內(nèi)容簡介1概述2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3施密特觸發(fā)器4多諧振蕩器

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1、內(nèi)容簡介 1.概述 2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 3.施密特觸發(fā)器 4.多諧振蕩器 5.555定時(shí)器及其應(yīng)用 重點(diǎn)內(nèi)容 1.多諧振蕩器 2.555定時(shí)器工作原理,第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路,教學(xué)目標(biāo): 理解掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作原理,及555定時(shí)器的工作原理及使用方法。,第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路,學(xué)時(shí)安排:6 學(xué)時(shí) 課后作業(yè): 7.5、7.12、7.13,第七章脈沖產(chǎn)生與整形電路,7.1 概述,1. 脈沖信號(hào): 脈沖信號(hào)是指一種持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流波形,如圖所示。 圖(a)是方波,圖(b)是矩形波,圖(c)是尖頂脈沖, 圖(d)是鋸齒波,圖(e)是鐘形脈沖。它們都

2、可以通稱為“脈沖信號(hào)”。,脈沖波形的不同形狀,7.1 概述,2. 在數(shù)字電路中,要控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作,常常需要時(shí)鐘脈沖(CP)信號(hào),獲得這種矩形脈沖的方法:一是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生,二是通過整形電路變換得到。多諧振蕩器可通過門電路、石英晶體或集成555定時(shí)器三種方式構(gòu)成。整形電路可分為施密特觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,它們可以使脈沖的邊沿變得陡峭,形成滿足要求的矩形脈沖,脈沖波形的特性主要用圖中所示的參數(shù)來描述。,描述矩形脈沖的主要參數(shù),7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也有兩個(gè)狀態(tài):一個(gè)是穩(wěn)定狀態(tài),另一個(gè)是暫穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)無觸發(fā)脈沖輸入時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將

3、從穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)定狀態(tài),暫穩(wěn)狀態(tài)在保持一定時(shí)間后,能夠自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。,7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1、電路組成 如下圖所示。門G1的輸出經(jīng)微分電路RC接到門G2的輸入端,門G2的輸出直接耦合到G1的輸入端。電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí),ui為高電平,u01為低電平,為了使u02可靠為高電平,對(duì)于TTL芯片74LS00應(yīng)選擇RROFF,一般取R0.7K。但對(duì)于CC4011的MOS門輸入阻抗高,外接電阻R的大小不會(huì)影響其穩(wěn)態(tài),則不受ROFF限制。,7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2、工作過程 電源接通后,在沒有外來觸發(fā)脈沖時(shí)(uI為高電平)電路處于穩(wěn)定狀態(tài):uO1= UOL,uO=UOH。

4、為此,必須保證RdRON(開門電阻),R

5、器 CC4528B的引腳圖如圖所示。,7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 常用的TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,有不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54LS121/74LS121,54LS221/74LS221,可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54LS123/74LS123,54LS122/74LS122等。54LS121/74LS121的邏輯符號(hào)如圖 所示。,(b) 邏輯符號(hào),7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例 應(yīng)用1. 脈沖整形。 脈沖信號(hào)經(jīng)過長距離傳輸后,其邊沿會(huì)變差或疊加了某些干擾,這時(shí)可利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行整形。將這些受到干擾的脈沖信號(hào)ui加到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端,輸出端便可

6、得到符合要求的矩形脈沖u0。如圖所示。,7.3施密特觸發(fā)器,施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路,利用它可以將正弦波、三角波以及其它一些周期性的脈沖波形變換成邊沿陡峭的矩形波。另外,它還可以用作脈沖鑒幅器、比較器。 施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號(hào)電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),在外加信號(hào)的作用下,只要輸入信號(hào)變化到某一電平時(shí),電路就從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài), 而且穩(wěn)定狀態(tài)的保持也與輸入信號(hào)的電平密切相關(guān)。下圖是這種電路的工作波形。,7.3施密特觸發(fā)器,,7.3施密特觸發(fā)器,一、用門電路組成的施密特觸發(fā)器 下圖所示電路是由TTL門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器。

