第8章脈沖波形的產(chǎn)生與變換

第八章脈沖波形的產(chǎn)生與變換8.1概述8.2多諧振蕩器8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.4施密特觸發(fā)器第八章脈沖波形的產(chǎn)生與變換數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘脈沖、觸發(fā)脈沖、控制信號等是由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的。本章介紹幾種脈沖發(fā)生和脈沖變換電路。8.1概述8.1.1脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的組成脈沖電路組成：延遲電路正反饋電路開關(guān)元件RC電路組成，其暫態(tài)方程為：由上式求得狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需時(shí)間：我們著重介紹由555定時(shí)器組成的脈沖發(fā)生和變換電路8.1.2555定時(shí)器分壓比較RS觸發(fā)器+_+_Q5k5k5k8+UCC452713C1C26T++&1..緩沖輸出電壓控制端高電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端放電端放電管輸出端復(fù)位端接地端電源端8.1.2555定時(shí)器分壓器：由3個5K電阻組成，當(dāng)電壓控制端(5腳)懸空時(shí)，VA=2/3Vcc，VB

=1/3Vcc，分別作為兩個比較器的基準(zhǔn)電平。改變5腳的輸入，可改變A、B的基準(zhǔn)電平。<2/3UCC<1/3UCC10>2/3UCC>1/3UCC01<2/3UCC>1/3UCC11>2/3UCC<1/3UCC001/3UCC不允許2/3UCC++C1++C2..5K5K5KVAVBUCCRDSD562RDSDV6V2比較結(jié)果8.1.2555定時(shí)器V6V2<2/3UCC<1/3UCC>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC>1/3UCCQT10保持導(dǎo)通截止保持綜上所述，555功能表為：RDSD101011QT10保持導(dǎo)通截止保持QQRDSDT輸出&1478.2.3由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。

多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器,觸發(fā)器和時(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。8.2多諧振蕩器UCC++C1++C2QQRDSD...5K5K5KVAVBT13245678(復(fù)位端)(地)uO8.2.3.由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器接通電源通電前uC=0011100>2/3UCCRD=1SD=0..uCR1R2.+–C充電C放電1<1/3UCCT導(dǎo)通1.工作原理T截止如此周而復(fù)始，產(chǎn)生一系列脈沖。占空比可調(diào)的多諧振蕩器UCC++C1++C2QQRDSD...5K5K5KVAVBT13245678(復(fù)位端)uO..CR1R2.+–D2D1..充電放電由于接入了D1和D2電容充、放電的路徑不同。調(diào)節(jié)R1、R2可調(diào)節(jié)占空比。充電放電..CR1R2+–D2D1..+UCC48562713uOT1T22/3UCC1/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止Q=0Q=1T導(dǎo)通C充電C放電RD=0SD=1uCtOuOtO2.振蕩周期的計(jì)算高電平持續(xù)時(shí)間:低電平持續(xù)時(shí)間:振蕩周期:振蕩頻率:占空比（輸出高電平在整個周期中占的比例）為:當(dāng)R1=R2=R時(shí),振蕩頻率為:占空比為:.uC.+UCC4876213CR1R25.例：多諧振蕩器構(gòu)成水位監(jiān)控報(bào)警電路水位正常情況下，電容C被短接，揚(yáng)聲器不發(fā)音；水位下降到探測器以下時(shí)，多諧振蕩器開始工作，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警。+8.2.1.由與非門組成的多諧振蕩器111G1G2G3R1R2Cu01u02ui3u0如圖是一個由與非門組成的多諧振蕩器。11G1G3R2Cu01ui3u0++_uc不能突變_(+)如圖電路引入的是一個正反饋。8.2.1.由與非門組成的多諧振蕩器111G1G2G3R1R2Cu01u02ui3u0R1和C構(gòu)成延遲環(huán)節(jié)，使ui3電平變化總滯后于u01，從而使每一暫態(tài)維持一定的時(shí)間。8.2.1.由與非門組成的多諧振蕩器1.從第一暫態(tài)自動翻轉(zhuǎn)到第二暫態(tài)的過程：設(shè)t=0時(shí)：uo1=VoHuo2=VoLui3=VoHuo＝VoL，uc＝0uo=VoLC充電，ui3=uth111G1G2G3R1R2Cuo1uo2ui3u0VoLtui3VoHtuoVoH第一暫態(tài)保持+–uo=VoH第二暫態(tài)開始，uc＝VoH–uth>0uo1=VoLui3=uth+VoL–

