1、正版可修改PPT課件(中職）電子技術基礎第九章教學課件第九章數字電路在脈沖電路中的應用第一節 脈沖的基本概念第二節 施密特電路第三節 單穩態電路第四節 多諧振蕩器第五節 555時基電路及應用第一節 脈沖的基本概念一、什么叫脈沖 “脈沖”從字面意義上是指脈動和持續時間短促的意思。在本書中我們對電路中的脈沖（電脈沖）進行討論，電脈沖通常是指非正弦規律變化的電壓或電流，它有變化不連續、跳變的特征，在現代電子技術中有廣泛的應用，常見的脈沖有矩形波、方波、尖脈沖、三角波、階梯波、鋸齒波等，如圖9-1所示。二、脈沖的主要參數在脈沖技術中，最常應用的是矩形脈沖波，如圖9-2所示。以下僅以矩形脈沖為例，介紹主

2、要的脈沖參數。脈沖幅度表示脈沖強弱，在數值上等于脈沖電壓變化的最大值。下-頁 返回第一節 脈沖的基本概念脈沖前沿指脈沖幅度從0.1Um上升到0.9Um時所需的時間，它表征脈沖幅度上升的快慢。脈沖后沿指脈沖幅度從0.9Um下降到0.1Um時所需的時間，它表征幅度下降的快慢。脈沖寬度(。)指脈沖持續時間為有效寬度，它是脈沖前后沿的幅度各為0.5 Um間的時間。脈沖周期(T)指周期性重復的脈沖信號中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。 三、RC充放電規律 圖9-3是RC充放電實驗電路。當開關S由“2”轉向“1”時，電源E要對電容C充電，充電時間的長短和充電電流的大小與上-頁 下-頁 返回第一節 脈沖的基本

3、概念 R、C的參數有關。由于電容的非線性特性，所以流過電容的電流、電壓的變化也不是線性的。實驗研究發現，電容充放電規律變化的快慢與時間常數(RC)有關，所謂時間常數即R與C的乘積，用表示。實驗與計算都表明，越小充電越快，放電也快，越大則充電慢，放電也慢。四、兩種RC波形變換電路在脈沖技術中，常需要對脈沖進行變換，這就需要對波形進行變換，下面介紹在脈沖中常用到的兩種RC波形變換電路。1RC積分電路積分電路結構。上-頁 下-頁 返回第一節 脈沖的基本概念積分電路的條件為工作特點。由積分電路的波形可知，積分電路的輸出脈沖反映了輸入脈沖的穩定部分，輸出電壓不受輸入電壓躍變的影響。這與微分電路正好相反，

4、即積分電路對脈沖信號起到“突出恒定量，壓低變化量”的作用。 2RC微分電路電路結構。電路如圖9-8所示。上-頁 下-頁 返回第一節 脈沖的基本概念電路的工作特點。由微分電路的工作波形可知，微分電路的輸出脈沖反映了輸入脈沖的變化成分；當輸入脈沖跳變時，輸出幅度最大；輸入電壓不變時，輸出電壓很小。即微分電路能對脈沖信號起到“突出變化量，壓低恒定量”的作用。上-頁 返回第二節 施密特電路一、施密特基本電路基本電路如圖9 -10所示，它是由兩級直流放大器構成的，且射極接有電阻RA。1工作原理當ui為低電平時，電路參數使VT1截止VT2飽和，這是一種穩定狀態，此時輸出電壓為一較小電壓，故輸出低電平uoL

5、。這種狀態不變，因而從輸入輸出波形看，在0 UT+段輸出狀態是不變化的。下-頁 返回第二節 施密特電路當ui上升到達UT+時， ui使VT1飽和導通，由于它飽和導通，VT2得不到開通電壓而截止，故輸出為高電平。通常定義UT+為正向閥電壓，當ui大于正向閥電壓時，電路狀態也是不變的。當ui下降至某一值uT-時，VT1退出飽和向截止發展，而VT2則由截止向飽和發展，形成脈沖的后沿，回到以前那個狀態。2電壓傳輸特性由前面的討論可看到： ui只有升至大于或等于UT+時，電路才發生狀態翻轉（即一種是VT1截止VT2飽和，另一種是VT1飽和VT2截止）；而ui下降時，只有ui小于或等于uT-時才能發生狀態