7、 圖中, V為電壓偏移二極管,R1、R2為分壓電阻,電路的輸出通過電阻R2進(jìn)行正反饋。下面我們來分析電路的工作原理。,7.3施密特觸發(fā)器,假設(shè)在接通電源后,電路輸入為低電平uI=UOL,則電路處于如下狀態(tài):uO1=UOH,uO=UOL。如果不考慮G1門的輸入電流,uI1的電壓為:,7.3施密特觸發(fā)器,其中,UD為二極管的導(dǎo)通壓降。當(dāng)uI上升到門電路的閾值電壓UTH時(shí),由于uI1的電壓還低于UTH,電路仍然保持這個(gè)狀態(tài)不變; 隨著uI的繼續(xù)升高,當(dāng)uI1也上升到UTH時(shí),電路將產(chǎn)生如下正反饋過程:,7.3施密特觸發(fā)器,結(jié)果使電路的狀態(tài)迅速翻轉(zhuǎn)為:uO1=UOL,uO=UOH,這是電路的另一個(gè)穩(wěn)定

8、狀態(tài)。那么這一時(shí)刻的輸入電壓uI就是電路的正向閾值電壓UT+,將uI=UT+,uI1=UTH帶入式9-21可得: 當(dāng)uI從UT+再升高時(shí),電路的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。,7.3施密特觸發(fā)器,當(dāng)uI從高電平下降時(shí),只要下降到uI=UTH,由于電路中的正反饋?zhàn)饔?,電路狀態(tài)立刻發(fā)生翻轉(zhuǎn),回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)??梢?,電路的負(fù)向閾值電壓UT-=UTH。所以該電路的回差電壓為: 因此,通過改變電阻R1和R2的比值,可以調(diào)整回差電壓。 ,7.3施密特觸發(fā)器,二、集成施密特觸發(fā)器 由于性能穩(wěn)定,所以在數(shù)字系統(tǒng)中集成施密特觸發(fā)器被廣泛采用。目前,各廠家已經(jīng)生產(chǎn)出多種單片集成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)品。

9、 74LS132是一種典型的集成施密特觸發(fā)器, 其內(nèi)部邏輯圖和引腳排列如圖9-25(a)所示。 74LS132內(nèi)部包括四個(gè)相互獨(dú)立的兩輸入施密特觸發(fā)器,每一個(gè)觸發(fā)器都是以基本的施密特觸發(fā)電路為基礎(chǔ),在輸入端增加了與的功能, 在輸出端增加反向器,所以我們將其稱為施密特觸發(fā)的與非門, 其邏輯符號(hào)如圖(b)所示,7.3施密特觸發(fā)器,,集成施密特觸發(fā)器74LS132 74LS132的引腳排列和內(nèi)部邏輯圖 (b) 施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號(hào),7.3施密特觸發(fā)器,74LS132的輸出信號(hào)Y與輸入信號(hào)中 A、B只要有一個(gè)低于施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電平,輸出Y就是高電平;只有當(dāng)A、 B同時(shí)高于正向閾值電平時(shí)

10、,輸出Y才為低電平。在使用+5 V電源的條件下,集成施密特觸發(fā)器74LS132的正向閾值電平UT+=1.52.0 V,負(fù)向閾值電平U T-= 0.61.1 V,回差電壓UT的典型值為0.8 V。,7.3施密特觸發(fā)器,三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 1 波形變換 利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔茫?可以將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)(如正弦波、 三角波等)變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。在圖中,施密特觸發(fā)器的輸入是一個(gè)直流分量和正弦分量相疊加的信號(hào),只要輸入信號(hào)的幅度大于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+,在觸發(fā)器的輸出端就可得到相同頻率的矩形波。,7.3施密特觸發(fā)器,,7.3施密特觸發(fā)器,2 脈沖

11、整形 矩形波經(jīng)過傳輸后波形往往會(huì)發(fā)生畸變, 其中比較常見的有圖所示的三種情況: (a)矩形波的邊沿變緩; (b)在矩形波的邊沿處產(chǎn)生振蕩; (c)矩形波被疊加上干擾。無論哪一種情況,只要設(shè)置好合適的UT+和UT-,均能獲得滿意的整形效果。,7.3施密特觸發(fā)器,,3 脈沖幅度鑒別 利用施密特觸發(fā)器的輸出取決于輸入幅度的特點(diǎn),可以將其用作脈沖幅度鑒別電路。如圖所示,在施密特觸發(fā)器的輸入端輸入一系列幅度不等的矩形脈沖,根據(jù)施密特觸發(fā)器的特點(diǎn), 對(duì)應(yīng)于那些幅度大于UT+的脈沖,電路有脈沖輸出;而對(duì)于幅度小于UT+的脈沖,電路則沒有脈沖輸出,從而達(dá)到幅度鑒別的目的。,7.3施密特觸發(fā)器