VoH<uthuo=VoH第二暫態(tài)保持C反向充電,ui3=uth–+uo=VoL第二輪循環(huán)開始uthuth+VoL–

VoH2.從第二暫態(tài)自動翻轉(zhuǎn)到第一暫態(tài)的過程：8.2.1.由與非門組成的多諧振蕩器第二輪循環(huán)開始時(shí)：uo1=VoHuo2=VoLui3=VoH–VoL+

uth

>uthuo＝VoL，uc＝VoL–uthuo=VoLC充電，ui3=uth111G1G2G3R1R2Cuo1uo2ui3u0+–VoLtui3VoHtuoVoHuthuth+VoL–

VoHVoH–VoL+

uth第一暫態(tài)保持uo＝VoH第二暫態(tài)開始，如此往復(fù)并穩(wěn)定下來。8.2.2.石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器石英晶體是SiO2結(jié)晶體，其符號及等效阻抗的頻率特性如圖所示。由圖可見石英晶體具有很強(qiáng)的選頻性且頻率特性非常穩(wěn)定。當(dāng)外加電壓頻率等于其固有頻率fo時(shí)，其阻抗最小，而其他頻率信號經(jīng)過石英晶體時(shí)嚴(yán)重衰減。1.石英晶體片簡介：8.2.2.石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(1)從第一暫穩(wěn)態(tài)自動翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)的過程。電源剛接通時(shí)，電容C2兩端電壓為0，G1輸入為低電平2.石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：–++–(–)此正反饋過程保證電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)高電平uo經(jīng)R1對C1、C2充電，當(dāng)C2充電到G1的開門電平時(shí)，uo輸出低電平。經(jīng)過同樣的正反饋過程保證電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。將石英晶體與多諧振蕩器中的C3串聯(lián)。石英晶體對其固有頻率fo相當(dāng)于阻抗最小的電阻，與C3構(gòu)成正反饋電路。8.2.2.石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(2)從第二暫穩(wěn)態(tài)自動翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)的過程。2.石英晶體時(shí)鐘脈沖發(fā)生器：+––+(+)此正反饋過程保證電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)C1、C2放電，C3充電。當(dāng)C2電壓放到G1的關(guān)門電平時(shí)，uo又輸出高電平。這樣的過程周而復(fù)始，電路輸出一系列方波。石英晶體振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體片的固有頻率，與電路中的電阻電容值無關(guān)。當(dāng)uo輸出低電平時(shí)：8.3.1由與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，在觸發(fā)脈沖的作用下觸發(fā)器可以翻轉(zhuǎn)為另一狀態(tài)，但經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，觸發(fā)器又自動恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用做定時(shí)、整形及延時(shí)。8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1G2&&uiucuo1uoCR在基本RS觸發(fā)器的正反饋通道中串聯(lián)一個RC微分電路構(gòu)成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。18.3.1由與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1G2&&uiucuo1uoCR1、未觸發(fā)時(shí)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)未觸發(fā)時(shí)，輸入ui為高電平(用“1”表示)。1001由以上正反饋保證電路處于穩(wěn)定狀態(tài)uo=VoH。2、外加觸發(fā)信號，電路由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)0由以上正反饋保證電路能翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)uo=VoL。由于uo的低電平送回到G1的輸入端，所以即使此時(shí)ui的觸發(fā)低脈沖消失，輸出也不會改變。8.3.1由與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3、電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)定狀態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，uo1的高電平對C充電。隨著uc，充電電流減小，電阻R上的電壓也減小，當(dāng)VA降低到G2的關(guān)門電平VoFF時(shí)，G2輸出uo由低電平VoL躍變到高電平VoH。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。＋－G2關(guān)門前一瞬間，電容兩端電壓uc＝VoH-VoFF。1G1G2&&uiucuo1uoCR10010A8.3.1由與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4、電容兩端電壓的恢復(fù)過程暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，uo1為低電平。由于電容兩端的電壓不能突變，所以A點(diǎn)電位躍變?yōu)閂oL-(VoH-VoFF),此后電容開始放電，放電結(jié)束時(shí)，VA約為0，電容電壓uc也約為0，為觸發(fā)器下次翻轉(zhuǎn)作好準(zhǔn)備。＋－1G1G2&&uiucuo1uoCR10010A電路中各點(diǎn)電平變化如圖所示。暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間TP取決于RC充電的快慢。而觸發(fā)器由暫穩(wěn)態(tài)回到穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間TR決定于RC電路的放電時(shí)間。為了保證單穩(wěn)態(tài)電路正常工作，要求觸發(fā)信號ui的周期T≥TP+TR由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.3.2由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uCR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復(fù)位端)uO65271.穩(wěn)定狀態(tài)(ui為高電平)(地)uCR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復(fù)位端)uO6527接通電源>2/3UCC01101Q=0導(dǎo)通1穩(wěn)定狀態(tài)2.暫穩(wěn)狀態(tài)(外加觸發(fā)信號)(地)uCR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復(fù)位端)uO65271101Q=1截止暫穩(wěn)狀態(tài)0<1/3UCC0013.電路由暫態(tài)自動回到穩(wěn)態(tài)(地)ucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復(fù)位端)uO6527>2/3UCC1010Q=1010110穩(wěn)定狀態(tài)Q=0+UCC48562713...0.01FuCCuiuoRuituCtuOt(>1/3UCC)Q=0Q=1T導(dǎo)通，C通過T放電,uC

