1、第第6章章 脈沖信號的產(chǎn)生和整形脈沖信號的產(chǎn)生和整形 數(shù)字電路常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡數(shù)字電路常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的峭邊沿的脈沖信號脈沖信號，如觸發(fā)器就需要，如觸發(fā)器就需要時鐘脈沖（時鐘脈沖（CP）。脈沖信號產(chǎn)生要用脈沖信號產(chǎn)生要用多諧振蕩器多諧振蕩器。 本章將介紹常用的本章將介紹常用的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和多諧振蕩器多諧振蕩器，同時介紹一種多用途的定時電路，同時介紹一種多用途的定時電路555定時器定時器。 獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：直接獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：直接產(chǎn)生產(chǎn)生； 利用已有信號利用已有信號整形整形或

2、或變換變換得到。得到。 脈沖信號整形則要用脈沖信號整形則要用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器1.脈沖信號的定義脈沖信號的定義（不對稱方波）（不對稱方波） 三角波：三角波： 鋸齒波：鋸齒波： 按非正弦規(guī)律變化的信號均可稱脈沖信號。按非正弦規(guī)律變化的信號均可稱脈沖信號。 方波：方波：（對稱方波）（對稱方波）2.脈沖信號的參數(shù)脈沖信號的參數(shù) q=TW/T 占空比占空比TwTVmv0tT 脈沖周期脈沖周期 f=1/T 頻率頻率Tw 脈沖寬度脈沖寬度Vm 幅值幅值2.施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器特點：特點：（1）輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號）；）輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號）； （2

3、）輸入采用電平觸發(fā)）輸入采用電平觸發(fā);（3）對于正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閾值）對于正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閾值電平（電平（VT+和和VT-）。）。1. 什么是什么是施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器？ 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。 3. 邏輯符號邏輯符號同相傳輸同相傳輸反相傳輸反相傳輸4.施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性5.施密特觸發(fā)器與電壓比較器施密特觸發(fā)器與電壓比較器G1、G2為為CMOS門電路。電路中門電路。電路中R1R2 。1.電路構(gòu)成電路構(gòu)成2.工作原理分析工作原理分析（1） 當當vI=0V時，

4、時，vO1 VDD ， vO 0V， vI 0V； 0 01 10 00 0 思考：思考：為什么要求為什么要求R1R2？（2）當）當vI升高時，升高時，vI 也升高。當也升高。當vI 達到達到1/2VDD時，時，G1、G2輸出狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此時對應的輸出狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此時對應的vI值稱為值稱為VT+。（3）當當vI大大于于VT+時，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：時，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：vO1 0V ，vO VDD 。 DD221TI21VRRRVv)(21DDT121RRVVVT+=VDD/200110 01 10 00 0（4）當）當vI由高變低時，由高變低時，vI 也由高變低。當也由高變低。當vI

5、1/2VDD時時，電路又將發(fā)生轉(zhuǎn)換。此時對應的，電路又將發(fā)生轉(zhuǎn)換。此時對應的vI稱為稱為VT- -。（5）當當vI小于小于VT- -時，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：時，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：vO1 VDD ，vO 0V。 DD-T211-TDDI21VVRRRVVv)()(21DD-T121RRVV0 01 11100VT- -=1/2VDD3.工作波形工作波形vIVT+VT-0t0tvO10tvO1.用于用于脈沖整形脈沖整形2.用于用于脈沖鑒幅脈沖鑒幅3.用于用于構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器4.用于用于溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)實際溫控波形實際溫控波形方案一：采用電壓比較器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)方案一：采用電壓比較器構(gòu)

6、成的溫度控制系統(tǒng) 方案二：方案二：采用采用施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)實際溫控波形實際溫控波形 試舉出施密特觸發(fā)器其他應用實例，并試舉出施密特觸發(fā)器其他應用實例，并盡可能說明其原理。盡可能說明其原理。 有兩種狀態(tài)：有兩種狀態(tài)：0 0態(tài)和態(tài)和1 1態(tài)，但只有一種狀態(tài)能長久保持，態(tài)，但只有一種狀態(tài)能長久保持，故名單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。故名單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 例子例子樓道燈控制系統(tǒng)樓道燈控制系統(tǒng) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點： （1 1）有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)；）有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)； （2 2）平時處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進入）平時處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)

7、脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進入 暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)； （3 3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時間后自動回到穩(wěn)態(tài)。）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時間后自動回到穩(wěn)態(tài)。 1.什么是什么是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要有兩類：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要有兩類：（1 1）微分型微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（2 2）積分型積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路門電路+RC微分電路微分電路微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 G1、G2為為CMOS或非門，或非門，vO1、vO分別為分別為G1、G2的輸出的輸出，vI2為為G2輸入。輸入。 1.電路組成電路組成RC微微分電路分電路觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖（1 1）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)