12、,,7.4多諧振蕩器,多諧振蕩器是一種自激振蕩器,在接通電源后,不需要外加觸發(fā)信號(hào),能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量,故稱它為多諧振蕩器,又稱方波發(fā)生器。 一、對(duì)稱多諧振蕩器 1.由CMOS六反相器CC4009UB構(gòu)成的多諧振蕩器,如圖所示。圖中兩個(gè)反相器之間經(jīng)C1和C2耦合形成正反饋回路。合理選擇RF1和RF2使G1、G2工作在傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū),這時(shí),G1和G2都工作在放大區(qū)。由于G1、G2的外電路對(duì)稱,因此,又稱其為電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器。,電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器,7.4多諧振蕩器,2.工作過程電路的工作波形如圖所示。,電容反饋式對(duì)稱多諧振蕩器的工作波形,7.4

13、多諧振蕩器,3.振蕩周期的計(jì)算: 取RF1=RF2=RF,C1=C2=C, UTH=1.4V,UOH=3.6V, UOL=0.3V,則: T=2tw1.4RFC 二、環(huán)形振蕩器 由三個(gè)非門構(gòu)成的環(huán)形振蕩器(即方波發(fā)生器)如圖所示。,7.4多諧振蕩器,三、石英晶體多諧振蕩器,石英晶體的等效電路、電路符號(hào)、阻抗頻率特性分別如圖(a)(b)(c)所示。,7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用,一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能: 盡管555定時(shí)器產(chǎn)品的型號(hào)繁多, 但它們的電路結(jié)構(gòu)、功能及外部引腳排列都是基本相同的。在Philips公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的結(jié)

14、構(gòu)圖中, 它主要由三個(gè)阻值為5 k的電阻組成的分壓器、 兩個(gè)高精度的電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器以及一個(gè)作為放電通路的晶體三極管V組成。為了提高電路的驅(qū)動(dòng)能力, 在輸出級(jí)又增加了一個(gè)非門G。 在結(jié)構(gòu)圖中,引腳旁的數(shù)字為8引腳封裝的555定時(shí)器產(chǎn)品的引腳編號(hào)。,7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用,,7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用,二、555時(shí)基集成電路的分類 555時(shí)基集成電路按內(nèi)部元件分類,可分為TTL型555(電源電壓為4.5V5V)和CMOS型555(電源電壓為2V18V)兩大類,按芯片內(nèi)包含的定時(shí)器的個(gè)數(shù)可分為單時(shí)基定時(shí)器555和雙時(shí)基定時(shí)器556兩種類型。按封裝分類又可分為8腳T099

15、型,8腳雙列直插型和14腳雙列直插型三種.,8腳TO99型,8腳雙列直插型,556雙進(jìn)基電路的封裝,7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用,三. 555時(shí)基集成電路的功能 無論是日立公司產(chǎn)的HA17555(日本),莫托羅拉(美國)公司產(chǎn)的MCI555,還是上海無線電十四廠產(chǎn)的CH7555/GH7556,其功能表均如表所示。,555時(shí)基集成芯片功能表,7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用,定時(shí)器555芯片是一種用途廣泛的多功能集成電路,只需要外接少量的R、C元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等。由于555定時(shí)器有較好的帶負(fù)載能力,使用方便靈活,因此,獲得廣泛的應(yīng)用如下表所示。,7.5 555定時(shí)

16、器及其應(yīng)用,,,小 結(jié),數(shù)字系統(tǒng)中所需要的脈沖信號(hào),一是由脈沖發(fā)生器直接產(chǎn)生,二是通過整形電路將已有的周期性波形變換成矩形波。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器是脈沖產(chǎn)生與變換中的常用三種電路。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的顯著特點(diǎn)是:在無外加信號(hào)時(shí),它工作于穩(wěn)態(tài),只是在觸發(fā)脈沖信號(hào)作用下才由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。經(jīng)過一段時(shí)間后,它又自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度(即暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)由電路定時(shí)參數(shù)R、C決定,而與輸入觸發(fā)信號(hào)無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用脈沖整形(對(duì)脈沖信號(hào)的寬度、幅度進(jìn)行變換)、定時(shí)與延時(shí)。 多諧振蕩器不需要外加輸入信號(hào),只要接通電源就能自行產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào),其輸出脈沖頻率由電路參數(shù)R、C決定,在要求脈沖頻率穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。 施密特觸發(fā)器輸出有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。輸入信號(hào)上升到上限閾值UT+時(shí),輸出從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一穩(wěn)態(tài),下降到下限閾值UT-時(shí),輸出又轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)。上、下閾值不同,具有回差電壓UT。,

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