6、翻轉。上-頁 下-頁 返回第二節 施密特電路 二、兩種集成施密特觸發器集成施密特觸發器性能穩定，應用廣泛，其主要產品有施密特觸發的反相器（簡稱施密特反相器）和施密特觸發的其他門電路。(1)施密特反相器TTL和CMOS產品系列中均有施密特反相器，例如TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為施密特觸發的六反相器。(2)施密特觸發與非門電路為了對輸入波形進行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發的形式。例如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發的與非門電路。上-頁 返回第三節 單穩態電路一、集成單穩態觸發器由于單穩態觸發器在數字系統中的應用日益廣泛，目前已把它作為一個標準

7、器件，制成中規模集成電路。 1電路組成及工作原理74121集成單穩態觸發器的結構如圖9 -17所示。由觸發輸入、窄脈沖形成、基本單穩態觸發器和輸出級4部分組成。靜態時（即Z點沒有產生上跳沿）電路處于穩定狀態：Q =0、Q=1。如設電路在隨機時Q =1，則由于電路內部反饋，迅速使Q端回復到“0”。下-頁 返回第三節 單穩態電路當Z點產生由“0”至“1”的正跳變時，Gs輸出也產生正跳變，使電路由穩態翻轉到暫穩態：Q =1，Q=O。Q為“0”，又使RS觸發器的G3輸出為“0”，從而使G5輸出為一窄脈沖。2觸發與定時(1)觸發方式。74121集成單穩態觸發器有3個觸發輸入端，在下述情況下，電路可由穩態

8、翻轉到暫穩態：若兩個A輸入中有一個或兩個為低電平，B發生由“0”到“1”的正跳變。若A，B全為高電平，A輸入中有一個或兩個產生由“1”到“0”的負跳變。上-頁 下-頁 返回第三節 單穩態電路(2)定時。單穩態電路的定時取決于定時電阻和定時電容的數值。74121的定時電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈沖寬度較寬，而采用電解電容時，電容C的正極接在Gext輸入端（10腳）。對于定時電阻，使用者可以有兩種選擇。利用內部定時電阻，此時將9號引腳接至電源Vcc（14腳）。采用外接定時電阻，此時9腳應懸空，電阻接在11、14腳之間。常用的集成單穩態觸發器屬TTL型的有T1123 (74123)，

9、屬CMOS型的有CC14528。上-頁 下-頁 返回第三節 單穩態電路二. 微分型單穩態觸發器1電路組成及工作原理微分型單穩態觸發器可由與非門或或非門構成，如圖9-18 (a)、圖9-18 (b)所示分別為由與非門和或非門構成的單穩態觸發器。與基本RS觸發器不同，構成單穩態觸發器的兩個反相門是由RC耦合的，由于RC接成微分電路的形式，故稱為微分型單穩態觸發器。為了討論方便，假定門電路的電壓傳輸特性曲線為理想化的折線，即開門電平UON和關門電平UOFF相等，這個理想化的開門電平或關門電平稱為門檻電平（或閾值電平），記為UTH。上-頁 下-頁 返回第三節 單穩態電路穩態。沒有觸發信號時，u1為低電

10、平。外加觸發信號，電路由穩態翻轉到暫穩態。由暫穩態自動返回穩態。最后使電路退出暫穩態。暫穩態結束后，電容將通過電阻R放電，使C上的電壓恢復到穩定狀態時的初始值。 2主要參數的計算(1)輸出脈沖寬度Tw輸出脈沖寬度Tw也就是暫穩態的維持時間，可以根據uR的波形進行計算。上-頁 下-頁 返回第三節 單穩態電路根據RC電路的瞬態過程可得到：(2)恢復時間tm暫穩態結束后，還需要一段恢復時間，以使電容C在暫穩態期間所充的電荷放完，使電路恢復到初始狀態。(3)最高T作頻率fmax設觸發信號V1的時間間隔為T，為了使單穩態電路能正常地T作，應滿足T Tw +tre的條件，即最小時間間隔Tmin= Tw +

