《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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