數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)9

1、中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形第九章第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形9.1 概述概述9.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器9.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4 多諧振蕩器多諧振蕩器9.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形9.1 概述概述一、矩形脈沖的獲取方法一、矩形脈沖的獲取方法1.利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖；需要的矩形脈沖；2.通過各種整形電路把已有的周性變化波形變通過各種整形電路把已有的周性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。換為符合要求

2、的矩形脈沖。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形tU(V)T0.5VomtW0.9Vom0.1VomtrtfVom二、矩形脈沖的主要參數(shù)二、矩形脈沖的主要參數(shù)占空比占空比q tw T中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形1、矩形波信號的參數(shù)、矩形波信號的參數(shù) Uom 脈沖幅度，脈沖電壓最大值。脈沖幅度，脈沖電壓最大值。tW 脈沖寬度，從脈沖前沿上升到0.5Uom開始,到脈沖后沿下降到0.5Uom為止的一段時間t r 上升時間，脈沖前沿從0.1Uom上升到0.9Uom所需的時間t f 下降時間，脈沖后沿從0.9Uom上升到0.1Uom所需的時間 T 脈沖周期，在

3、周期性脈沖序列中，兩個相鄰脈沖間的 時間間隔中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形理想的矩形脈沖波參數(shù)如下：tr=tf=0，tW、Uom和T也是穩(wěn)定的實際的矩形脈沖波tr和tf都不等于0， tW、Uom和T也受很多因素影響而不穩(wěn)定。q 占空比，脈沖寬度和脈沖周期的比值f 脈沖頻率，單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形9.2 施密特觸發(fā)器一、施密特觸發(fā)器的工作特點一、施密特觸發(fā)器的工作特點1、輸出從、輸出從低電平低電平跳到跳到高電平高電平時對應(yīng)的輸入電平，與輸出時對應(yīng)的輸入電平，與輸出從從高電平高電平跳到跳到低電平低電平時對應(yīng)的輸入電平不

4、同，電路有兩時對應(yīng)的輸入電平不同，電路有兩個個不同的閾值電壓不同的閾值電壓。2、在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸、在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。出電壓波形的邊沿變得很陡。利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。低電平上的噪聲有效地清除。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形二、門電路組成的施密特觸發(fā)器二、門電路組成的施密特觸發(fā)器(略略)11ViR1

5、G2G1R2Vo1VoVi1、Vi=0時，時，Vi=0，Vo1=1，Vo=0；電路正常工作條件：電路正常工作條件：R1VR1 VR2 0 導(dǎo)通導(dǎo)通1 VR2 1 截止截止1 VR2 保持保持 保持保持 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 二、二、 用用555定時器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器 1.電路聯(lián)接電路聯(lián)接 VI1 R VOVI2 S 555 VO VCO+Vi-+Vo2.工作原理工作原理1）Vi從從0逐漸升高的過程：逐漸升高的過程：當(dāng)當(dāng)Vi= 0時，時，VO= VCC；當(dāng)當(dāng) VR2 Vi VR1 后，后，VO= 0 因此，因此，VT+ = VR1vcc

6、中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+Vi+Vo2）Vi從從VCC逐漸降低的過程：逐漸降低的過程：當(dāng)當(dāng)Vi= VCC， vO= 0V；當(dāng)當(dāng) VR2 Vi VR1 時，時，VO保持不變；保持不變；當(dāng)當(dāng)Vi VR2 ，VO= VCC 因此，因此，VT- = VR2vcc中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形3、電壓傳輸特性、電壓傳輸特性ViVoVCCVT-VT+4、參數(shù)計算、參數(shù)計算 VT- = VR2 VT+ = VR1VT = VT+-VT-中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形OuO/Vt 例例

7、試對應(yīng)輸入波形畫出試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出下圖中輸出波形。波形。184355557+12V0.01 FuIuO260uI/Vt246810 R SuIuO+12VVT+VT- -abcdefUOH解：解：VT+ = 2/3 VCC = 8 VVT- - = 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)器中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形三、用三、用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點 1)它有它有穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和和暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)兩個

8、不同的工作狀態(tài)；兩個不同的工作狀態(tài)； 2)在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫 穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)； 3)暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于具備這些特點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、由于具備這些特點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時延時(產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖)以及定時以及定時(產(chǎn)生固定產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號時間寬度的脈沖信號

9、)等。等。 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形2.電路聯(lián)接電路聯(lián)接3.工作原理工作原理1）穩(wěn)態(tài)時）穩(wěn)態(tài)時Vi=1，Vo=0，TD導(dǎo)導(dǎo)通，通， VI1=02）當(dāng)）當(dāng)Vi突變?yōu)橥蛔優(yōu)?時，時，VO突變?yōu)橥蛔優(yōu)?1，TD截止，電容截止，電容C充電，充電，VI1增加為增加為VR1時（之前時（之前Vi變回變回1），），Vo=0 ；3） Vo=0 時，時，TD導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容C放電，放電， VI1減小到減小到0時，電路進時，電路進入穩(wěn)態(tài)。入穩(wěn)態(tài)。VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+Vi+VoVccRC中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形4.工作波形工作

10、波形ViVoVcVR1 TWRCRCVccVccVccRCVVVVRCTWTH1 . 13ln320lnln0中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 例例 用左圖所示的單穩(wěn)態(tài)電路輸用左圖所示的單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為出定時時間為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 的取值。的取值。 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC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中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生

11、與整形四、用四、用555定時器接成的多諧振蕩器定時器接成的多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。CR1R2VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+VoVccC充電充電C放電放電中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路的振蕩周期為電路的振蕩周期為 占空比為占空比為 2ln)2(21CTRRRRRRTTq212112中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形555 定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)

12、器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器典型電路為器和多諧振蕩器典型電路為 555 定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器555 定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555 定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的多諧振蕩器多諧振蕩器中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第九章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形GNDVCCRDOUTCO555R SVOVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右圖中控制指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無聲，電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？節(jié)？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié)共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下移。，因此觸頭應(yīng)下移。RP2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) RP2 可控制可控制 RD 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作，從而控制振蕩