 有關(guān)。有關(guān)。T=tT=tPLPL+t+tPHPH=RCln=RCln0VT+0VT-+RClnVDDVT-VDDVT+6.3.1由由555構(gòu)成施密特觸發(fā)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器UT+ = 2/3 VCC UT- - = 1/3 VCC UT = UT+ - - UT- - = 1/3 VCCOuO/Vt 例例 試對應(yīng)輸入波形畫出試對應(yīng)輸入波

11、形畫出下圖中輸出下圖中輸出波形。波形。184355557+12V0.01 FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT- -abcdefUOH解：解：UT+ = 2/3 VCC = 8 VUT- - = 1/3 VCC = 4 V因此可畫出輸出波形為因此可畫出輸出波形為 電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器如圖所示是路燈自動控制系統(tǒng)，光敏電阻的阻值與光照程度成反比。當(dāng)黃昏光照弱時(shí)，路燈自動點(diǎn)亮；清晨光照達(dá)到一定強(qiáng)度后，路燈自動熄滅。一壓力控制系統(tǒng)，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)變成一壓力控制系統(tǒng)，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)變成0 - 5V的電壓信號的電壓

12、信號Vi。當(dāng)壓力增加使。當(dāng)壓力增加使Vi上升到上限值上升到上限值Vmax （5V）時(shí)，控制氣閥）時(shí)，控制氣閥QF開啟開啟TQF時(shí)間減壓；時(shí)間減壓；當(dāng)壓力減小使當(dāng)壓力減小使Vi下降到下限值下降到下限值Vmin（=Vmax）時(shí)，控）時(shí)，控制氣泵制氣泵QB開啟開啟TQB時(shí)間加壓；壓力在上、下限范圍內(nèi)，時(shí)間加壓；壓力在上、下限范圍內(nèi)，則不對氣泵、氣閥控制。壓力上限的參考電壓則不對氣泵、氣閥控制。壓力上限的參考電壓Vmax可可以通過電位器以通過電位器Rw調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。555定時(shí)器連接成施密特觸發(fā)器，輸入壓力檢測信號定時(shí)器連接成施密特觸發(fā)器，輸入壓力檢測信號Vi，控制端，控制端CON接電位器接電位器Rw以調(diào)節(jié)壓力上限參考值。以調(diào)節(jié)壓力上限參考值。555定時(shí)器輸出控制兩個(gè)單穩(wěn)觸發(fā)器：定時(shí)器輸出控