數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第10章PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第10章章10.1 概述矩形脈沖信號的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形:輸入信號源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第2頁/共55頁脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度Wt上升時間tr下降時間tf占空比：TtqW/第3頁/共55頁施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于 數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。 10.2 施密特觸發(fā)器第4頁/共55頁10.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器設(shè)G1、G2閾值電壓VTHVDD/2， R1R2（否則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài),不能正常工作）0

2、100IvOOAIvvvv1TTHAVRRRVv212THTHTVRRVRRRV)1 (212211IvOOAIvvvv1THTVRRV)1 (21第5頁/共55頁正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓：VT VTVT滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過程和下降過程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。 同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器第6頁/共55頁10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.用于波形變換： 第7頁/共55頁2.用于脈沖整形：第8頁/共55頁3.用于脈沖鑒幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出。第9頁/共55頁4.用于構(gòu)成多諧振蕩器： 第10頁/共55頁本節(jié)小結(jié)施密

3、特觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強。 施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門電路及555定時器構(gòu)成。 施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。第11頁/共55頁10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點：1、電路中有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)；2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)至?xí)悍€(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動翻轉(zhuǎn)至穩(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)脈沖無關(guān)。第12頁/共55頁10.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因為電路具有一個穩(wěn)定狀態(tài)而

4、得名。它由兩個門電路、一個RC電路組成。它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過程來維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為微分型和積分型。第13頁/共55頁010101 穩(wěn)態(tài) 沒有觸發(fā)器電平時，vI為低電平，vO為低電平，vO1為高電平。 第14頁/共55頁 穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài) 當(dāng)vI正跳變時，vO1由高到低，vI2為低電平。于是vO為高電平。即使vI 觸發(fā)器信號撤除，由于vO的作用，vO1仍可為低電平。11010第15頁/共55頁 暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻R和門G1對電容C充電，vI2升高，當(dāng)vI2=VTH時，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最終vO1=1，vO=0。00101

5、脈沖寬度要窄tW=0.69RC第16頁/共55頁 當(dāng)vI的脈沖寬度很寬時，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，由于門G1被vI封住了，會使vo的下降沿變緩。 第17頁/共55頁10.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能表見表10.3.1tW=0.69RextCext第18頁/共55頁圖10.3.10第19頁/共55頁 外接電阻（下降沿觸發(fā)） 內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）第20頁/共55頁 目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才接受下一個

6、觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個tW寬度。不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型第21頁/共55頁10.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時只有在脈沖寬度 tpo內(nèi)的信號才能通過。第22頁/共55頁2、延時與整形 可將脈沖寬度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。第23頁/共55頁通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號都具有一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲第24頁/共55頁本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,

7、由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)脈沖,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈沖寬度是由電路的阻容元件RC決定的,與輸入信號無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時器構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號，用途很廣。第25頁/共55頁10.4 多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時間脈沖信號。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。 性能特點： 沒有穩(wěn)態(tài)，有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 工作不需要外加信號源，只需要電源。第26頁/共55頁10.4.1 對稱式多諧振蕩器

8、T1.3RFC第27頁/共55頁10.4.2 非對稱式多諧振蕩器T2.2RFC第28頁/共55頁10.4.3 環(huán)形振蕩器 利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、等于3的奇數(shù)個反相器首尾相連接成環(huán)形電路，都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡單，但不實用。101010101010T=2ntpd第29頁/共55頁10.4.4 施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器第30頁/共55頁10.4.5 石英晶體多諧振蕩器 在許多應(yīng)用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定性不是很高。在對頻率穩(wěn)定性有較高要求時，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率取決于石英晶體的固有振蕩頻率。第31頁/共55頁本節(jié)

9、小結(jié) 多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 工作不需要外加信號源，只需要電源。 要想得到頻率穩(wěn)定性高的多諧振蕩器時，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。第32頁/共55頁10.5 555定時器及其應(yīng)用 555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可應(yīng)用于定時、檢測、控制、報警等方面。第33頁/共55頁 集成555定時器因為其內(nèi)部有3個精密的5K電阻而得名。后來國內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和CMOS型555集成電路。雖然CMOS型3個分壓電阻不再是5K,但仍然延用555名稱。 目前一些廠

