第十章波形變換產(chǎn)生電路

1、波形變換電路波形變換電路: :多諧振蕩器多諧振蕩器; ;施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器; ; 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器; ;波形產(chǎn)生電路波形產(chǎn)生電路: :第十章第十章 波形變換、產(chǎn)生電路波形變換、產(chǎn)生電路 引引言言 什么是信號(hào)什么是信號(hào) 波形？波形？在數(shù)字系統(tǒng)中，主要使用信號(hào)是矩形波。不同的電路所需要在數(shù)字系統(tǒng)中，主要使用信號(hào)是矩形波。不同的電路所需要的信號(hào)形式可能不同，常常需要對(duì)波形進(jìn)行的信號(hào)形式可能不同，常常需要對(duì)波形進(jìn)行“整形整形”，即波，即波形變換，以適應(yīng)各電路的需求。形變換，以適應(yīng)各電路的需求。整形是改變波形的幅度、周期、脈沖寬度、邊沿時(shí)間等參數(shù)。整形是改變波形的幅度、周期、脈沖寬度、邊沿

2、時(shí)間等參數(shù)。什么是波形的整形？什么是波形的整形？什么是波形的產(chǎn)生？什么是波形的產(chǎn)生？在數(shù)字系統(tǒng)中，特別是同步系統(tǒng)，還需同步時(shí)鐘信號(hào)。用信在數(shù)字系統(tǒng)中，特別是同步系統(tǒng)，還需同步時(shí)鐘信號(hào)。用信號(hào)源產(chǎn)生固定頻率的矩形脈沖信號(hào)作為數(shù)字系統(tǒng)的同步信號(hào)，號(hào)源產(chǎn)生固定頻率的矩形脈沖信號(hào)作為數(shù)字系統(tǒng)的同步信號(hào)，這種電路是由開關(guān)元件和惰性網(wǎng)絡(luò)組成，稱為多諧振蕩器。這種電路是由開關(guān)元件和惰性網(wǎng)絡(luò)組成，稱為多諧振蕩器。第十章第十章 波形變換、產(chǎn)生電路波形變換、產(chǎn)生電路 10.1 10.1 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 1 1、脈沖電壓幅度脈沖電壓幅度V Vmm： 脈沖電壓變化的最大范圍。脈沖電壓變化的最大范圍。2 2、脈沖上升

3、時(shí)間脈沖上升時(shí)間t tr r: : 脈沖上升沿從脈沖上升沿從0.10.1V Vmm上升到上升到0.90.9V Vmm所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。3 3、脈沖下降時(shí)間、脈沖下降時(shí)間t tr r: : 脈沖下降沿從脈沖下降沿從0.90.9V Vmm下降到下降到0.10.1V Vmm所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。4 4、脈沖寬度脈沖寬度t tw w: : 脈沖前后沿在脈沖前后沿在0.50.5V Vmm兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔。兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔。5 5、脈沖周期脈沖周期T T: : 在周期性脈沖序列中，兩相鄰脈沖間的時(shí)間間隔，有在周期性脈沖序列中，兩相鄰脈沖間的時(shí)間間隔，有 時(shí)也用頻率時(shí)也用頻率f f=1/=1

4、/T T表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。6 6、占空比占空比q q: : 脈沖寬度與脈沖周期的比值，即脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q q= =t tw w/ /T T 。10.2 施密特電路施密特電路 10.2.1 用用CMOS門電路組成的施密特電路門電路組成的施密特電路1 1、邏輯電路、邏輯電路2 2、工作原理、工作原理 000（1）VI=0，VI1=0，VO=0（2）VI ，VI1 ，VO=0（3）VI ，VI1 VI1=VthVO=1正向觸發(fā)正向觸發(fā)閾值電平閾值電平 TthVRRRVV2121 IthTVRRV)1 (21（4）VDDVth（5）VI ，VI1

5、 ，VO不變不變（6）VI到高電平到高電平VDD ，VI1 ，VO不變不變（7）VI ，VI1 VI1=VthVO=0負(fù)向觸發(fā)負(fù)向觸發(fā)閾值電平閾值電平VT-thTVRRV)1 (21thTVRRV)1 (212121 I)(RRRVVVVVTDDDDththTVRRV)1 (2110.2 施密特電路施密特電路 10.2.1 用用CMOS門電路組成的施密特電路門電路組成的施密特電路thTVRRV)1 (21thTVRRV)1 (21回差電壓回差電壓thTTTVRRVVV21210.2 施密特電路施密特電路 3 3、電壓傳輸特性、電壓傳輸特性4 4、邏輯符號(hào)、邏輯符號(hào)同相同相 反相反相 10.2

