第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形

第7章授課人：邢曉敏脈沖波形的

產(chǎn)生與整形本章主要內(nèi)容555定時(shí)器的工作原理及邏輯功能；施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)及由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路的分析；多諧振蕩器的特點(diǎn)及由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路的分析；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)及由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的分析；2目錄555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器010203043前言前面講的時(shí)序邏輯電路以及更復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的動作都是由時(shí)鐘脈沖信號（CP）來控制和協(xié)調(diào)的。脈沖信號（CP）的來源通常有兩種方法：利用脈沖信號產(chǎn)生電路直接獲??；通過對已有的周期性變化信號進(jìn)行整形，變換為脈沖波形?！?55構(gòu)成的多諧振蕩器——555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器——555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4電壓比較電路基準(zhǔn)電路（分壓器）一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理（一）555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本RS觸發(fā)器輸出電路分成四個(gè)部分：（1）基準(zhǔn)電路是由3個(gè)5kΩ電阻組成的分壓器；（2）電壓比較電路由C1和C2組成；（3）基本RS觸發(fā)器（4）輸出電路由放電三極管T及反相器G4等組成。5電路符號：低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電輸出端4.5～16V輸出端55584156273VCCvI1vI2VCOv’OvOGND（一）555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理6(二)555定時(shí)器的工作原理功能表：不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通T不變不變100111100XX0vOvI2vI1RD（1）當(dāng)RD=0時(shí)，無論輸入端為何，輸出端始終為0；故稱RD為復(fù)位端（或清零端）一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理7(二)555定時(shí)器的工作原理功能表：不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通T不變不變100111100XX0vOvI2vI1RD（2）當(dāng)RD=1時(shí)，若，，則輸出端vO和放電輸出端均為高電平輸出（邏輯1）。一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理8功能表：不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通T不變不變100111100XX0vOvI2vI1RD（3）當(dāng)RD=1時(shí)，若，，則輸出端vO和放電輸出端均為低電平輸出（邏輯0）。(二)555定時(shí)器的工作原理一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理9功能表：不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通T不變不變100111100XX0vOvI2vI1RD（4）當(dāng)RD=1時(shí)，若，，則輸出端vO和放電輸出端均保持原來輸出不變。(二)555定時(shí)器的工作原理一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理10功能表：不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通T不變不變100111100XX0vOvI2vI1RD（4）當(dāng)RD=1時(shí)，若，，則輸出端vO和放電輸出端均保持原來輸出不變。從功能表上可以分析出來，555定時(shí)器有兩點(diǎn)需要格外注意：（1）要想使555定時(shí)器輸出端始終為0，則應(yīng)將RD接成低電平。（2）要想使555定時(shí)器有正常的輸出，則RD=1;且輸出端和放電輸出端的邏輯電平始終保持一致。(二)555定時(shí)器的工作原理一.集成555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理11二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器(一)施密特觸發(fā)器的電路特點(diǎn)具有兩個(gè)閾值電壓。上限閾值電壓UT+：下限閾值電壓UT-：回差電壓△UT：△VT=VT+-VT-平時(shí)，使電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓vI值。輸入信號vI從低電平上升到高電平時(shí)，使電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓vI值。輸入信號vI從高電平下降到低電電壓傳輸特性具有滯回特性，所以它的抗干擾能力很強(qiáng)，應(yīng)用也很廣泛。12（二）電路組成及工作原理

vI從0逐漸升高的過程當(dāng)時(shí)：“二六一搭”二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器13

vI從0逐漸升高的過程當(dāng)時(shí)：“二六一搭”uO仍保持高電平即：（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器14

vI從0逐漸升高的過程“二六一搭”當(dāng)時(shí)：（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器15“二六一搭”當(dāng)時(shí)：

vI從高于開始下降的過程（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器16“二六一搭”

vI從高于開始下降的過程當(dāng)時(shí)：uO仍保持低電平即：（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器17“二六一搭”

