數(shù)字電子技術(shù)脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、CH8CH8 波形變換、脈沖產(chǎn)生波形變換、脈沖產(chǎn)生和定時(shí)電路和定時(shí)電路 在前面各章的討論中，常常需要用到各種幅度、寬在前面各章的討論中，常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的度以及具有陡峭邊沿的脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)，如觸發(fā)器就需要，如觸發(fā)器就需要時(shí)鐘時(shí)鐘脈沖（脈沖（CP），等等。事實(shí)上，現(xiàn)代電子系統(tǒng)都離不開脈，等等。事實(shí)上，現(xiàn)代電子系統(tǒng)都離不開脈沖信號(hào)。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：沖信號(hào)。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：直接直接產(chǎn)生產(chǎn)生； 利用已有信號(hào)利用已有信號(hào)變換變換得到。得到。 與產(chǎn)生模擬信號(hào)要用模擬振蕩器一樣，產(chǎn)生脈沖信與產(chǎn)生模擬信號(hào)要用模擬振蕩器一樣，產(chǎn)生脈沖信號(hào)要用號(hào)要用

2、脈沖振蕩器脈沖振蕩器。 脈沖波形變換則包括脈沖波形變換則包括脈沖寬度、幅脈沖寬度、幅度、相位及上升和下降時(shí)間等等度、相位及上升和下降時(shí)間等等的改變，通過變換，使的改變，通過變換，使這些特性符合要求。這些特性符合要求。 本章將介紹常用的脈沖變換電路本章將介紹常用的脈沖變換電路單穩(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，脈沖產(chǎn)生電路，脈沖產(chǎn)生電路多諧振蕩器多諧振蕩器，和一，和一種多用途的定時(shí)電路種多用途的定時(shí)電路555定時(shí)器定時(shí)器。 掌握脈沖電路的基本分析方法掌握脈沖電路的基本分析方法 掌握常用脈沖電路的工作原理掌握常用脈沖電路的工作原理 掌握幾種集成電路的應(yīng)用掌握幾種集成電路的應(yīng)用 理

3、解雙穩(wěn)態(tài)理解雙穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)態(tài)等幾種電路無穩(wěn)態(tài)等幾種電路 原理的內(nèi)在聯(lián)系原理的內(nèi)在聯(lián)系Email me please if you have any questions: win_ 脈沖電路分析的關(guān)鍵脈沖電路分析的關(guān)鍵 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體振蕩器、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體振蕩器、 555定時(shí)器的基本原理定時(shí)器的基本原理74221、4538、4098、74HC14、555 等集成電路的應(yīng)用等集成電路的應(yīng)用8.1.1 8.1.3 8.1.2 8.1.4 8.1.1 RC積分電路積分電路 電路條件：電路條件： = RC tW tW輸入脈沖寬度輸入脈沖寬度tW 8.1.1 RC微分電路微分電

4、路 電路條件：電路條件： = RC tW tW輸入脈沖寬度輸入脈沖寬度tW8.1.2 A以微分型為例以微分型為例8.1.2 ABABQQVth 8.1.2 ABABQQVth 8.1.2 ABABQQVth 穩(wěn)穩(wěn) 態(tài)態(tài)穩(wěn)穩(wěn) 態(tài)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)8.1.2 ABABQQVth tWtre暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間8.1.2 AB計(jì)算計(jì)算 tW及及tre運(yùn)用運(yùn)用“三要素法三要素法”： UB(0+)= VCC UB()= 0=RC（忽略其他電阻） uB(t)= UB()+ UB(0+)UB() = VCCtete若 Vth=VCC則 tW 0.7=0.7RC tre=(35)re 試設(shè)計(jì)一自動(dòng)

