第16章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換

1、第十七章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換17.117.217.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器概述17.4施密特觸發(fā)器17.5555定時器及應用15.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路 數(shù)字電路又稱為脈沖數(shù)字電路。 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。 數(shù)字電路中的時鐘脈沖、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。17.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路17.1 概述p 脈沖數(shù)字電路脈沖數(shù)字電路 脈沖幅度：脈沖的高低電平之差，反映脈沖信號的大小 脈寬tw：脈沖起始和終止時刻之間的時間間隔 重復周期T：相鄰兩個脈沖對應點之間的時間間隔 占空比：脈寬

2、和重復周期的比值 上升時間：脈沖電壓從0.1Um上升到0.9Um所需時間 下降時間：脈沖電壓從0.9Um上升到0.1Um所需時間 重點關注矩形脈沖的產(chǎn)生17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析脈沖電路與數(shù)字電路的比較：脈沖電路側重波形波形，數(shù)字電路側重邏輯關系邏輯關系。數(shù)字電路的信號波形也是一種脈沖波形。脈沖電路：能產(chǎn)生和變換脈沖波形的數(shù)字電路。17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析脈沖電路分類脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖電路作用： 脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖電路構成：脈沖電路構成：開關電路 + RC電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。產(chǎn)生暫態(tài)?？刂茣悍€(wěn)態(tài)時控制暫穩(wěn)態(tài)時間的

3、長短。間的長短。單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路施密特電路（施密特觸發(fā)器）RCRC電路暫態(tài)方程：電路暫態(tài)方程：17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析開關初始位置為2，電路穩(wěn)定后，在t=0時，開關由位置2轉換到1，畫出電容兩端電壓波形。12SR10KC100pF10V6V+- -uc1.求初始值。t=0 以前： Uc (0+ +) = Uc (0- -) = - - 6V 2.求穩(wěn)態(tài)值。Uc () = (10-6)V= 4 4V 3.求時間常數(shù)。 = RC = 110-6 = 1uS1uS Uc (t) = Uc ()+Uc (0+ +) - Uc () e -t/ = (4

4、-10 e t ) V 17.1 概述p 微分電路微分電路uO = RC duidttui0tuo017.1 概述p 積分電路積分電路uO = ui dt RC1tui0tuo017.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點 電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)； 在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路會自動返回穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)著重理解 : 為什么電路可以自動返回穩(wěn)態(tài) ? 在“暫穩(wěn)態(tài)”上停留的時間有多長? 該時間由什么決定?p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

5、的特點由外界觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)自動返回17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是通過RC電路的充放電過程來維持的。 根據(jù)RC電路的不同接法單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為： 微分型微分型和積分型積分型兩大類。17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似認為：近似認為：穩(wěn)態(tài)ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上沒有電壓上沒有電壓 當觸發(fā)脈沖 ui 加到輸入端時：當 ud uo1 ui2 uo 進入暫穩(wěn)態(tài)17

6、.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似認為：近似認為：穩(wěn)態(tài)ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上沒有電壓上沒有電壓 當觸發(fā)脈沖 ui 加到輸入端時：當 ui2 uo uo1 進入暫穩(wěn)態(tài)此時，電容C開始充電。當 ui2 = UTH ， ud UTH時：時： 17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2 如果觸發(fā)脈沖消失( ud =0), uo1, ui2 迅速跳變?yōu)?/p>

7、高電平，并使輸出返回 uo =0 的狀態(tài)。 同時，電容C進行放電 電路進入到穩(wěn)定狀態(tài)17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotudotuo1o17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotui2otuoo17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1&Ruo1Cuoui優(yōu)點：抗干擾能力強穩(wěn)態(tài)ui = 0 uo1 , uo 輸出均為高電平輸出均為高電平電容電容C充電結束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)充電結束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)當觸

8、發(fā)脈沖 ui (高電平高電平)加到輸入端時：uo1 ，uo 輸出均為低電平輸出均為低電平進入暫穩(wěn)態(tài)由于C兩端為高電平，非門輸出端為低電平，電容C通過電阻和非門進行放電。當uC1 &QQTRA1TRA2TR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 表示不屬于邏輯狀態(tài)連接表示不屬于邏輯狀態(tài)連接下降沿觸發(fā)輸入下降沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入非重復觸發(fā)非重復觸發(fā)外接定時外接定時電阻、電容電阻、電容VCC內(nèi)接接定時電阻引出端內(nèi)接接定時電阻引出端17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用定時應用定時應用17.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器p 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)