6、施密特電路施密特電路 10.2.3 集成施密特電路集成施密特電路 CC40106（六反相器）（六反相器） 74LS13；74LS1410.2 施密特電路施密特電路 10.2.4 施密特電路的應(yīng)用施密特電路的應(yīng)用 1、波形變換、波形變換2、脈沖波形整形、脈沖波形整形3、電壓比較、電壓比較4、脈沖幅度甄別、脈沖幅度甄別 絕對(duì)閾值電壓比較絕對(duì)閾值電壓比較器，輸入電壓在臨近閾器，輸入電壓在臨近閾值時(shí)若存在小幅波動(dòng)，值時(shí)若存在小幅波動(dòng)，輸出會(huì)產(chǎn)生輸出會(huì)產(chǎn)生 振蕩；振蕩； 用施密特觸發(fā)器，用施密特觸發(fā)器，將將VT+ 和和VT-的區(qū)間，看的區(qū)間，看作為一個(gè)閾值電壓?？勺鳛橐粋€(gè)閾值電壓?？杀苊庹袷幍陌l(fā)生。避免

7、振蕩的發(fā)生。10.3 單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路 穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定態(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(dòng)返回自動(dòng)返回1、電路僅有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)態(tài)；、電路僅有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)態(tài)；2、在外加觸發(fā)脈沖作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，而暫、在外加觸發(fā)脈沖作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，而暫 穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。3、暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)，而與外加觸發(fā)、暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)，而與外加觸發(fā)信號(hào)無關(guān)信號(hào)無關(guān)。10.3.1 單穩(wěn)態(tài)電路的特性單穩(wěn)態(tài)電路的特性 10.3.2 用門電路組成

8、的單穩(wěn)態(tài)電路用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)電路 1、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (CMOS) A、在穩(wěn)態(tài)下，在穩(wěn)態(tài)下，vI=0，vI1=0，vO1=1，vO=0， 電容電容C上電壓為上電壓為0。 B、當(dāng)當(dāng)vI 發(fā)生正跳變后發(fā)生正跳變后, 微分成正微分成正尖脈沖，尖脈沖，vI1 跟著正跳變跟著正跳變; vO1立即立即變?yōu)樽優(yōu)?，vO上跳為上跳為1。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，同時(shí)電容開始充電。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，同時(shí)電容開始充電。 C、隨著充電，隨著充電，vR將逐漸下降將逐漸下降D、當(dāng)降至當(dāng)降至vR =Vth時(shí)，時(shí)，vO1將將跳變?yōu)樘優(yōu)?。 vO立即變?yōu)榱⒓醋優(yōu)? 01010110100門輸入端保護(hù)門輸入端

9、保護(hù)二極管鉗位二極管鉗位2/)(, 0)(,)0(DDthWRRDDRVVtVVVVRCRCVVRCtVVVVRCt7 . 02ln00ln)()() 0 ()(lnthDDWRRRRW1、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (CMOS) 10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性 10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 10.3.2 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)電路用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)電路 2、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (CMOS) page36074LS12110.3.3 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 RCRCt7 . 02lnW1、TTL集成單穩(wěn)態(tài)

10、觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 BAA)(21 74LS121的邏輯的邏輯符號(hào)及兩種電路接法符號(hào)及兩種電路接法 BAA)(21RCRCt7 . 02lnW kR2int(10)(11)(9)BAA)(21(10)(11)(9)表示不是邏輯連接表示不是邏輯連接74LS121 的功能表的功能表 1、TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121功能表功能表74LS121 的工作波形的工作波形 1、TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (1) CC14528 邏輯電路邏輯電路 P2002、CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 14528; 4098; 4538;)(BA(2) CC14528

11、的邏輯符號(hào)及電路接法的邏輯符號(hào)及電路接法 10.3.3 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (3) (3) CC14528 的工作波形的工作波形2、CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1452810.3.4 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用1、脈沖整形、脈沖整形1、脈沖整形、脈沖整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器消除干擾的電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器消除干擾的電路積分電路積分電路;使使a點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓緩慢上升緩慢上升a10.3.4 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用2、定時(shí)、定時(shí)10.3.4 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用3、產(chǎn)生脈沖信號(hào)、產(chǎn)生脈沖信號(hào) (振蕩振蕩)10.3.4 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用4、延時(shí)電

