武漢大學(xué)數(shù)電課件第六章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形

電子技術(shù)數(shù)字電路部分第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形1第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.1概述

§10.3連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生§10.2單脈沖的產(chǎn)生§10.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.5555定時(shí)器的原理和應(yīng)用2§10.1概述數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。3基本知識脈沖電路：用來產(chǎn)生各種脈沖波形的電路分類：脈沖波形產(chǎn)生電路脈沖波形變換電路脈沖波形1：凡是非正弦變化的在時(shí)間上不連續(xù)的電壓或電流波形。2：以下是正常的脈沖波形。4常見波形5§10.2單脈沖的產(chǎn)生+VCCFS按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個(gè)單脈沖。

但是，由于按鈕S機(jī)械動(dòng)作經(jīng)常伴有抖動(dòng)現(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺很大。這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動(dòng)作。因此，這個(gè)電路沒有實(shí)用價(jià)值。6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。它的突出特點(diǎn)是:輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),另一個(gè)狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài).加入觸發(fā)信號后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),但是,經(jīng)過一定時(shí)間以后,它又會(huì)自動(dòng)返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回學(xué)習(xí)的重點(diǎn):為什么會(huì)自動(dòng)返回?需多少時(shí)間?7§10.3多諧振蕩器多諧振蕩器又稱矩形波發(fā)生器。它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，本節(jié)只討論后一種電路。多諧振蕩器:是一種自激式振蕩器，也就是在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于在矩形脈沖中含有豐富的高次諧波，所以習(xí)慣稱為多諧振蕩器。810.3.1電容正反饋多諧振蕩器1．電路結(jié)構(gòu)：兩級TTL與非門。由電容構(gòu)成的正反饋RabdC9電容正反饋多諧振蕩器過程分析：在多諧振蕩器工作的過程中，主要依靠電容C的充．放電，引起d點(diǎn)電位的變化，當(dāng)vd達(dá)到TTL門的閾值電壓時(shí)，引起與非門的工作狀態(tài)的改變P3941010.3.2環(huán)形振蕩器利用邏輯門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個(gè)簡單的環(huán)形振蕩器:&&&uo3uo2uo111&&&321uo3uo2uo1設(shè)uo3

的初始狀態(tài)為0:010101用波形圖來表示,則為:0tuo3優(yōu)點(diǎn):電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。缺點(diǎn):頻率太高,并且不可調(diào)整。12123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1在原電路的基礎(chǔ)上添加RC延時(shí)電路,便可以克服上圖的不足:下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作原理:130tuo0tuo20tuo10tuAUT假設(shè)：開始時(shí)uo=0電容上的電流，uA下降uA>UT時(shí)，uo不反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2010140tuo0tuo20tuo10tuAUT當(dāng)uA=UT時(shí)，uo反轉(zhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2150tuo0tuo20tuo10tuAUT由于電容電壓不能突變,當(dāng)uo1

發(fā)生下跳時(shí),uA有一突變。U123RRS100CAuo1uouo2U160tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，電容反向充電,uA上升。只要uA<UT，uo就不反轉(zhuǎn)。t1123RRS100CAuo1uouo2170tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)uA=UT時(shí)(t2)，uo、uo1、uo2再次反轉(zhuǎn)。t2123RRS100CAuo1uouo2180tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電容電壓不能突變，所以uA上跳，然后uA開始下降電流方向123RRS100CAuo1uouo219T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU輸出信號的周期近似為:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo22012R1R2C1C2uo石英晶體石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號.為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率,可在振蕩電路中串接石英晶體,組成石英晶體振蕩器,如圖(c)所示.10.3.3晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器2110.3.2由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器要求：由輸入波形，畫輸出波形見書P39922§10.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。它的突出特點(diǎn)是:輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),另一個(gè)狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài).加入觸發(fā)信號后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),但是,經(jīng)過一定時(shí)間以后,它又會(huì)自動(dòng)返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回學(xué)習(xí)的重點(diǎn):為什么會(huì)自動(dòng)返回?需多少時(shí)間?2310.4.1積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理uo1uo2RC12uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1當(dāng)ui

發(fā)生正跳變后,uo1跟著負(fù)跳變;但uA不能突變，uo2立即下跳。在ui正脈沖到來以前，uo1是高電平，uo2是高電平。240tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，C放電，uA下降。UTuA=UT時(shí)，uo2上跳。之后uA繼續(xù)下降。uo1uo2RC12uiAUi正脈沖過后，uo2隨后恢復(fù)高電平。250tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAW在ui合理的配合下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖（uo2）的寬度W，取決于電容的放電速度。即R、C參數(shù)的大小。26uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3

回答:有!…...討論:對

uA

的放電快慢有無約束?t2若的C放電速度太慢，在t1

~t3

期間,uA>UT

,則uo2

低電平寬度不再受RC的控制。必須改進(jìn)電路!0111uo1uo2RC12uiA27(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具體原理請參見有關(guān)教材。uo1uo2RC12uiA2810.4.2集成單穩(wěn)組件介紹它的管腳圖和功能表見下頁:集成化單穩(wěn)組件的類型很多,以下以74LS123為例,作為介紹對象。74LS123包括兩個(gè)獨(dú)立的單穩(wěn),各管腳以字頭1、2相區(qū)別。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時(shí)電阻(RT

)和定時(shí)電容(CT

)決定。單穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻決定于A、B、CLR三個(gè)輸入相與的結(jié)果，具體參見它的功能表。2991615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管腳圖30CLRABQQ說明000000011111111穩(wěn)態(tài)觸發(fā)74LS123功能表3174LS123輸出脈沖的寬度有三種控制方法:1.基本脈沖寬度由外接電阻(RT