9、態(tài)觸發(fā)器的應用脈沖展寬脈沖展寬17.3 多諧振蕩器p 概述概述是一種是一種無穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需觸發(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。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。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。 觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。 多諧振蕩器 VCC17.3 多諧振蕩器p 概述概述 開關電路延時環(huán)節(jié)開關器件：產(chǎn)生高、低電平； 多諧振蕩器電路的構成反饋延遲環(huán)節(jié)：利用RC電路的充放電特性實現(xiàn)延時，將輸出電壓恰當?shù)胤答伣o開關器

10、件使之改變輸出狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻率。17.3 多諧振蕩器p 概述概述 電路組成開關器件：反饋延遲環(huán)節(jié)：邏輯門電路邏輯門電路R R、C C 電路電路11RCuiuo2uo1自激多諧振蕩器17.3 多諧振蕩器p 基本原理基本原理11RCuiuo2uo1假設接通電源后的初始狀態(tài)為：uo1 = 1， uo2 = 0 第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài) ui uo1 uo2 當 ui 升高時升高時， 且且ui UTH 時：時： uo1 = 0， uo2 = 1 第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)ui 經(jīng)經(jīng)RC放電放電， 當當ui UTH 時：時： ui uo1 uo2 石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準信號。為獲得穩(wěn)定的振

11、蕩頻率， 可在振蕩電路中串接石英晶體，組成石英晶體振蕩器。石英晶體石英晶體11RFRFCCG1G2uo17.3 多諧振蕩器p 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器17.3 多諧振蕩器p 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器17.4 施密特觸發(fā)器p 概述概述施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其特點是：屬于電平觸發(fā),當輸入信號達到一定電壓值時,輸出電壓會發(fā)生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不同的閾值電平；VT-VT+VOVIVOLVOH施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性17.4 施密特觸發(fā)器p 概述概述施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其特點是：屬于電平觸發(fā),當輸入信號達到一定電壓值時,輸出電壓會發(fā)生突變，

12、輸入信號增加和減少時，電路有不同的閾值電平；在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程，使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。廣泛應用于整形、延時電路。廣泛應用于整形、延時電路。17.4 施密特觸發(fā)器p 門電路構成施密特觸發(fā)器門電路構成施密特觸發(fā)器&A AB B1uitoui0.71.4當 ui = 0 時時S=1，R=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0第一穩(wěn)態(tài)第一穩(wěn)態(tài)當 ui 升高且升高且ui 1.4 V 時時S=0，R=1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 117.4 施密特觸發(fā)器p 門電路構成施密特觸發(fā)器門電路構成施密特觸發(fā)器toui0.71.4&A AB B1ui返回第一穩(wěn)態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)此時 ui

13、下降下降，當當ui 0.7V 時時維持維持R=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，觸發(fā)器狀態(tài)不變R端口電壓大于端口電壓大于1.4VS=1，R=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0當 ui 0.7 V 時時17.4 施密特觸發(fā)器toui0.71.4p 門電路構成施密特觸發(fā)器門電路構成施密特觸發(fā)器工作波形圖工作波形圖touoVDD17.4 施密特觸發(fā)器p 集成思密特觸發(fā)器集成思密特觸發(fā)器17.4 施密特觸發(fā)器p 思密特觸發(fā)器的應用思密特觸發(fā)器的應用 接口電路MOSMOS或或CMOSCMOS1把緩變輸入信號轉換為把緩變輸入信號轉換為TTLTTL系統(tǒng)要求的脈沖系統(tǒng)要求的脈沖正弦波正弦波振蕩器振蕩器1 整形輸入輸入輸出輸出UT+

14、UT17.4 施密特觸發(fā)器 構成多諧振蕩器p 思密特觸發(fā)器的應用思密特觸發(fā)器的應用CuO1RUOHUOLUOH 脈沖鑒幅輸入輸入UTUT+輸出輸出p 概述概述17.5 555定時器及應用 555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器及其它實用電路。 由于使用靈活、方便，555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、信號的測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到廣泛的應用。雙極型雙極型 （TTL）電源電源: 4.5 16V單極型單極型 （CMOS）電源電源: 3 18V帶負載能力強。帶負載能力強。12348765OUTCOTHCCVp 電路構成電路構成17.5 555定時器及應用放電端放電端觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入閾值輸入閾值輸入控制電壓控制電壓接地端接地端分分壓壓比比較較RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器緩沖緩沖輸出輸出p 555555定時器實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現(xiàn)施密特觸發(fā)器定時器實現(xiàn)施密特觸發(fā)器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現(xiàn)多諧振蕩器定時器實現(xiàn)多諧振蕩器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現(xiàn)多諧振蕩器定時器實現(xiàn)多諧振蕩器17.5 555定時器及應用17.5 555定時器及應用p 應用應用p 應用應用17.5 555定時