5、延時(shí)樓道照明燈。試設(shè)計(jì)一自動(dòng)延時(shí)樓道照明燈。幾點(diǎn)討論：幾點(diǎn)討論：反饋環(huán)節(jié)也可采用反饋環(huán)節(jié)也可采用RC積分電路（見習(xí)題積分電路（見習(xí)題6-5）。）。若采用若采用TTL門電路，為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)門門電路，為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)門2輸入低電平，電輸入低電平，電阻阻R必須小于某一數(shù)值。采用必須小于某一數(shù)值。采用 CMOS 電路無此限制。電路無此限制。為減小恢復(fù)時(shí)間為減小恢復(fù)時(shí)間tre，可在，可在R上并聯(lián)一個(gè)二極管，給電容上并聯(lián)一個(gè)二極管，給電容C提供放電回路。提供放電回路。若輸入脈沖過寬（若輸入脈沖過寬（tAtW），電路工作可能不正常時(shí)，），電路工作可能不正常時(shí)，可在輸入端另加一可在輸入端另加一RC微分電路，形成短輸

6、入脈沖。微分電路，形成短輸入脈沖。 采用或非門電路同樣可構(gòu)成單穩(wěn)電路。采用或非門電路同樣可構(gòu)成單穩(wěn)電路。 設(shè)計(jì)一微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：設(shè)計(jì)一微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 采用采用 CMOS 或非門、或非門、 輸入輸入信號(hào)較寬、信號(hào)較寬、tre較短，設(shè)計(jì)電路并較短，設(shè)計(jì)電路并畫出波形。畫出波形。 8.1.2 ABABQQVth tWtreRdCd。+VDD8.1.2 ABQQVth tWtreABRdCd。+VDDA8.1.2 Vth tWtreABRdCd。+VDDAABQQA8.1.3 常用集成單穩(wěn)態(tài)觸法器：常用集成單穩(wěn)態(tài)觸法器：54/74121，54/74221，54/74HC123，CD4098，

7、CD4538等等。 74221TTL雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538CMOS雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.4 8.1.4 “看門狗看門狗”（Watching Dog) 試舉出不少于試舉出不少于3種的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用實(shí)種的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用實(shí)例，并盡可能說明其原理。例，并盡可能說明其原理。8.2.2 8.2.1 8.2.3 8.2.18.2.18.2.18.2.18.2.1 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。 電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值正向閾值電電壓和壓和負(fù)向閾值負(fù)向閾值電壓，二者的差值稱為電壓，二者的差值稱為回差回差。輸出電。

8、輸出電平的變化滯后于輸入，形成平的變化滯后于輸入，形成回環(huán)回環(huán)。 與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特施密特觸發(fā)器觸發(fā)器屬于屬于“電平觸發(fā)電平觸發(fā)”型電路，不依賴于邊沿陡型電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。峭的脈沖。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：8.2.18.2.18.2.1 電路舉例一電路舉例一8.2.1 電路舉例二電路舉例二 電路舉例三電路舉例三8.2.18.2.2 施密特觸發(fā)器就是帶有回施密特觸發(fā)器就是帶有回差特性的門電路。差特性的門電路。 如如74HC14 和和74HC132等。等。74HC14：六反：六反相器，相器，74HC132：四：四2與非門。與非門。在在VDD

9、=6V時(shí)，典型回差為時(shí)，典型回差為0.91.2V。 8.2.3 8.2.3 試舉出不少于試舉出不少于3種的施密特觸發(fā)器應(yīng)用實(shí)種的施密特觸發(fā)器應(yīng)用實(shí)例，并盡可能說明其原理。例，并盡可能說明其原理。8.3.0 8.3.1 單穩(wěn)回憶單穩(wěn)回憶8.1.2 A以微分型為例以微分型為例8.3.0 A8.3.0 對(duì)稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：8.3.0 ABQQVth Vth 對(duì)稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：8.3.0 ABQQVth Vth 對(duì)稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：8.3.0 ABQQVth Vth 對(duì)稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：8.3.0 ABQQVth Vth 暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)2對(duì)

10、稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：8.3.0 ABQQVth Vth T=tW1 + tW2tW1tW2若若R1=R2，C1=C2，則則T= 2tW =1.4RC 對(duì)稱多諧振蕩器：對(duì)稱多諧振蕩器：“多諧多諧”8.3.0 其他多諧振蕩器：其他多諧振蕩器：8.3.0 其他多諧振蕩器：其他多諧振蕩器：8.3.0 其他多諧振蕩器：其他多諧振蕩器：8.3.0 其他多諧振蕩器：其他多諧振蕩器：8.3.1 8.3.1 R=5k輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流200mA VCC: 4.518V電源及驅(qū)動(dòng)電源及驅(qū)動(dòng): 美國美國Signetics公司公司 1972年研制，用于年研制，用于取代機(jī)械式定時(shí)器。取代機(jī)械式定

