《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版閻石第10章課件PPT
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1、第十章 脈沖波形的 產(chǎn)生和整形 教學(xué)內(nèi)容 10.1概述 10.2施密特觸發(fā)器 10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 10.4多諧振蕩器 10.5 555定時器及其應(yīng)用 教學(xué)要求 -.重點掌握的內(nèi)容: (1) 555定時器及其應(yīng)用. (2) 石英晶體多諧振蕩器. 二?一般掌握的內(nèi)容: (1)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工 作特點和典型應(yīng)用。 (2)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電 壓之間的關(guān)系;多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。 10.1 概述 廠產(chǎn)生:不用信號源,加上電源自 矩形脈沖信 激振蕩,直接產(chǎn)生波形。 號的獲取方 Y 法有兩種: I整
2、形:輸入信號源進行整形. 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 上升時間〃 下降時間 tf ti 占空比: 0. 5 4 ” ’ ivm 脈沖幅度 Vm 脈沖寬度 如z 10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器 10.2施密特觸發(fā)器 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。 工作波形 也— 0 設(shè)G
3、" G?閾值電 壓 Vjh^Vdi/2,
Rt 4、門電路組成的施密特觸發(fā)器
\ ―IyM=l 1 —
。 V th Vdd S
回差電壓:41^=吟+—瑪— 。
10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用
10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用
1 ?用于波形變換:
Vi
VI
VI
——VT
o
vo
o
vo
—— Vt+
Vt-
—Vj~
r r
2.用于脈沖整般
5、
O
O
T
上一
—Hr
1
0VO
O
VO
歸-
o
(C)
3.用于脈沖鑒幅
+
VT
VIOVO
!
1
1
!:
■
■
施密特觸發(fā)器能將幅度大于的脈沖選出o
6、
4?用于構(gòu)成多諧振蕩器:
R
本節(jié)小結(jié)
施密特觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài),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。而且由于具有滯回特性,所以抗干擾 能力也很強。
施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成,也可以由 門電路及555定時器構(gòu)成。
施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用 很廣。
10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
7、
工作特點:
1>電路中有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài);
2、在外界觸發(fā)脈沖作用下,電路能從穩(wěn)態(tài)翻 轉(zhuǎn) 至穩(wěn)態(tài);
至?xí)悍€(wěn)態(tài),
在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后,
再自動翻轉(zhuǎn)
3>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)脈沖無關(guān)。
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)器因為電路具有一個穩(wěn)定狀態(tài)
而得名。它由兩個門電路、一個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。
穩(wěn)態(tài)
沒有觸發(fā)器電平時,
”1為低電平,"o為低電 傘,為高電平。
Vi
8、
穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài)
當U正跳變時,G由高到 低,"12為低電平。于是卩。為 高電平。即使巾觸發(fā)器信號 撤除,由于卩0的作用,卩O1仍 可為低電平。
v,—ir
脈沖寬度要窄
VI
0
Z
1 C
R g2
0
/w=0?69RC
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G]對電容C充電,也升 高,當也二Vth時,巾下降, Oi上升,但使卩12再次升高, 最終vo=0o
Vnn
R
vi
當巾的脈沖寬度很寬時,在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 的輸入端加一個微分電路,否則,在電路 9、由 暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時,由于門G1被勺封住了, 會使%的下降沿變緩。
1032集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
V6LL
NC[2
A] 3
a2|T
B|5
Vo gni)F
74121
Uext Rext,Riut J cc
74121 陀
GNT>
功能表見表10?3?l
^W=0.697?extCext
L
OL
uo
B
O
圖 10.3.10
Ce龍t Rxt
C 10、ext Rext Rfait
Icc
Vo
74121
B
GNI)
1 丄
外接電阻
(下降沿觸發(fā))
Ice
Cext
_dh
Cext Rext_Riiit cc
Cext
Vo
74121
GND
內(nèi)部電阻
(上升沿觸發(fā))
nn
/w
不可重復(fù)觸發(fā)型
JU1
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)進入暫穩(wěn)態(tài)后, 再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的 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) 器進入暫穩(wěn)態(tài)后,如果再次加入 11、 觸發(fā)脈沖,電路將重新被觸發(fā), 使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個伽寬 度。
可重復(fù)觸發(fā)型
10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用
1、定時
VI
2、延時與整形
0
V12
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。
O
VI
O
VI
vo
O
12、
3、消除噪聲
通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖,寬度較窄,而有用的信號都具有 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寬度即可消除噪聲。
噪聲消除電路
原理電路
波形
本節(jié)小結(jié)
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)O
在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā) 脈沖,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈沖寬度是由電路的阻 容元件RC決定的,與輸入信號無關(guān)。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成,也可以 由555定時器構(gòu)成。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖
信號,用途很廣。
10.4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 方波或時間 13、脈沖信號。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,便能自動地產(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:
① 沒有穩(wěn)態(tài),有兩個暫穩(wěn)態(tài)。
② 工作不需要外加信號源,只需要電源。
10.4.1對稱式多諧振蕩器
E?3RfC
PO2
O
10.4.2非對稱式多諧振蕩器
10.4.2非對稱式 14、多諧振蕩器
o
L_n
T~2.2RfC
10.4.3環(huán)形振蕩器
T=2ntpd
Vni
利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、 等于3的奇數(shù)個反相器首尾相連接成環(huán)形電路, 都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡單,但不實用。
10.4.4施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器
在許多應(yīng)用場合下都 15、對多諧振蕩器的振蕩頻 率穩(wěn)定性有嚴格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定 性不是很高。在對頻率穩(wěn)定性有較高要求時,應(yīng) 采用石英晶體多諧振蕩器。
G】
IH
電路的振蕩頻 率取決于石英 晶體的固有振 蕩頻率。
本節(jié)小結(jié)
多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài),只有兩 個暫穩(wěn)態(tài)。工作不需要外加信號源,只 需要電源。
要想得到頻率穩(wěn)定性高的多諧振蕩器
時,應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。
10=5 555定時器及其應(yīng)用
555定時器是一種多用途的數(shù)字一模擬混
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 16、特觸發(fā)器,
因而可
應(yīng)用于定時、檢測、控制、報警等方面。
集成555定時器因為其內(nèi)部有3個精密的5KD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個分壓電阻不再是5KD,但仍然延用555名稱。
目前一些廠家在同一基片上集成2個555單元, 型號后加556,同一基片上集成4個555單元,型號 后加558。
集成555定時器具體元件簡介
555定時器的封裝一般有兩種:
八腳圓形封裝
八腳雙列直插式封裝。
(從底部看)(從頂部看)
10.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能
10 17、.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能
精密電阻
5 —
(TH>
V\z —
(tr5
(DISC)
用比較器
電源5?16V
Vcc
控制電壓
-fafr til
復(fù)位端
4
G.