)、電容(CT

)決定，當(dāng)CT

>1000PF時(shí)，脈寬tW

應(yīng)為：tW

=0.45RT

CT

2.在清零端(CLR

)加清0負(fù)脈沖,可提前終止輸出脈沖,如下圖所示:tWCLRQ單位：RT:k、CT:Pf、tW:nS323.通過在A端或B端加再觸發(fā)脈沖,可使輸出脈沖的寬度加寬:tWtWBQ由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度,所以,它被稱為可再觸發(fā)式單穩(wěn)。336.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣,如:整形、延時(shí)控制、定時(shí)順序控制等等。例如“延時(shí)控制”利用單穩(wěn)可以取得延時(shí)作用,延長的時(shí)間可以通過R、C調(diào)節(jié)。請看下例:34QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位輸入DW1DW2時(shí)鐘S1S035CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示如下:36CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形圖表示如下:移位寄存器清零H燈上升沿觸發(fā)Q1Q1的下降沿觸發(fā)Q2移位寄存器串行輸入為1循環(huán)重新開始37§10.5555定時(shí)器的原理和應(yīng)用

555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。利用它，可以非常方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器．多諧振蕩器。它使用方便,帶負(fù)載能力較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。

555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:一個(gè)由三個(gè)相等電阻組成的分壓器;兩個(gè)電壓比較器:C1、C2

;一個(gè)RS觸發(fā)器;一個(gè)反相器和一個(gè)晶體管T等。具體的結(jié)構(gòu)見后圖。38RSQQ++--C1C2VCCTH(Vi1)VcoTR(Vi2)DTvoRD87645321RRR3912345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位電源電壓范圍:4.5V~18V管腳圖40三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供基準(zhǔn)電壓:C1

的為2VCC

/3

,C2

的為VCC

/3

。首先討論上圖中部分的電路的工作原理。41000101閾值端觸發(fā)端vi1vi2RS2VCC

/3小于2VCC

/3大于VCC

/3小于VCC

/3小于VCC

/3大于大于2VCC

/3c1c2Vco1112VCC

/3VCC

/342晶體管TRSQuo100100保持0110保持保持導(dǎo)通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS觸發(fā)器功能表附錄:43分析結(jié)果,得到555的功能表:閾值端觸發(fā)端THTR2VCC

/3VCC

/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC

/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止446.5.2555定時(shí)器的應(yīng)用555定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做單穩(wěn)、雙穩(wěn)、多諧震蕩器、施密特觸發(fā)器等。下面舉例說明：施密特觸發(fā)器48162357uouiVCCRRTDTHTRSvivi2vi1VcoVccRD456.5.2555定時(shí)器的應(yīng)用(1)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:微電機(jī)起動(dòng)停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555S1:起動(dòng)按鈕S2:停車按鈕464816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機(jī)555uo閾值端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止VCC

/32VCC

/3VCC

/32VCC

/32VCC

/3VCC

/3僅按下起動(dòng)按鈕

S1

,則TR

<VCC/3;未按S2,

當(dāng)然TH

<2VCC

/3,故uo

=1,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。即使放開S1

,TR>VCC

/3,TH

<2VCC

/3,uo

保持為1,電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果僅按下按鈕

S2

,TH

>2VCC

/3,未按S1,當(dāng)然TR

>VCC

/3,這時(shí)uo

=0,電機(jī)停止運(yùn)行。

如果松開S2,電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動(dòng)。47(2)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:洗相曝光定時(shí)器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打開,則ui

=1;若S合上,則ui

=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC

/3TW48若S打開,則ui

=1;若S合上,則ui

=0。接通電源后，設(shè)按鈕S處于打開狀態(tài),電容已充電至穩(wěn)態(tài)。則：依前分析可知：此時(shí)uo

=0,555內(nèi)的晶體管T導(dǎo)通,電容CT被短路,TH<2VCC/3、TR>VCC/3。Uo保持0狀態(tài)。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR>VCC

/3TR>VCC/3。49若S打開,則ui

=1;若S合上,則ui

=0。0tuiuo=0,555內(nèi)的管T導(dǎo)通,電容CT被短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS500tuiS按下時(shí),TR

<VCC

/3,已有TH

<2VCC

/3,故uo

=1。此時(shí)555內(nèi)的晶體管T截止,CT

將充電。只要uCT

未充至2VCC

/3,uo=1

的狀態(tài)不會(huì)改變。0tuo0tuCT2VCC/348162357uouiVCCRRTCTDTHTRS51一旦uCT>2VCC/3,且按鈕已松開，TR>VCC

/3,則uo=0;555內(nèi)的晶體管T也由截止變成導(dǎo)通,電容CT迅速放電而變成0V。0tui0tuCT2VCC

/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS520tui0tuCT2VCC/30tuo由以上過程可以看出:按鈕每按動(dòng)一次,uo便輸出一個(gè)正脈沖,其寬度TW

由RTCT決定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS5348162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~紅白D1D2按一次按鈕

S未按uo0J的線圈不通電J的結(jié)點(diǎn)不動(dòng)作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅紅燈亮的時(shí)間即為曝光時(shí)間TWTW=1.1RT

CT54(3)多諧振蕩器:簡易電子琴電路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC

/32VCC

/3首先說明如何用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器:0tuo輸出波形55設(shè)電容C原先未充電,故TH=TR<VCC/3,此時(shí)uo

=1,555內(nèi)的晶體管T截止,電源通過R1

和R2

對電容C充電。uC0tVCC

/32V