第6章脈沖產(chǎn)生與整形電路

數(shù)字電子技術(shù)（第三版）尚鴻雁制作電力電子出版社第6章脈沖信號的產(chǎn)生與整形學(xué)習(xí)要點

555定時器的工作原理及邏輯功能由555定時器構(gòu)成單穩(wěn)、多諧、施密特觸發(fā)器的方法第6章脈沖信號的產(chǎn)生與整形6.2施密特觸發(fā)器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4多諧振蕩器6.1555定時器6.1555定時器

1.矩形脈沖

兩狀態(tài)邏輯信號只有0、1兩種取值，用波形圖表示就是矩形脈沖。

2.矩形脈沖的特性參數(shù)

周期T幅度Um寬度tw

上升時間tr下降時間tf

對于理想矩形脈沖，上升時間和下降時間均為0。6.1.1矩形脈沖的基本特性6.1.2555定時器的結(jié)構(gòu)和工作原理復(fù)位端低電平有效基本RS觸發(fā)器001電壓比較器分壓器2Vcc/3Vcc/3晶體管開關(guān)和輸出緩沖器0截止1導(dǎo)通U+>U-時，輸出為1U+<U-時，輸出為0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端4.5～16V001①R=0時，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。①R=0時，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，即RD=0、SD=1，則Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＞2UCC/3＞UCC/30011①R=0時，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＜2UCC/3＞UCC/3101③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3時，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。①R=0時，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＜2UCC/3＜UCC/31100③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3時，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。④R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＜UCC/3時，RD=1、SD=0，Q=0、Q=1，uo=1，V截止。*利用555集成定時器可構(gòu)成脈沖產(chǎn)生、整形電路<2VCC/36.2施密特觸發(fā)器能夠把變化緩慢的輸入脈沖整形為需要的矩形脈沖，具有滯回特性，抗干擾能力也很強。6.2.1用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路組成VDDuO1uO2uIUCO工作原理滯回特性當(dāng)uI由0V上升到2VCC/3時，uo由UOH跳變到UOL，但是uI由VCC下降到2VCC/3時uo=UOL卻不改變，只有當(dāng)uI下降到VCC/3時，uo才會由UOL跳變回到UOH。下限閾值電壓上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：ΔUT＝UT＋－UT－前面介紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為：ΔUT＝UT＋－UT－＝2VCC/3－VCC/3＝VCC/3缺點是回差太小，且不能調(diào)整。主要參數(shù)6.2.2集成施密特觸發(fā)器CMOS集成施密特觸發(fā)器主要靜態(tài)參數(shù)

TTL集成施密特觸發(fā)器主要靜態(tài)參數(shù)

6.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用（一）用作接口6.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用（二）用作整形（三）用作閥值電壓探測器圖中是施密特觸發(fā)器的輸入輸出波形，凡是電壓幅值達(dá)到UT+的輸入電壓信號，均可被探測出來并形成輸出脈沖。（四）用作脈沖展寬圖6.2.9是施密特出發(fā)器構(gòu)成的脈沖展寬器的電路及工作波形圖。從圖中可看出，輸出電壓U0的脈沖寬度顯然比輸入電壓Ui的脈沖寬度要寬。改變電容C的大小，可方便地調(diào)節(jié)脈沖展寬的程度。（五）用作多諧振蕩器uI為低電平時，uO’為高電平，通過R對電容C充電；uI升高當(dāng)uI>UT+，uO’跳變?yōu)榈碗娖?，電容C放電，uI下降；當(dāng)uI<UT-，uO’又跳變?yōu)楦唠娖?。周而?fù)始，振蕩，輸出端得到矩形波。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(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)狀態(tài)。暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間以后（根據(jù)電路參數(shù)），將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。

用途：這種電路在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于(產(chǎn)生一定寬度的方波)、整形(把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的脈沖)以及延時(將輸入信號延遲一定的時間之后輸出)等。6.3.1用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器R、C是定時元件；uI是輸入觸發(fā)信號，下降沿有效，加在555的TR端(2腳)；uO是輸出信號。電路組成

101000101010110工作原理主要參數(shù)6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按能否被重觸發(fā)，可以分為兩類：一類是可重觸發(fā)的；一類是不能重觸發(fā)的?？芍赜|發(fā)是指在暫穩(wěn)態(tài)期間，能夠接收到新的觸發(fā)信號，重新開始暫穩(wěn)態(tài)過程；非重觸發(fā)是在暫穩(wěn)態(tài)期間不能接收新信號的情況，即非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只能在穩(wěn)態(tài)時接收輸入信號，一旦被觸發(fā)由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)后，即使再有新的信號到來，其既定的暫穩(wěn)態(tài)過程也會照樣進(jìn)行下去，直至結(jié)束為止。下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端輸出端外接電阻、電容端定時電阻引出端（或接電源或懸空）(一)非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端TR：內(nèi)部統(tǒng)一的觸發(fā)信號，上升沿有效表示單穩(wěn)是非重觸發(fā)的只要TR保持狀態(tài)不便，電路就會一直工作在穩(wěn)定狀態(tài)；只有當(dāng)TR正跳變時，電路才會被觸發(fā)。主要參數(shù)TR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，TR+A、TR+B是兩個上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和是兩個狀態(tài)互補的輸出端。Rext/Cext、Cext、Rin3個引出端是供外接定時元件使用的，外接定時電阻R（R=5kΩ～50kΩ）、電容C（無限制）的接法與74121相同。RD為直接復(fù)位輸入端，低電平有效。當(dāng)定時電容C＞1000pF時，74122的輸出脈沖寬度：tp≈0.32RC(二)可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74122主要參數(shù)其他芯片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除74121、74122外，常用的還有雙單穩(wěn)74123、74221等；而CMOS集成電路中，也有類似的、應(yīng)用也很廣的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，例如雙單穩(wěn)CC4098、CC14528就是這樣的芯片。從圖中可看出u’o的下降沿比uI延遲了tw時間。6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例(1)延時從圖中看到，u’0作為控制與門打開時間的信號，在與門打開時間tw內(nèi)，UF信號允許通過，tw就是一個定時信號。(2)定時由6.3.6圖可看出，不規(guī)則的輸入信號經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路后，可整形成為幅度、寬度都相同的矩形脈沖u0。(3)整形6.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，當(dāng)電路連接好之后，只要接通電源，在其輸出端便可獲得矩形脈沖，由于矩形脈沖中除基波外還含有極豐富的高次諧波，所以人們把這種電路叫做多諧振蕩器。6.4.1用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器R1、R2、C是外接定時元件，定時器TH(6)、TR(2)端連接起來接uC，晶體三極管集電極(7)接到R1、R2的連接點P。電路組成工作原理電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)—振蕩，在輸出端就產(chǎn)生了矩形脈沖。振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路4.占空比q振蕩頻率f：

（二）占空比可調(diào)電路當(dāng)R1=R2,q=0.5,

uO將成為對稱的矩形脈沖。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可以得到占空比可調(diào)的多諧振蕩器。占空比：在對振蕩頻率穩(wěn)定性要求較高的地方，利用石英晶體構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。外加電壓頻率f=f0時，電抗X=0，諧振頻率f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-10~10-11。6.4.2