vI從高于開始下降的過程當(dāng)時(shí)：至此，一個(gè)完整周期結(jié)束，以后重復(fù)該過程。（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器18上限閾值電壓:下限閾值電壓:回差電壓:“二六一搭”電壓傳輸特性0.01μFC為施密特反相器（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器190.01μFC接小電容的作用：濾除干擾信號，提高電路穩(wěn)定性。若改變5腳的接線，可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器20若改變5腳的接線，可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。UuOC在5腳接某一電位USUSVT+VT-UT+=uOC=US則，假設(shè)US=6V，則UT+=6VUT-=3V回差電壓：記住關(guān)系！（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器21若改變5腳的接線，可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。在5腳對地接一電阻RUT+UT-則，假設(shè)R=10kΩ，則等效電阻回差電壓：RuOCR10kΩVCCVT+5k5kR’（二）電路組成及工作原理二.由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器22本節(jié)小結(jié)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。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。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(shí)器構(gòu)成。本節(jié)主要介紹的是后者。施密特觸發(fā)器在脈沖產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。具體要求：會畫555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路；給定輸入信號波形，要求能夠畫出輸出信號波形；會畫電壓傳輸特性，從中分析出輸入與輸出的反相關(guān)系。求5腳不同接法下的UT+、UT-和ΔUT23三.由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（一）多諧振蕩器的電路特點(diǎn)是一種自激振蕩的電路，沒有輸入端。電路工作時(shí)沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，亦稱為無穩(wěn)態(tài)電路。所謂“自激振蕩”，是指電路在接通電源后，不需要有外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)為“0”和“1”。電路工作時(shí)會在二者間做交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號。24（二）電路組成及工作原理電路接法：（1）先“二六一搭”成施密特觸發(fā)器；（2）6腳和7腳之間接R2；（3）7腳經(jīng)R1接VCC，（4）2腳經(jīng)電容C接GND。電路顯著特點(diǎn)：無輸入信號！三.由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器250vctvo0t2/3VCC1/3VCC分析步驟：（1）起始狀態(tài)：從t=0時(shí)刻vC=0開始。電容C逐漸被充電；（2）vO=0以后，（3）之后：放電過程結(jié)束，又由VCC通過R1、R2、C給C充電。此時(shí)vO’=0，C被放電；（二）電路組成及工作原理三.由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器260vctvo0t2/3VCC1/3VCC求電路的振蕩周期T：TtPHtPLC的充電時(shí)間tPH：C的放電時(shí)間tPL：電路的振蕩周期T：（二）電路組成及工作原理三.由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器270vctvo0t2/3VCC1/3VCC求電路的振蕩周期T：TtPHtPL電路的振蕩頻率f：占空比q：（二）電路組成及工作原理三.由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器28本節(jié)小結(jié)多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，所以又稱為無穩(wěn)電路。在多諧振蕩器中，由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)”信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。具體要求：會畫555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路；分析電路原理，能夠畫出電容兩端電壓vC和輸出信號vO的波形；記住公式，會求電路的振蕩周期T和振蕩頻率f，以及占空比q。29四.由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路特點(diǎn)它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外來觸發(fā)脈沖的作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。30（二）電路組成及工作原理（1）無觸發(fā)信號輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)?！捌吡淮睿翪上R”無觸發(fā)信號輸入相當(dāng)于懸空，即vI=1，此時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。四.由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器31（2）若某一時(shí)刻在輸入端vI加了觸發(fā)信號——負(fù)的窄脈沖，滿足。(進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài))（二）電路組成及工作原理四.由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器32（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后會自動回到穩(wěn)定狀態(tài)。若再沒有觸發(fā)信號則電路一直維持在穩(wěn)態(tài)。只有當(dāng)電路被再次觸發(fā)，才會又進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。（二）電路組成及工作原理四.由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器33TW求電路的脈沖寬度tW：（二）電路組成及工作原理四.由555定