數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路

第六章概述一、矩形脈沖基本特征1.矩形脈沖二值性矩形脈沖二進(jìn)制數(shù)字信號高、低電平1、02.矩形脈沖特征參數(shù)TT—脈沖周期UmUm—脈沖幅度0.5UmtWtW

—脈沖寬度0.1Um0.9Umtrtr

—上升時間tftf

—下降時間數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第1頁3.取得脈沖方法：1）自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。由多諧振蕩器來實現(xiàn)555定時器是組成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器既經(jīng)濟(jì)又簡單實用器件。2）將已經(jīng)有波形（正弦波、鋸齒波等）整形為矩形脈沖。由施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第2頁二、555定時器1.電路組成分壓器比較器RS觸發(fā)器輸出緩沖晶體管開關(guān)+VCCuOTD5

k

5

k

5

k

83165724&&1uD控制電壓輸入端CO高觸發(fā)端TH電源端直接置0端輸出端放電端DIS低觸發(fā)端TR接地端GND數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第3頁2.基本功效+VCCuOTD5

k

5

k

5

k

83165724&&1uDCOTHTR

0UOL飽和導(dǎo)通>2VCC/3

111UOL>VCC/3

飽和導(dǎo)通<2VCC/3

>VCC/3

不變不變<2VCC/3<VCC/3

UOH截止0

1

1

0UTHuoTD狀態(tài)UR數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第4頁3.555定時器外引腳和性能55512348765電源電壓輸出高電平帶拉/灌電流負(fù)載能力雙極型（TTL）4.5

16V≥90%VCC200mA單極型（CMOS）3

18V≥95%VDD拉電流1mA灌電流3.2mA數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第5頁6.1施密特觸發(fā)器（SchmittTrigger）6.1.1用555定時器組成施密特觸發(fā)器一、普通反相器和施密特反相器比較AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4VCMOS施密特反相器AYuAUT+UT–上限閾值電壓下限閾值電壓uY回差電壓：數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第6頁二、電路組成及工作原理+VCCuO1TD83165724&&1uI工作原理011010UCO外加UCO時,可改變閾值和回差電壓+VDDuO2uI上升時與2VCC/3比uI下降時與VCC/3比OuIuOUOHUOL數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第7頁三、滯回特征及主要參數(shù)1.滯回特征UT–OuIuOUOHUOLUT+uI增大時與上限閾值比特點(diǎn):uI減小時與下限閾值比上限閾值電壓2.主要靜態(tài)參數(shù)回差電壓下限閾值電壓回差電壓

UT=UT+–UT–數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第8頁OuO/Vt[例]試對應(yīng)輸入波形畫出下列圖中輸出波形。184355557+12V0.01

FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V所以可畫出輸出波形為電路組成反相輸出施密特觸發(fā)器數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第9頁6.1.3施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例一、接口與整形1.接口MOS或CMOS1把緩變輸入信號轉(zhuǎn)換為TTL系統(tǒng)要求脈沖正弦波振蕩器12.整形輸入輸出UT+UT–數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第10頁二、閾值探測、脈沖展寬1.閾值探測輸入UT–UT+輸出2.脈沖展寬CAuOuIuAuIuAuOUT+UT–數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第11頁6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn):1.只有兩種狀態(tài):穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)；2.外來觸發(fā)（窄）脈沖使:穩(wěn)態(tài)

暫穩(wěn)態(tài)

穩(wěn)態(tài)；3.暫穩(wěn)態(tài)連續(xù)時間僅取決于電路參數(shù),

與觸發(fā)脈沖無關(guān)。用途；定時：產(chǎn)生一定寬度方波。延時：將輸入信號延遲一定時間后輸出。整形：把不規(guī)則波形變?yōu)閷挾?、幅度都相等脈沖。數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第12頁6.2.1用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、電路組成+VCCuO83165724&&1TDQRCuIuCuI與

VCC/3比較uC與2VCC/3比較62784153555RC++VCC0.01FuI+uC–uIVCC0uC02VCC/3VCCuOtw數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第13頁二、工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)

接通電源后VCC經(jīng)R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發(fā)信號為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號時，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當(dāng)uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,所以uO為低電平，V導(dǎo)通，電容C經(jīng)放電管V快速放電完成，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。所以，穩(wěn)態(tài)時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導(dǎo)通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第14頁2.觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

二、工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，所以uO躍變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。UILUOH充電數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第15頁3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)

(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，所以uO躍變

為高電平，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復(fù)為高電平

當(dāng)uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，所以uO重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導(dǎo)通，C

經(jīng)V快速放電uC

0V，放電完成后，電路返回穩(wěn)態(tài)。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第16頁[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s正脈沖，R=27k

，試確定定時元件

C取值。

(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件R、C。解：因為

tWO

1.1RC故可取標(biāo)稱值

33

F。估算公式tWO

1.1RC數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第17頁6.2.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例一、延時與定時1.延時1uIu

O&uOuFuIu

OtW2.定時選通uFuO二、整形uIuO數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第18頁6.2.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例走廊定時燈數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第19頁6.3多諧振蕩器AstableMultivibrator6.3.1555定時器組成多諧振蕩器+VCCuO83165724&&1TDR1R2CuC

uCtUOH

uOtUOL一、電路組成和工作原理62784153555R1C1+R2C2+VCC數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第20頁二、振蕩頻率估算和占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCC(1)C充電時間tw1uC（0）=VCC

/

3,uC（

）

=

VCC充電時間常數(shù)

1=（R1+R2）C(2)C放電時間tw2放電時間常數(shù)

2=R2C1.振蕩頻率估算uC（0）=2VCC

/

3,uC（

）

=

0數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第21頁(3)

振蕩頻率f

uCtUOH

uOtUOLtw1tw2Ttw1=0.7(R1+R2)Ctw2=0.7R2CT=0.7（R1+2R2）C振蕩周期：振蕩頻率：占空比：數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第22頁2.占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1=0.7R1Ctw2=0.7R2C頻率固定數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第23頁模擬聲響電路uO2uo1uo26.1.3多諧振蕩器應(yīng)用舉例10

F26784153NE555ICICR1C1B21++26784153NE55510k

100k

10k

150k

10k

8

R2R3R4R5C2C3C5+5V0.01

F0.01

F100

FuO1C40.01

F+數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第24頁第六章

小結(jié)一、555定時器是一個多用途集成電路。只需外接少許阻容元件便可組成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。55512348765雙極型(TTL)電源:4.5

16V單極型(CMOS)電源:3

18V帶負(fù)載能力強(qiáng)數(shù)字電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生和整形電路第25頁二、施密特觸發(fā)器是一個脈沖整形電路