第10章脈沖波形的產(chǎn)生與變換

10.1概述10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4多諧振蕩器10.2施密特觸發(fā)器10.5555定時(shí)器返回結(jié)束放映7/22/2023110.1概述矩形脈沖信號(hào)的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號(hào)源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形:輸入信號(hào)源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7/22/20232脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比：7/22/20233施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。10.2施密特觸發(fā)器7/22/20234§10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器設(shè)G1、G2閾值電壓VTH≈VDD/2，

R1<R2（否則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài),不能正常工作）0101017/22/20235正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓：ΔVT＝

VT＋－VT－滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過程和下降過程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。

同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器7/22/20236§10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.用于波形變換：7/22/202372.用于脈沖整形：7/22/202383.用于脈沖鑒幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出。7/22/202394.用于構(gòu)成多諧振蕩器：7/22/20231010.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點(diǎn)：1、電路中有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)；2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)至?xí)悍€(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)翻轉(zhuǎn)至穩(wěn)態(tài)；3、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)與觸發(fā)脈沖無關(guān)。7/22/202311§10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因?yàn)殡娐肪哂幸粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)而得名。它由兩個(gè)門電路、一個(gè)RC電路組成。它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過程來維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為微分型和積分型。7/22/202312010101

穩(wěn)態(tài)沒有觸發(fā)器電平時(shí)，vI為低電平，vO為低電平，vO1為高電平。

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7/22/202313

穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài)當(dāng)vI正跳變時(shí)，vO1由高到低，vI2為低電平。于是vO為高電平。即使vI

觸發(fā)器信號(hào)撤除，由于vO的作用，vO1仍可為低電平。110107/22/202314

暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)

暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻R和門G1對(duì)電容C充電，vI2升高，當(dāng)vI2=VTH時(shí)，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最終vO1=1，vO=0。00101脈沖寬度要窄tW=0.69RC7/22/202315積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7/22/202316§10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器tW=0.69RextCextRext取值在2~30k?之間，Cext取值在10pF~10?F之間，得到的tw的范圍可達(dá)20ns~200ns.也可使用內(nèi)部電阻Rint取代外接電阻Rext，以簡(jiǎn)化外部接線。但是由于Rint不大，約為2k?,故若希望得到較寬脈沖時(shí)，仍需使用外接電阻。7/22/2023177/22/202318圖10.3.107/22/202319外接電阻（下降沿觸發(fā)）內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）7/22/202320目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tW寬度。不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型7/22/202321§10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時(shí)只有在脈沖寬度tpo內(nèi)的信號(hào)才能通過。7/22/2023222、延時(shí)與整形可將脈沖寬度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。7/22/202323通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)都具有一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲7/22/20232410.4多諧振蕩器多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時(shí)間脈沖信號(hào)。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。

性能特點(diǎn)：

①?zèng)]有穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。②工作不需要外加信號(hào)源，只需要電源。7/22/202325§10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器T≈1.3RFC7/22/202326§10.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器T≈2.2RFC7/22/202327§10.4.3環(huán)形振蕩器利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、等于3的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連接成環(huán)形電路，都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡(jiǎn)單，但不實(shí)用。101010101010T=2ntpd7/22/202328§10.4.4施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器7/22/202329§10.4.5石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定性不是很高。在對(duì)頻率穩(wěn)定性有較高要求時(shí)，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率取決于石英晶體的固有振蕩頻率。7/22/20233010.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字－模擬混合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可應(yīng)用于定時(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警等方面。7/22/202331

集成555定時(shí)器因?yàn)槠鋬?nèi)部有3個(gè)精密的5KΩ電阻而得名。后來國內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和CMOS型555集成電路。雖然CMOS型3個(gè)分壓電阻不再是5KΩ,但仍然延用555名稱。目前一些廠家在同一基片上集成2個(gè)555單元，型號(hào)后加556，同一基片上集成4個(gè)555單元，型號(hào)后加558。7/22/202332集成555定時(shí)器具體元件簡(jiǎn)介

555定時(shí)器的封裝一般有兩種：八腳圓形封裝八腳雙列直插式封裝。

7/22/202333§10.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能放電三極管精密電阻比較器SR鎖存器7/22/202334控制電壓觸發(fā)輸入

復(fù)位端輸出放電端閾值輸入

電源5~16V7/22/202335注意：工作中不使用VCO時(shí)，一般都通過一個(gè)0.01μF的電容接地(交流接地），以旁路高頻干擾。

當(dāng)VCO懸空時(shí)，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存器置0，TD導(dǎo)通，同時(shí)vO為低電平。01010比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器狀態(tài)保持不變，TD和vO均保持不變。11比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器置1，TD截止，同時(shí)vO為高電平。10101比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器違反約束條件，輸出為1，TD截止。00101★7/22/202336由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1．555定時(shí)器有兩個(gè)閾值電壓，分別是和。2．輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時(shí)，7腳為高電平。

3.輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為。

7/22/202337§10.5.2555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器二六搭一7/22/2023388462153Vcc交流接地VT-VT+回差電壓:7/22/2023397/22/202340VT+=VCOVT-=1/2VCO回差電壓:★7/22/202341§10.5.3555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C

7/22/202342vI下降沿到達(dá),vO輸出高電平，TD截止，VCC經(jīng)R向C充電，當(dāng)vC=2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，vO輸出低電平，TD導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個(gè)下降沿到達(dá),重復(fù)上述過程。0011000107/22/202343特性：這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)觸發(fā)器輸出高電平。該電路輸出脈沖寬度為tw＝1.1RC

。7/22/202344§10.5.4555定時(shí)器接成多諧振蕩器充電時(shí)間：放電時(shí)間：振蕩周期：T=0.69(R1