(6-*)

脈沖波形的產(chǎn)生和整形(6-*)§6.1概述數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號(hào)是離散時(shí)間的脈沖信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。(6-*)§6.2單脈沖的產(chǎn)生+VCCFS

按鈕按放一次，便產(chǎn)生一個(gè)單脈沖。

但是，由于按鈕S機(jī)械動(dòng)作經(jīng)常伴有抖動(dòng)現(xiàn)象，使得輸出的方波很不理想，毛刺很大。這樣的方波用到數(shù)字系統(tǒng)中很容易引起誤動(dòng)作。因此，這個(gè)電路沒有實(shí)用價(jià)值。(6-*)不按按鈕時(shí)，Q＝0；按下按鈕時(shí)，鎖定器翻轉(zhuǎn)，Q＝1；松開按鈕后，回到Q＝0?？梢姡喊粹o動(dòng)作一次，Q端就輸出一個(gè)正脈沖。QQ工作原理：&&S＋5VQQ改進(jìn)的單脈沖發(fā)生電路(6-*)§6.3連續(xù)矩形脈沖波的產(chǎn)生矩形波發(fā)生器又稱多諧振蕩器。它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，本節(jié)只討論由集成電路構(gòu)成矩形波發(fā)生器。6.3.1環(huán)形振蕩器利用邏輯門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器:&&&321uo3uo2uo1(6-*)設(shè)uo3

的初始狀態(tài)為0:010101用波形圖來表示uo3

，則為：0tuo3優(yōu)點(diǎn):

電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元件少。缺點(diǎn):

頻率太高，并且不可調(diào)整。&&&321uo3uo2uo1工作原理：01100(6-*)改進(jìn)方法：在原電路的基礎(chǔ)上添加RC延時(shí)電路，便可以克服上圖的不足。&&&321uo3uo2uo1A123RRS100

Cuo1uouo2(6-*)工作原理A123RRS100

Cuo1uouo2t0tuo0tuo20tuo10UTU110110001uA(6-*)A123RRS100

Cuo1uouo2T輸出信號(hào)的周期近似為:T=2.2RCt0tuo0tuo20tuo10uAUT(6-*)6.3.2RC耦合式振蕩器0t0t0t0tuo1uR1uR2uo2UTUTR212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C1C2uR2uR1uo2uo1

微分電路(6-*)該電路有兩個(gè)缺點(diǎn):1.不容易起振;2.電路振蕩頻率的穩(wěn)定性較差,容易受溫度、元件性能、電源波動(dòng)等因素的影響。為便于起振，將兩個(gè)電阻改接成如圖(b)示。(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)只要適當(dāng)選擇它們的大小，使兩個(gè)與非門的靜態(tài)工作點(diǎn)均處于轉(zhuǎn)移特性的中點(diǎn)，起振便比較容易。(6-*)(a)R212R1C2C1uR2uR1uo2uo112R1R2C2C1uo2uo1(b)為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率,可在振蕩電路中串接石英晶體，組成石英晶體振蕩器，如圖(c)所示。12R1R2C2C1uo石英晶體(c)(6-*)石英晶體的化學(xué)成分是SiO2,晶格結(jié)構(gòu)為各向異性，是一種具有壓電效應(yīng)的晶體。由石英晶體的阻抗與頻率特性曲線可見石英晶體的選頻特性很好。fXX>0感性X<0容性0石英晶體的阻抗與頻率特性石英晶體的等效電路(6-*)在晶體切片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上加上交變電壓時(shí),晶體會(huì)出現(xiàn)機(jī)械變形振動(dòng)并產(chǎn)生交變電場(chǎng),這種現(xiàn)象就是壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓的頻率與晶體的固有頻率相同時(shí),其機(jī)械變形的幅度和交變電場(chǎng)幅度就都達(dá)最大,發(fā)生壓電諧振。晶體的固有頻率：取決於晶體的幾何尺寸。壓電效應(yīng):(6-*)石英晶體振蕩器常用作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)。uo12R1R2C2C1石英晶體其振蕩頻率主要取決于石英晶體的固有頻率(6-*)§6.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)稱“單穩(wěn)”。單穩(wěn)的突出特點(diǎn)是：輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)。加入觸發(fā)信號(hào)后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，但是，經(jīng)過一定時(shí)間以后，它又會(huì)自動(dòng)返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回外部觸發(fā)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)：為什么會(huì)自動(dòng)返回？需多少時(shí)間？(6-*)6.4.1積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1在ui脈沖到來以前，uo1是高電平，uo2是高電平。Auo1uo2RC12uiui

正跳變uo1

負(fù)跳變

uA不突變C放電uA下降直到UTuo2負(fù)跳變uo2上跳；uA繼續(xù)下降UT(6-*)Auo1uo2RC12ui

回答:

有!…...討論：對(duì)uA

的放電快慢有無約束?t30tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTt2原因：若C的放電太慢，在t1~t3