8、觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)為觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)為 vO1 VDD，vO 0V。此時，電容。此時，電容兩端的電壓相等，無充放電。兩端的電壓相等，無充放電。2.工作原理分析工作原理分析 穩(wěn)態(tài)時，無觸發(fā)脈沖輸入，穩(wěn)態(tài)時，無觸發(fā)脈沖輸入，vI 為低電平，為低電平，C 沒有充放電沒有充放電，相當于斷開。，相當于斷開。0 01 10 00 01 1作用：改善作用：改善vO1、 vO邊沿。邊沿。 1 11 10 00 01 1暫穩(wěn)態(tài)：暫穩(wěn)態(tài)：vO1 0V，vO VDD（2）當）當vI 加一正脈沖時，由穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)。加一正脈沖時，由穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)。這里有一正反饋現(xiàn)象：這里有一正反饋現(xiàn)象：0 01 10 00 01 1vIvO1

9、vI2vO（3） 暫穩(wěn)態(tài)自動回到穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)自動回到穩(wěn)態(tài) 作用：改善作用：改善vO1、 vO邊沿。邊沿。 隨著隨著VDD通過電阻向電容通過電阻向電容C的充電，的充電，vI2逐漸上升，當逐漸上升，當vI2 上升到上升到VDD/2時，時，vO 0V ，vO1 VDD ，電路回到穩(wěn)態(tài)。，電路回到穩(wěn)態(tài)。 正反饋現(xiàn)象：正反饋現(xiàn)象： 0 01 10 0VT0 00 01 11 10 0vO1vI2vO3.工作波形分析工作波形分析 VTIvt0I2vt0Ovt0O1vt0（1）暫穩(wěn)態(tài)維持時間）暫穩(wěn)態(tài)維持時間Tw 電容電容C充電電壓方程：充電電壓方程：4. 參數(shù)計算參數(shù)計算 teVVVtv)0()()()(CC

10、CC將將VC（0）0V，VC（）VDD，=RC 代入上式得代入上式得 ：)1 ()(DDCRCteVtv當當vC（t）=VT=1/2VDD時，時，t=T w，代入上式可求得，代入上式可求得 ：RCRCT0.7ln2wVTTwTre（2）恢復時間恢復時間TreTre（35）RC （3）最高工作頻率最高工作頻率fmaxTd=Tw+Trefmax= dT1 在暫穩(wěn)態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間Tw和恢復時間和恢復時間Tre內(nèi)，電路不得響應觸發(fā)信內(nèi)，電路不得響應觸發(fā)信號。因此，號。因此，2個觸發(fā)信號之間的最小時間間隔為：個觸發(fā)信號之間的最小時間間隔為：5. 思考題思考題 （1）若觸發(fā)脈沖寬度大于）若觸發(fā)脈沖寬度大

11、于Tw時，電路能否正常工作？時，電路能否正常工作？如何解決？如何解決？ （2）下圖中穩(wěn)態(tài)時）下圖中穩(wěn)態(tài)時a、b、d、e各點的電位如何？各點的電位如何？ 控制電路用于產(chǎn)生窄脈沖。當輸入滿足以下條件時，控制電路用于產(chǎn)生窄脈沖。當輸入滿足以下條件時，控制電路產(chǎn)生窄脈沖：控制電路產(chǎn)生窄脈沖：（1 1）若）若A1、A2中至少有一個為中至少有一個為0 0時，時，B由由0101；1.74LS121的原理框圖的原理框圖微分型單穩(wěn)微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)觸發(fā)器輸出緩沖輸出緩沖（2 2）若）若B=1，A1、A2中至少有一個由中至少有一個由1010。 2.74LS121的功能表的功能表3.74LS121內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邏輯符

12、號內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邏輯符號 4.兩種不同接法兩種不同接法正脈沖觸發(fā)負脈沖觸發(fā)1.用于整形用于整形2.用于定時用于定時樓道燈延時開關(guān)樓道燈延時開關(guān) 多諧振蕩器就是方波發(fā)生器。由于方波中除基波外多諧振蕩器就是方波發(fā)生器。由于方波中除基波外還包含了許多高次諧波，因此，又稱為多諧振蕩器。還包含了許多高次諧波，因此，又稱為多諧振蕩器。1.什么是什么是多諧振蕩器多諧振蕩器？ 多諧振蕩器不需要外加信號，只要一上電就會產(chǎn)生多諧振蕩器不需要外加信號，只要一上電就會產(chǎn)生方波信號。方波信號。 2.電路組成及工作原理電路組成及工作原理（1） 設電路的初態(tài)為設電路的初態(tài)為vO1=1, vO2=0，這種狀態(tài)下不可能持，這種狀態(tài)

13、下不可能持久維持；久維持；1 10 00 01 1（2）通過）通過vO1RCvO2向向C充電，使充電，使vI1不斷上升；不斷上升；（3）當）當vI1VT時，時，G1輸出低電平，輸出低電平，G2輸出高電平，即輸出高電平，即vO1=0， vO2=1。此時使。此時使vI1=VT+VDD3.工作原理工作原理（4） vO1=0， vO2=1這個狀態(tài)也不能持久；這個狀態(tài)也不能持久； 1 10 00 01 1（5）通過）通過vO2CRvO1對電容對電容C反向充電，反向充電，vI1逐步減少；逐步減少；（6）當）當vI1VDD/2時，時，G1輸出高電平，輸出高電平， G2輸出低電平，即又輸出低電平，即又回到回到

