數(shù)電第五版第10章

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形教學(xué)內(nèi)容§10.1概述§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

教學(xué)要求一.重點(diǎn)掌握的內(nèi)容：(1)

施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和典型應(yīng)用。(2)

施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系。(3)555定時(shí)器及其應(yīng)用。二.一般掌握的內(nèi)容：(1)

石英晶體多諧振蕩器。(2)多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。10.1概述矩形脈沖信號(hào)的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號(hào)源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形:輸入信號(hào)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)器脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比：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vA'§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VTH≈VDD/2，

R1<R2（否則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài),不能正常工作）010正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓：ΔVT＝VT＋－VT－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§10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.用于波形變換：2.用于脈沖整形：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。4.用于構(gòu)成多諧振蕩器：本節(jié)小結(jié)施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)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(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。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。10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點(diǎn)：1、電路中有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)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(shí)間后，再自動(dòng)翻轉(zhuǎn)至穩(wěn)態(tài)；3、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)與觸發(fā)脈沖無關(guān)?！?0.3.1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?yàn)殡娐肪哂幸粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)而得名。它由兩個(gè)門電路、一個(gè)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。010101

穩(wěn)態(tài)沒有觸發(fā)器電平時(shí)，vI為低電平，vO為低電平，vO1為高電平。

穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài)當(dāng)vI正跳變時(shí)，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(hào)撤除，由于vO的作用，vO1仍可為低電平。11010

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(duì)電容C充電，vI2升高，當(dāng)vI2=VTH時(shí)，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最終vO1=1，vO=0。00101脈沖寬度要窄tW=0.69RC當(dāng)vI的脈沖寬度很寬時(shí)，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門G1被vI封住了，會(huì)使vo的下降沿變緩?！?0.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能表見表10.3.1tW=0.69RextCext圖10.3.10外接電阻（下降沿觸發(fā)）內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）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(huì)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(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。可重復(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(gè)tW寬度。不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型§10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時(shí)只有在脈沖寬度tpo內(nèi)的信號(hào)才能通過。2、延時(shí)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。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)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(hào)寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,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(shí)間即脈沖寬度是由電路的阻容元件RC決定的,與輸入信號(hào)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(shí)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(hào)，用途很廣。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(shí)間脈沖信號(hào)。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(hào)，便能自動(dòng)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(diǎn)：①?zèng)]有穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

②工作不需要外加信號(hào)源，只需要電源?！?0.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器T≈1.3RFC§10.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器T≈2.2RFC§10.4.4施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器§10.4.5石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)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(duì)頻率穩(wěn)定性有較高要求時(shí)，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。本節(jié)小結(jié)多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。工作不需要外加信號(hào)源，只需要電源。要想得到頻率穩(wěn)定性高的多諧振蕩器時(shí)，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)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(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警等方面。

集成555定時(shí)器因?yàn)槠鋬?nèi)部有3個(gè)精密的5KΩ電阻而得名。后來國(guó)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(gè)分壓電阻不再是5KΩ,但仍然延用555名稱。目前一些廠家在同一基片上集成2個(gè)555單元，型號(hào)后加556，同一基片上集成4個(gè)555單元，型號(hào)后加558。集成555定時(shí)器具體元件簡(jiǎn)介

555定時(shí)器的封裝一般有兩種：八腳圓形封裝八腳雙列直插式封裝。

§10.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能放電三極管精密電阻比較器SR鎖存器控制電壓觸發(fā)輸入復(fù)位端輸出放電端閾值輸入電源5~16V注意：工作中不使用VCO時(shí)，一般都通過一個(gè)0.01μF的電容接地(交流接地），以旁路高頻干擾。

當(dāng)VCO懸空時(shí)，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存器置0，TD導(dǎo)通，同時(shí)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(shí)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★由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1．555定時(shí)器有兩個(gè)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(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時(shí)，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。

§10.5.2555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器二六搭一8462153Vcc交流接地VT-VT+回差電壓:VT+=VCOVT-=1/2VCO回差電壓:★§10.5.3555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C

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(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，vO輸出低電平，TD導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個(gè)下降沿到達(dá),重復(fù)上述過程。00110010特性：這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)觸發(fā)器輸出高電平。該電路輸出脈沖寬度為tw＝1.1RC?！?0.5.4555定時(shí)器接成多諧振蕩