1、第十七章 脈沖波形的產生與變換17.117.217.3單穩態觸發器多諧振蕩器概述17.4施密特觸發器17.5555定時器及應用15.1 概述p 脈沖數字電路脈沖數字電路 數字電路又稱為脈沖數字電路。 數字電路區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。 數字電路中的時鐘脈沖、控制信號等是由脈沖發生器產生的。本章介紹幾種脈沖發生和脈沖變換電路。17.1 概述p 脈沖數字電路脈沖數字電路17.1 概述p 脈沖數字電路脈沖數字電路 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生17.1 概述p 脈沖電路分析脈沖電路分析脈沖電路與數字電路的比較：脈沖電路側重波形波形，數字電路側重邏輯關系邏輯關系。數字電路的信號波形也是一種脈沖波形。脈沖電路：能產生和變換脈沖波形的數字電路。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電路破壞電路的穩態，破壞電路的穩態，產生暫態。產生暫態?？刂茣悍€態時控制暫穩態時間的

3、長短。間的長短。單穩態電路（單穩態觸發器）多諧振蕩（無穩態）電路施密特電路（施密特觸發器）RCRC電路暫態方程：電路暫態方程：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.求穩態值。Uc () = (10-6)V= 4 4V 3.求時間常數。 = 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 單穩態觸發器p 單穩態觸發器的特點單穩態觸發器的特點 電路有一個穩態、一個暫穩態； 在外來觸發脈沖作用下，電路由穩態轉到暫穩態；暫穩態維持一段時間后，電路會自動返回穩態。 暫穩態維持時間的長短取決于電路本身的參數，與觸發脈沖的寬度和幅度無關。17.2 單穩態觸發器穩定狀態穩定狀態著重理解 : 為什么電路可以自動返回穩態 ? 在“暫穩態”上停留的時間有多長? 該時間由什么決定?p 單穩態觸發器的特點單穩態觸發器

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

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

7、高電平，并使輸出返回 uo =0 的狀態。 同時，電容C進行放電 電路進入到穩定狀態17.2 單穩態觸發器p 微分型單穩態觸發器微分型單穩態觸發器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotudotuo1o17.2 單穩態觸發器p 微分型單穩態觸發器微分型單穩態觸發器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotui2otuoo17.2 單穩態觸發器p 積分型單穩態觸發器積分型單穩態觸發器1&Ruo1Cuoui優點：抗干擾能力強穩態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，觸發器處于穩定狀態充電結束，觸發器處于穩定狀態當觸

8、發脈沖 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態由于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連接表示不屬于邏輯狀態連接下降沿觸發輸入下降沿觸發輸入上升沿觸發輸入上升沿觸發輸入非重復觸發非重復觸發外接定時外接定時電阻、電容電阻、電容VCC內接接定時電阻引出端內接接定時電阻引出端17.2 單穩態觸發器p 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用定時應用定時應用17.2 單穩態觸發器p 單穩態觸發器的應用單穩

9、態觸發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態無穩態觸發器，接通電源后，不需觸發器，接通電源后，不需外加觸發信號，就能產生矩形波輸出。外加觸發信號，就能產生矩形波輸出。 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。 觸發器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器觸發器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產生的。產生的。 多諧振蕩器 VCC17.3 多諧振蕩器p 概述概述 開關電路延時環節開關器件：產生高、低電平； 多諧振蕩器電路的構成反饋延遲環節：利用RC電路的充放電特性實現延時，將輸出電壓恰當地反饋給開關器

10、件使之改變輸出狀態，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：反饋延遲環節：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為：uo1 = 1， uo2 = 0 第一暫穩態第一暫穩態 ui uo1 uo2 當 ui 升高時升高時， 且且ui UTH 時：時： uo1 = 0， uo2 = 1 第二暫穩態第二暫穩態ui 經經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字系統的基準信號。為獲得穩定的振

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 施密特觸發器p 概述概述施密特觸發器是一種雙穩態觸發器。其特點是：屬于電平觸發,當輸入信號達到一定電壓值時,輸出電壓會發生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不同的閾值電平；VT-VT+VOVIVOLVOH施密特觸發器的電壓傳輸特性17.4 施密特觸發器p 概述概述施密特觸發器是一種雙穩態觸發器。其特點是：屬于電平觸發,當輸入信號達到一定電壓值時,輸出電壓會發生突變，

12、輸入信號增加和減少時，電路有不同的閾值電平；在電路狀態轉換時，通過電路內部的正反饋過程，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 施密特觸發器p 門電路構成施密特觸發器門電路構成施密特觸發器&A AB B1uitoui0.71.4當 ui = 0 時時S=1，R=0，觸發器置，觸發器置 0第一穩態第一穩態當 ui 升高且升高且ui 1.4 V 時時S=0，R=1，觸發器置，觸發器置 117.4 施密特觸發器p 門電路構成施密特觸發器門電路構成施密特觸發器toui0.71.4&A AB B1ui返回第一穩態返回第一穩態此時 ui

13、下降下降，當當ui 0.7V 時時維持維持R=1，觸發器狀態不變，觸發器狀態不變R端口電壓大于端口電壓大于1.4VS=1，R=0，觸發器置，觸發器置 0當 ui 0.7 V 時時17.4 施密特觸發器toui0.71.4p 門電路構成施密特觸發器門電路構成施密特觸發器工作波形圖工作波形圖touoVDD17.4 施密特觸發器p 集成思密特觸發器集成思密特觸發器17.4 施密特觸發器p 思密特觸發器的應用思密特觸發器的應用 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系統要求的脈沖系統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 施密特觸發器 構成多諧振蕩器p 思密特觸發器的應用思密特觸發器的應用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字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成單穩態觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器及其它實用電路。 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輸入觸發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觸發器觸發器緩沖緩沖輸出輸出p 555555定時器實現單穩態觸發器定時器實現單穩態觸發器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現施密特觸發器定時器實現施密特觸發器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現多諧振蕩器定時器實現多諧振蕩器17.5 555定時器及應用p 555555定時器實現多諧振蕩器定時器實現多諧振蕩器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