14、vO1=1，vO2=0的狀態(tài)。的狀態(tài)。 （7）周而復始產(chǎn)生方波。）周而復始產(chǎn)生方波。 4.工作波形工作波形T1、T2的計算公式推導參考教材的計算公式推導參考教材P2461.石英晶體石英晶體振蕩器振蕩器（1） 石英晶體石英晶體的等效電路的等效電路（2） 石英晶體石英晶體振蕩器原理圖振蕩器原理圖1. 7555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號基本基本SR鎖存器鎖存器比較器比較器2VDD/3VDD/32.555定時器的功能表定時器的功能表+C1R2VDD/3vI1 +C2SVDD/3vI2 截截 止止111VDD /32 VDD /3 1不不 變變不不 變變00VDD /32 VD

15、D /3 1導導 通通010VDD /32 VDD /3 1截截 止止101VDD /32 VDD /3 1導導 通通0 0N1狀態(tài)狀態(tài)vORSvI2vI1 RD 輸輸 出出 輸輸 入入 1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)+C1R2VDD/3vI +C2SVDD/3vI 2VDD/3VDD/3vI0tvO0t（1）當）當vIVDD/3時，時， R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）當）當VDD/3 vI2VDD/3時，時， R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）當）當 vI2VDD/3時，時，R=1，S=0，Q=0，vO=0；（4）當）當VDD/3 vI2VDD/3時，時， R=0，S=0，Q=0，vO

16、=0；（5）當）當vIVDD/3時，時， R=0，S=1，Q=1，vO=1；2.原理分析原理分析 3.主要參數(shù)主要參數(shù)1. 閥值電平閥值電平VT+=2VDD/3VT- -=VDD/32. 回差電壓回差電壓= VT+ VT- -=VDD/3思考：如何調(diào)節(jié)閾值電壓？思考：如何調(diào)節(jié)閾值電壓？ 1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)2.工作原理工作原理+C1R2VDD/3vC +C2SVDD/3vC（1）上電時，上電時，vC=0=0，得，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止管截止, ,vO O=1=1。（3）當）當vC 2VDD/3時，時，R=1，S=0，基本，基本SR鎖存器被置鎖存器被置0，Q=0，N1管導通，管導通

17、，vO=0。（2）當）當VDD通過通過R1、R2向向C充充電電，vC 逐漸上升逐漸上升;+C1R2VDD/3vC +C2SVDD/3vC（5）當）當vC下降到下降到vC VDD/3時，時，R=0，S=1，SR 鎖存器置成鎖存器置成1態(tài)，態(tài)，Q=1，T1管截止，管截止， vO=1=1。對電容對電容C充電又重新開始。充電又重新開始。 （4）電容）電容C將通過將通過R2和和N1管管放電放電，vC逐漸下降；逐漸下降；3.工作波形工作波形 4.主要參數(shù)計算主要參數(shù)計算從占空比從占空比q 的表達式可知，占空比始終大于的表達式可知，占空比始終大于50 。通過通過vC的暫態(tài)方程，求得：的暫態(tài)方程，求得： T=

18、T1+T2=0.7(R1+2R2)C 212112RRRRTTq T1=0.7(R1+R2)C T2=0.7R2C 5.占空比任意可調(diào)的占空比任意可調(diào)的多諧振蕩器多諧振蕩器 T1=0.7R1C T2=0.7R2C 6.思考題思考題如圖所示是一個由如圖所示是一個由555定時器構(gòu)成的防盜報警電路，定時器構(gòu)成的防盜報警電路，a、b兩端被一細銅絲接通，此銅絲置于盜竊者必經(jīng)兩端被一細銅絲接通，此銅絲置于盜竊者必經(jīng)之路，當盜竊者闖入室內(nèi)將銅絲碰斷后，揚聲器即之路，當盜竊者闖入室內(nèi)將銅絲碰斷后，揚聲器即發(fā)出報警聲。說明本報警電路的工作原理。發(fā)出報警聲。說明本報警電路的工作原理。1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)最后又回最后又回vO=0=0V 。 10導通導通2.工作原理分析工作原理分析 接通電源時接通電源時R=0,S=0； 假設假設SR鎖存器初態(tài)為鎖存器初態(tài)為1； 假設假設SR鎖存器鎖存器初態(tài)為初態(tài)為0； 結(jié)論：接通電源后，不管起始狀態(tài)如何，最終觸發(fā)器處結(jié)論：接通電源后，不管起始狀態(tài)如何，最終觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)于穩(wěn)態(tài) vO=0。 010001截止截止2VDD/3101導通導通0000（1）什么是什么是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)？