10、家在同一基片上集成2個555單元，型號后加556，同一基片上集成4個555單元，型號后加558。第34頁/共55頁集成555定時器具體元件簡介 555定時器的封裝一般有兩種： 八腳圓形封裝 八腳雙列直插式封裝。 第35頁/共55頁10.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能放電三極管精密電阻比較器SR鎖存器第36頁/共55頁控制電壓觸發(fā)輸入 復(fù)位端輸出放電端閾值輸入 電源516V第37頁/共55頁注意：工作中不使用VCO時，一般都通過一個0.01F的電容接地(交流接地），以旁路高頻干擾。 當(dāng)VCO懸空時，VR1=2/3Vcc, VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=

11、1，SR鎖存器置0，TD導(dǎo)通，同時vO為低電平。01010比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器狀態(tài)保持不變，TD和vO均保持不變。11比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器置1，TD截止，同時vO為高電平。10101比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器違反約束條件，輸出為1，TD截止。00101第38頁/共55頁由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1555定時器有兩個閾值電壓，分別是 和 。 2輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時，7腳為低電平。輸出高電平對應(yīng)放電管截止，

12、在有上拉電阻時，7腳為高電平。 3.輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 CCV32CCV31CCV31第39頁/共55頁10.5.2 555定時器接成施密特觸發(fā)器二六搭一第40頁/共55頁8462153VccIvOv交流接地VT-VT+回差電壓:CCTTTVVVV31第41頁/共55頁第42頁/共55頁VT+ =VCOVT- =1/2VCO回差電壓:COTTTVVVV21第43頁/共55頁10.5.3 555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C 第44頁/共55頁vI下降沿到達(dá),vO輸出高電平，TD截止，VCC經(jīng)R向C充電，當(dāng)vC=2/3VCC時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，vO輸出低電平，TD導(dǎo)

13、通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個下降沿到達(dá),重復(fù)上述過程。001100010第45頁/共55頁w特性：n這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的。n穩(wěn)態(tài)時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。n暫穩(wěn)態(tài)時，這個觸發(fā)器輸出高電平。n該電路輸出脈沖寬度為tw1.1RC 。第46頁/共55頁10.5.4 555定時器接成多諧振蕩器2ln)(ln)(21211CRRVVVVCRRTTCCTCC充電時間：2ln00ln222CRVVCRTTT放電時間：振蕩周期：T=0.69(R1+2R2)C輸出脈沖占空比:21212RRRRq例10.5.1第47頁/共55頁占空比可調(diào)的多諧振蕩器輸出脈沖占空比:BABARRRRq2第4

14、8頁/共55頁輸出脈沖占空比:BAARRRq第49頁/共55頁P505 題10.26兩個555定時器均接成了多諧振蕩器。 I輸出接IIVCO,控制其閾值電壓VT+和VT-。I的輸出高低電平的持續(xù)時間決定了電路高低音持續(xù)時間，II的頻率決定了高低音頻率。第50頁/共55頁（1）vO1的高電平持續(xù)時間為：sCRRtH1 . 169. 0101010)15010(2ln)(63121此時，vO1為11V. VCC=12V,由疊加定理可求得右邊555定時器5腳電壓VCO=8.8V.因此，VT+=8.8V,VT-=4.4V片555定時器振蕩頻率，及揚聲器聲音的周期為：HzTf611111sVVCRVVV

15、VCRRTTTTCCTCC363632525411063. 12ln1001. 0101008 . 8124 . 412ln1001. 010)10010(00lnln)(第51頁/共55頁（2）vO1的低電平持續(xù)時間為：sCRtL04. 169. 01010101502ln6312此時，vO1為0.2V. VCC=12V,由疊加定理可求得右邊555定時器5腳電壓VCO=6V.因此，VT+=6V,VT-=3V片555定時器振蕩頻率，及揚聲器聲音的周期為：sVVCRVVVVCRRTTTTCCTCC363632525421014. 12ln1001. 010100612312ln1001. 010)1