0接通電源RD=0SD=1保持“0”態(tài)RD=1SD=1上升到2/3UCCuituCtuOt暫穩(wěn)態(tài)tptp=RCln3=1.1RC+UCC48562713...0.01FuCCuiuO2/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止C充電RD=0SD=1Q=0Q=1因此暫穩(wěn)態(tài)的長短取決于RC時(shí)間常數(shù)R4.uC的恢復(fù)過程:從C放電開始到uC=uT(sa’t)所需時(shí)間TR,TR05.暫態(tài)維持時(shí)間的計(jì)算:6.單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用:單位時(shí)間讓脈沖通過下降沿延遲例1：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成定時(shí)檢測&uiuBuAuouituBtuotuAt例2：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成短時(shí)用照明燈48162357uouiUCCSRCuituottp若S未按下,則

ui

=1若S按下,則ui

=0uo按一下按鈕S未按0KT的線圈不通電KT的觸點(diǎn)斷開燈滅1通電閉合亮燈亮的時(shí)間為：tp=1.1RC48162357uOuiUCCCSKTKTD1D2R~uCR1+UCCui++C1++C2QQRDSD5K5K5KabT1348(復(fù)位端)uO16527R2R3RRS8.4施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它不同于一般雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的是：①它是電平觸發(fā)，普通觸發(fā)器是脈沖觸發(fā)；②它具有類似于磁滯回線形狀的電壓傳輸特性。它廣泛應(yīng)用于整形、延時(shí)電路。8.4施密特觸發(fā)器電路中，2端和6端接于e點(diǎn)，與a、b點(diǎn)的電位比較。cc31b32aVV,VccV==

uCR1+UCCui++C1++C2QQRDSD5K5K5KabT1348(復(fù)位端)uO16527R2R3RRSeduCR1+UCCui++C1++C2QQRDSD5K5K5KabT1348(復(fù)位端)uO6527R2R3RRSed1、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)設(shè)uc(0)=0,接入電源,ui=0ud=0＝ue<Va<VbR=1S=0uO

=1同時(shí)電源給電容C充電－＋ud

=ue<Va>VbR=1S=1保持uO

=1第一穩(wěn)態(tài)uO

=11、接入電源，電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)設(shè)uc(0)=0,接入電源,ui=0ud=0＝ue<Va<VbR=1S=0同時(shí)電源給電容C充電ud

=ue<Va>VbR=1S=1保持uO

=12、輸入電壓變化時(shí)，輸出狀態(tài)相應(yīng)改變