第9章 脈沖的產(chǎn)生與整形

第9章脈沖波形的變換與產(chǎn)生電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2施密特觸發(fā)器9.3多器諧振蕩9.4555定時(shí)器及其應(yīng)用9脈沖波形的變換與產(chǎn)生4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計(jì)算。1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。2、理解多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。3、掌握555定時(shí)器的工作原理。本章學(xué)習(xí)要求9脈沖波形的變換與產(chǎn)生9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.1用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用①電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：②在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);③由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長保持,經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理CMOS或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CMOS與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)為1正脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為0負(fù)脈沖觸發(fā)

9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理9.1.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路處于一種穩(wěn)態(tài)：00110o=0c=0a)沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓b)外加觸發(fā)信號(hào)dd=VTH產(chǎn)生如下正反饋過程：迅速使o1=

0o=1電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電容充電I2109.1.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器c)電容充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)01I2I2=VTH產(chǎn)生如下正反饋過程：迅速使o1=

1o=0電容放電c=0vo2ˉ-vO1-vR-

vO11

vO

vI2

0

t

t

t

0

VTH

VDD

t1

t2

0

tw以t1作為時(shí)間起點(diǎn)，則有：（1）輸出脈沖寬度tw2、主要參數(shù)的計(jì)算9.1.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器t1t2（1）輸出脈沖寬度tw2、主要參數(shù)的計(jì)算9.1.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器t1t2(2)恢復(fù)時(shí)間tretre3

(3)最高工作頻率fmax

9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)信號(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容輸出緩沖電路1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器741219.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VCCCextRext/CextA1A2BQCRext74121RintVCCGNDQ1011914761345(a)使用外接電阻Rext的電路連接VCCCextRext/CextA1A2BQC74121RintVCCGNDQ1011914761345(b)使用內(nèi)部電阻Rint的電路連接1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器741219.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度：tw≈0.7RC電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性1）工作原理在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入,但由于G4門在此期間關(guān)閉，不會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài):Q=1Q=010001.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器741219.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，在B端有上升沿時(shí)電路被觸發(fā)B

為高電平，A1、A2、中有一個(gè)或兩個(gè)有下降沿時(shí)電路被觸發(fā)9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2）邏輯功能1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7412174121的工作波形1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器741219.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TR+TR?RDQQ2、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528的邏輯圖MC14528功能表輸出清除禁止禁止單穩(wěn)單穩(wěn)HHHLLL××L↑L×H×H↓L××HHQQTR?TR+RD功能輸入2、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.定時(shí)

2.延時(shí)9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用3.組成噪聲消除電路單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。如用I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤.9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用9.2施密特觸發(fā)器9.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器9.2.2集成施密特觸發(fā)器9.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用9.2施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。②電路有兩個(gè)閾值電壓。輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-）。同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-vI

1、電路組成2、工作原理9.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器I1R1<R2I為三角波假定：(a)電路(b)工作波形VT+VT?tt00vIvO1009.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器2、工作原理vI1vI1(b)工作波形VT+VT?tt00vIvO0119.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器2、工作原理輸入信號(hào)上升過程中，使電路的輸出電平發(fā)生跳變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為正向閾值電壓。VT+VT?tt00vI1vIvO1009.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器2、工作原理輸入信號(hào)下降過程中，使電路的輸出電平發(fā)生跳變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。施密特觸發(fā)器的回差電壓為：ΔVT＝VT＋－VT－＝(1+R1/R2)Vth－(1?R1/R2)Vth

≈2VthR1/R2改變R1/R2就可以調(diào)整回差電壓的大小。9.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器3、工作波形和電壓傳輸特性9.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器9.2.2集成施密特觸發(fā)器

由于集成電路內(nèi)部器件參數(shù)差異較大，電路的VT＋和VT－的數(shù)值有差異，不同的VDD有不同的VT＋和VT－值，即使VDD相同，不同的器件也有不同的VT＋和VT－值。9.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換VT+VT_vT+vT-2.波形的整形與抗干擾9.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形的整形合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。9.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用2.波形的整形與抗干擾vovI4.幅度鑒別9.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用oυI9.3多諧振蕩器9.3.1由門電路組成的多諧振蕩器9.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路9.3.3石英晶體振蕩器RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本組成：開關(guān)器件（邏輯門、電壓比較器等）：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所需脈沖波形輸出。9.3多諧振蕩器

接通電源后就能產(chǎn)生一定頻率的矩形脈沖波或方波的自激振蕩電路,常作為脈沖信號(hào)源，叫做多諧振蕩器，又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。開關(guān)器件9.3.1門電路組成的多諧振蕩器

1.電路組成

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VC多諧振蕩器υo1與υo反相,電容接在υo與υI之間:2.工作原理假定電路初態(tài)：=1vO1=0vOvC=0V電容充電vCvI=VTH時(shí)，vI當(dāng)迅速使G1導(dǎo)通、G2截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)=0vO1=1vO（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)），合上電源，電容還沒來得及充電9.3.1門電路組成的多諧振蕩器1010vIVDDVTH0ttvOVDD0（2）由第二暫穩(wěn)態(tài)電容開始放電電容放電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速使得G1截止、G2導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)υO(shè)2=0υO(shè)1=1

2.工作原理9.3.1門電路組成的多諧振蕩器1010

T＝RC1n4≈1.4RC

由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和VTH，頻率穩(wěn)定性較差。3.振蕩周期的計(jì)算vI(0+)0；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD；vC()0

=RC,t=t3-t2T2:9.3.1門電路組成的多諧振蕩器vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR19.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器vI(0+)；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)；vC()0，=RC,t=t2-t1T2:9.3.3石英晶體多諧振蕩器1、石英晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào)阻抗頻率特性fXfs電感性電容性電容性當(dāng)f=fs時(shí),電抗X=02、石英晶體振蕩器R1和R2:使反相器工作在線性區(qū)C1

和C2兩個(gè)反相器之間耦合電容9.3.3石英晶體多諧振蕩器3、雙相脈沖產(chǎn)生電路9.3.3石英晶體多諧振蕩器AQf1f29.4555定時(shí)器及其應(yīng)用9.4.1555定時(shí)器9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器9.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器1、電路結(jié)構(gòu)9.4.1555定時(shí)器基本SR鎖存器集電極開路輸出三極管輸出緩沖反相器低電平復(fù)位端0110觸發(fā)輸入端閾值輸入端飽和導(dǎo)通＞2VCC/3＞VCC/300011111飽和導(dǎo)通12、工作原理9.4.1555定時(shí)器＜2VCC/3＞VCC/31101011飽和導(dǎo)通1狀態(tài)不變2、工作原理9.4.1555定時(shí)器＜2VCC/3＜VCC/31010100截止12、工作原理9.4.1555定時(shí)器不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入放電管T9.4.1555定時(shí)器3、555定時(shí)器功能表9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器vI不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的應(yīng)用①波形變換VT+VT_如何改變占空比?回差電壓減小,占空比如何變化?9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器②

波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器)555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的應(yīng)用9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器CvovIRvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器CvovIR②

波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器)555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的應(yīng)用9.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、電路vI②外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1③觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0①?zèng)]有觸發(fā)信號(hào)時(shí)(υi)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

13VCC9.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vItw