11、tre 。上-頁 下-頁 返回第三節 單穩態電路 3討論如圖9-19所示，在暫穩態結束瞬間，門G2的的輸入電壓u0達到VDD+UTH，這么高的輸入電壓有可能損壞MOS門。當輸入u1的脈沖寬度Tpi Tw時，則在u02變為低電平后，G1沒有響應，不能形成前述的正反饋過程，使u02的輸出邊沿變緩。若采用TTL與非門構成如圖9-18 (a)所示的單穩態電路時，由于TTL門存在輸入電流，因此，為了保證穩態時G2的輸入為低電平，電阻R要小于0. 7k。上-頁 返回第四節 多諧振蕩器一、基本型多諧振蕩器1基本電路基本型多諧振蕩器的電路如圖9 -24所示。這是一個與非門與一個反相器及電阻電容構成的振蕩電路，

12、如果不要控制端，則用兩個反相器即可，電路十分簡單。2工作原理控制端u0=0時，A門被封鎖，振蕩器不工作，停振；uk=1時，A門打開，電路工作。3振蕩頻率下-頁 返回第四節 多諧振蕩器二. 施密特多諧振蕩器1.電路形式這種多諧振蕩器的電路是非常簡單的，除施密特觸發器外，只用了R，C兩個元件，改變電容C的大小，可以很方便地改變振蕩頻率。 2工作原理當輸出信號為高電平時，電容C被充電，輸入端的電平逐漸上升，一旦達到uT+時，施密特觸發器的輸出跳變為低電平，電容C開始放電；當電容電壓（施密特觸發器輸入電壓）下降到uT-時，施密特觸發器的輸出跳變為高電平。這樣周而復始形成振蕩。上-頁 下-頁 返回第四節

13、 多諧振蕩器 三、帶有RC電路的環形多諧振蕩器1基本電路這個電路是由非門和與非門組成的，如果不要控制端，A門也可用非門。2工作原理控制端uk=0時，A門被封鎖，電路不振蕩；uk=1時，電路工作。在u1= u0=0時，電路又進入另一個暫穩態3振蕩頻率的計算上-頁 返回第五節 555時基電路及應用555時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結合在一起的中規模集成電路，電路功能靈活、適用范圍廣，只要外部配上2、3個阻容元件，就可以構成單穩、多諧式施密特電路，因而在定時、檢測、控制、報警等方面有廣泛的應用。 一、555定時器電路 定時器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制：RS觸發器和放電三極管V

14、T1的狀態。當比較器的觸發輸入電壓u2 Vcc/3時，放電三級管VT1截止。而當比較器C，的閾值輸入端電位高于2Vcc/3（比較器C的參考電壓）時，C輸出為“1”，觸發器又被復位，且放電三極管VT1導通。下-頁 返回第五節 555時基電路及應用上述討論沒有涉及電壓控制端（即5腳懸空），因而比較器C1、C2的參考電壓分別為2Vcc/3和Vcc/3。二、定時器應用舉例1施密特觸發器將555定時器的閾值輸入端連在一起，便構成了施密特觸發器。如果在555定時器的放電端（7腳）外接一電阻，并與另一電源VCC2相連，則由u02輸出的信號可實現電平轉換。2單穩態觸發器電源接通瞬間，電路有一個穩定的過程，即電

15、源通過電阻R上-頁 下-頁 返回第五節 555時基電路及應用 向電容C充電，當uc上升到2Vcc/3時，觸發器復位， uc為低電平，放電三極管VT1導通，電容C放電，電路進入穩定狀態。若觸發輸入端施加觸發信號，觸發器發生翻轉，電路進入暫穩態，輸出為“1”，且三極管VT1截止。這種電路產生的脈沖寬度可從幾個微秒到數分鐘，精度可達0. 1%。然而在某些情況下，要求單穩電路具有可重復觸發的特性，即在電路的暫穩態期間內，加入新的觸發脈沖，電路的暫穩態將延續，直至觸發脈沖的間隔超過單穩輸出脈寬Tw，電路才返回至穩定狀態上-頁 下-頁 返回第五節 555時基電路及應用如果在電壓控制端施加一個變化電壓，則由555構成的單穩電路可作為脈沖寬度調制器，如圖9-33所示。當控制電壓升高時，電路的閾值電平也升高，輸出的脈沖寬度隨之增加；而當控制電壓降低時，電路的閾值電平也降低，單穩的輸出脈寬則隨之減小。 3多諧振蕩器由555定時器構成的多諧振蕩器如圖9-34 (a)所示，其工作波形如圖9-34 (b)所示。當uc上升到2Vcc/3時，觸發器又發生翻轉，如此周而復始，在輸出就得到一個周期性的方波，其頻率為上-頁 下-頁 返回第五節 555時基