11、時(shí)器。 流行的產(chǎn)品主要有流行的產(chǎn)品主要有4個(gè)：個(gè)： BJT兩個(gè)：兩個(gè)：555，556（含有兩個(gè)（含有兩個(gè)555）；）； CMOS兩個(gè)：兩個(gè)：7555，7556（含有兩個(gè)（含有兩個(gè)7555）。）。流行產(chǎn)品流行產(chǎn)品:應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例:應(yīng)用練習(xí)應(yīng)用練習(xí):用一片用一片7556制作一個(gè)制作一個(gè)“丁冬丁冬”門門鈴。鈴。本章小結(jié)本章小結(jié) 1. 從電路結(jié)構(gòu)和工作原理上看，基本從電路結(jié)構(gòu)和工作原理上看，基本RS觸發(fā)器、觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器具有相似的形式。但由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器具有相似的形式。但由于其反饋電路的不同，即基本于其反饋電路的不同，即基本RS觸發(fā)器采用雙側(cè)導(dǎo)觸發(fā)器采用雙側(cè)導(dǎo)線反饋到門電

12、路的輸入端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保留一側(cè)線反饋到門電路的輸入端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保留一側(cè)導(dǎo)線而將另一側(cè)改為帶有惰性元件（通常是電容）導(dǎo)線而將另一側(cè)改為帶有惰性元件（通常是電容）的反饋網(wǎng)絡(luò)，多諧振蕩器的雙側(cè)均改為帶有惰性元的反饋網(wǎng)絡(luò)，多諧振蕩器的雙側(cè)均改為帶有惰性元件的反饋網(wǎng)絡(luò)，致使三者的工作特性具有本質(zhì)的區(qū)件的反饋網(wǎng)絡(luò)，致使三者的工作特性具有本質(zhì)的區(qū)別：基本別：基本RS觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，而多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)。有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，而多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)。 2. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器中的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器中的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間正比于電路的時(shí)間常數(shù)

13、，也就是說，暫穩(wěn)態(tài)過程通正比于電路的時(shí)間常數(shù)，也就是說，暫穩(wěn)態(tài)過程通常是由其自身的電路參數(shù)決定的，不需要外部的常是由其自身的電路參數(shù)決定的，不需要外部的“觸發(fā)觸發(fā)”。但在有些情況下，系統(tǒng)中的振蕩信號(hào)可。但在有些情況下，系統(tǒng)中的振蕩信號(hào)可能要求與其他信號(hào)能要求與其他信號(hào)“同步同步”，所以外部的觸發(fā)信號(hào)，所以外部的觸發(fā)信號(hào)有時(shí)也是需要的。無論電路的具體結(jié)構(gòu)如何，凡是有時(shí)也是需要的。無論電路的具體結(jié)構(gòu)如何，凡是含有含有RC元件的脈沖電路，分析的關(guān)鍵就是電容的元件的脈沖電路，分析的關(guān)鍵就是電容的充放電，而關(guān)鍵連接點(diǎn)就是與電容相連的門電路的充放電，而關(guān)鍵連接點(diǎn)就是與電容相連的門電路的輸入端。輸入端。 本章小結(jié)本章小結(jié) 3. 施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門，施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門，屬于屬于“電平觸發(fā)電平觸發(fā)”型電路，它的翻轉(zhuǎn)不依賴于邊沿型電路，它的翻轉(zhuǎn)不依賴于邊沿陡峭的脈沖。施密特發(fā)器有反相傳輸和同相傳輸兩陡峭的脈沖。施密特發(fā)器有反相傳輸和同相傳輸兩種電路。種電路。555定時(shí)器是一種應(yīng)用廣泛的集成電路，定時(shí)器是一種應(yīng)用廣泛的集成電路，它是早期模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合的典范。它是早期模擬