—I—I 」
常入
菽出
4
片㈣
Td狀態(tài)
0
X
X
低
導(dǎo)通
1
:>2皿
嚴 LrV
r ww
A
低
導(dǎo)通
1
--
/ f
1 w 18、,. Utr
不變
不變
1
/
<2/3jy
截止
1
>21/ \
!
^a_.
i
當Vco懸空時,Vri=2/3Vcc, Vr2=1/3Vcc
Vcc R:
★
2
C2
0,
平
比’上比旣比較器a輸出必1=0,比較器…船
(C踰出必2=,5 C2輸出必2=0, SR鎖存器違 時寫 才1, TD截止,同時I反約束條件,輸出為],TD地咬流 佻、平。 截止。 丿
由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論:
1. 5 19、55定時器有兩個閾值電壓,分別是2%
1 3
和 VCCo
2. 輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致,輸出低電平 對應(yīng)放電管飽和,在7腳外接有上拉電阻時,7腳 為低電平。輸出高電平對應(yīng)放電管截止,在有上 拉電阻時,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|^cco
10.5.2 555定時器接成施密特觸發(fā)器
Vt+ =Vco
Ft- =1/2Vco
回差電壓:△ = /+- 20、
10.5.3 555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
R
8 4
7
r
J
6
一 ■
2
5
1
^O.OluF
七六搭一,
HR下C
Vcc
「 寸 —I
C
O
21、
刃下降沿到達,山輸出高電平,Td截止,Vcc經(jīng)R向C充電, 當vc=2/3Vcc時,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),yo輸出低電平,Td導(dǎo)通,電 容C經(jīng)Td迅速放電。山下一個下降沿到達,重復(fù)上述過程。
特性:
這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的。
穩(wěn)態(tài)時,這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。
暫穩(wěn)態(tài)時,這個觸發(fā)器輸出高電平。
該電路輸出脈沖寬度為t^=lARC o
10.5.4 555定時器接成多諧振蕩器
-F/??)Cln2
振蕩周期:
T=0.69(^i+2^2)C
輸出脈沖占空比: 22、域
R\ +人2
R、+ 2R2
例 10.5.1
占空比可調(diào)的多諧振蕩器
r—4^
R\ R1 —8—4
輸出脈沖占空比:
ra+rb
Ra + 2Rb
P505 題 10.26
馬 555 I
檢12\
23、
兩個555定時器均接成了多諧振蕩器o
I輸出接IIVco,控制其閾值電壓Vt+和比。啲輸 出高低電平的持續(xù)時間決定了電路高低音持續(xù)時間, II的頻率決定了高低音頻率。
(1)Ml的高電平持續(xù)時間為:
q =(K+/?2)Gln2 = (10+15Q)xlO?xl0xl0_6x0?69 = l?ls
此時,為11V. Vcc=12Y由疊加定
n—
vcc
理可求得右邊555定時器5腳電壓
VCO=8.8V.因此,Vt+=8?8VVt?=4.4V
II片555定時器振蕩頻率,及揚聲 24、器
聲音的周期為:
I Ijskn
= (/?4 + 7?5)C2ln
%c-吟一
+ In
0-吟+
Q-vt_
= (10+100)xl03x0.01xl0-6xln
辦十611Hz
12-4.4
12-8.8
+ 100xl03x0.01xl0-6xln2 = 1.63xl0-35
(2)恂的低電平持續(xù)時間為:
=/?2^^2 = 150xltfxl0xW6x0.69 = 1.045
此時,Wh為0.2V. VCc=12Y由疊加定 理可求得右邊555定時器5腳電壓 Vco=6V.因此 9 Vt+=6M Vt?=3V
1
I
I
…如
3f lOkO
Vcc
| &
LJL ■ ■ ■ ruX □□ J4=e ike:
I: U5kn
因此可知,
高音
iTi
頻率為876Hz,持續(xù)時間l?04s。低音頻
率為611Hz,持續(xù)時間l?ls。
= (/?4 + /?5)C2ln
= (10+100)xl03x0.01xl0-6xln——-+100X103 xO.OlxlO6 xln2 = 1.14xl0"35 12—6
厶=丄=876處
本節(jié)小結(jié)
555定時器接成施密特觸發(fā)器
吟+=1%
8 4
6
2
1 5
回差電壓:AVr = -Vcc
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