12、路、延時(shí)電路10.3.4 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用10.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，是無穩(wěn)態(tài)電多諧振蕩器是一種自激振蕩器，是無穩(wěn)態(tài)電路，接通電源后，無須外加觸發(fā)信號(hào)，即可自動(dòng)路，接通電源后，無須外加觸發(fā)信號(hào)，即可自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖。產(chǎn)生矩形脈沖。 由于矩形脈沖包含有豐富的諧波分量，所以由于矩形脈沖包含有豐富的諧波分量，所以習(xí)慣上將矩形脈沖振蕩器稱為多諧振蕩器。習(xí)慣上將矩形脈沖振蕩器稱為多諧振蕩器。 10.4.1 用門電路組成的多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器 1、環(huán)形多諧振蕩器、環(huán)形多諧振蕩器利用門電路的利用門電路的傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間來產(chǎn)生矩形脈沖。來產(chǎn)

13、生矩形脈沖。 三個(gè)三個(gè)TTL反相器傳輸延遲時(shí)間均為反相器傳輸延遲時(shí)間均為tpd。 三級(jí)反相器組成的振蕩器振蕩周期三級(jí)反相器組成的振蕩器振蕩周期: T=23 tpd =6 tpd 將將大于大于1的奇數(shù)個(gè)的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連構(gòu)成閉合環(huán)形電路，形成多諧振蕩器。反相器首尾相連構(gòu)成閉合環(huán)形電路，形成多諧振蕩器。振蕩周期為：振蕩周期為： T=2n tpd 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： (1)振蕩頻率高振蕩頻率高; ; (2)頻率不易調(diào)節(jié)。頻率不易調(diào)節(jié)。增加了增加了RC（積分）定時(shí)的環(huán)形振蕩器（積分）定時(shí)的環(huán)形振蕩器 vo2振蕩周期振蕩周期: : T=T1+T22RCln32.2RC1、環(huán)形多諧振蕩器、環(huán)形多諧振蕩器 R

14、S 保護(hù)電阻保護(hù)電阻10.4.1 用門電路組成的多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器 2、非對(duì)稱式多諧振蕩器、非對(duì)稱式多諧振蕩器(CMOS) 1、環(huán)形多諧振蕩器、環(huán)形多諧振蕩器 3ln)(ln1RCVVVVVRCTthDDthDDDD3ln0)(0ln2RCVVVRCTththDDT=T1+T2 =2RCln32.2RC aa10.4.1 用門電路組成的多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器 2、非對(duì)稱式多諧振蕩器、非對(duì)稱式多諧振蕩器 10.4.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器 1、環(huán)形多諧振蕩器、環(huán)形多諧振蕩器 )ln(lnln21TTTDDTDDTTTDDTDDV

15、VVVVVRCVVRCVVVVRCTTT10.4.1 用門電路組成的多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器 10.4.3 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 只允許頻率只允許頻率為為 fO 的諧波的諧波電抗電抗10.5 555集成定時(shí)器集成定時(shí)器 555 定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件?？梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)多種脈沖電路的功能電子器件?？梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)多種脈沖電路的功能. 10.5.1 555 定時(shí)器的工作原理定時(shí)器的工作原理 1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電壓比較器電壓比較器 C1、C2RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 輸出反相緩沖器輸出反相緩沖器 置置 0 管

16、管 T0、OC 泄放三極管泄放三極管T1 電阻電阻 R7= R8= R9= 5k #2、工作原理、工作原理A. R7=R8=R9= 5k V VA AV VB B2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCCVA=2/3VCC， VB=1/3VCC。B. 若控制電壓輸入端有輸入電壓若控制電壓輸入端有輸入電壓VCO ，則，則VA=VCO，vB=VCO /2。 C.10.5.1 555 定時(shí)器的工作原理定時(shí)器的工作原理 保持保持保持保持00VI2VBVI1VAV VO OS SR RVI2VI1Q1010VI2VBVI1VBVI1VAXX11VI2VAD.T0 為為 PNP 型三極管型三極管10

17、.5.2 555集成定時(shí)器的應(yīng)用舉例集成定時(shí)器的應(yīng)用舉例 1、用、用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器 tvi0tvo0Vcc/3Vcc/32Vcc/32Vcc/3VA=2/3VCC，VB=1/3VCC。VC2VCC /3穩(wěn)態(tài)時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)： vI =高，所以高，所以S=0，Q=0，Q=1； T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，7腳腳= 0 V RCRCVVVRCtCCCCCCW1 . 13ln320ln觸發(fā)時(shí)：觸發(fā)時(shí)： vI =低，所以低，所以 R=0，S=1；Q=1， ； 所以所以T1截止，截止，VC上升上升 VC上升至上升至 時(shí)，觸發(fā)使時(shí)，觸發(fā)使R=1，Q=0， ，T1通，通過通，通過7腳放電至腳放電至VC = 0CCV320Q1Q10.5.2 5