期間，變量uA>UT,在圖中所示的情況下，uo2

的上升邊將由ui的下降邊控制，故必須改進(jìn)電路!(6-*)(a)Auo1uo2RC12ui(b)uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

(6-*)uo1uo2RC12uiA&ui'34uo4

0100111010110101(6-*)6.4.2集成單穩(wěn)組件介紹集成化的單穩(wěn)組件的類型很多，下面以74LS123作為介紹對(duì)象。74LS123管腳圖如下：2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CTVCCGND1RT/CT83910111213141615246571CLRCLRQQQQ2CT2RT/CT(6-*)74LS123功能表CLRABQQ說明000000011111111穩(wěn)態(tài)觸發(fā)74LS123包括兩個(gè)獨(dú)立的單穩(wěn)，各管腳以字頭1、2相區(qū)別。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時(shí)電阻(RT)和定時(shí)電容(CT)決定。單穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻決定于A、B、CLR三個(gè)輸入相與的結(jié)果，具體參見它的功能表。(6-*)74LS123輸出脈沖的寬度有三種控制方法:1.基本脈沖寬度由外接電阻(RT)、電容(CT

)決定，當(dāng)CT>1000PF時(shí)，脈寬tW

應(yīng)為：tW=0.45RT

CT

2.在清零端(CLR)加清0負(fù)脈沖，可提前終止輸出脈沖，如下圖所示:tWCLRQ單位：RT

—k

；CT—pF；tW—nS(6-*)3.通過在A端或B端加再觸發(fā)脈沖，可使輸出脈沖的寬度加寬:tWtWBQ由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度，所以，它被稱為可再觸發(fā)式單穩(wěn)。(6-*)6.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)的應(yīng)用多種多樣，如：整形、延時(shí)控制、定時(shí)順序控制等等。例如“延時(shí)控制”:QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(1)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位輸入DW1DW2時(shí)鐘QAQCQBQDCPCLRRS0S174LS194(1)R1、C1、R2、C2用于調(diào)節(jié)延長(zhǎng)的時(shí)間。(6-*)CPABCDEFGHQ1Q2t1t0t2t3用波形圖表示如下:移位寄存器清零H燈上升沿觸發(fā)Q1Q1的下降沿觸發(fā)Q2移位寄存器串行輸入為1循環(huán)重新開始(6-*)§6.5555定時(shí)器的原理和應(yīng)用555定時(shí)器的特點(diǎn)：是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。6.5.1555定時(shí)器的工作原理首先介紹555定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。(6-*)555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分：（1）一個(gè)由三個(gè)相等電阻組成的分壓器;（2）兩個(gè)電壓比較器:A1、A2;（3）一個(gè)RS觸發(fā)器;（4）一個(gè)反相器和一個(gè)晶體管T。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定時(shí)器的內(nèi)部電路圖(6-*)RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555定時(shí)器的內(nèi)部電路圖12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位電源電壓范圍:4.5V~18V

三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供基準(zhǔn)電壓:A1

的為2VCC/3,A2

的為VCC/3。(6-*)RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR閾值端觸發(fā)端RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS觸發(fā)器功能表101000閾值端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果<2VCC

/3<2VCC

/3>VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3TQuo保持0110保持保持導(dǎo)通截止RD(6-*)閾值端觸發(fā)端THTR<2VCC

/3>VCC

/3>2VCC

/3<2VCC

/3<VCC

/3>VCC

/3保持保持RD晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR555的功能表VCC

/32VCC

/3(6-*)例1：多諧振蕩器

4816235CVCCuo5557THTRVCC

/32VCC

/36.5.2555定時(shí)器的應(yīng)用(6-*)例2：

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:

微電機(jī)起動(dòng)停車控制電路。S1

:起動(dòng)按鈕S2

:停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555(6-*)按下啟動(dòng)按鈕S1（未按S2）

即使放開S1,UTR

、UTH仍滿足上述條件，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)如果松開S2,電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動(dòng)。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555啟動(dòng)過程：停車過程：故uo=1,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。按下停車按鈕S2（未按S1）

故uo=0,電機(jī)停轉(zhuǎn)。(6-*)例2：

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:

微電機(jī)起動(dòng)停車控制電路改進(jìn)。S1

:起動(dòng)按鈕S2

:停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555(6-*)例3：

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:洗相曝光定時(shí)器。若S打開。輸出總為048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0t0tuCTuo若合閘時(shí)輸出為0，將保持0若合閘時(shí)輸出為1，輸出會(huì)自動(dòng)回到零(6-*)0t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS由以上分析可以看出：按鈕每按動(dòng)一次，uo

便輸出一個(gè)正脈沖,其寬度TW

由RTCT

決定。按下S<<uo=1T截止C充電松開S>>自動(dòng)返回<>(6-*)JJ~紅白D1D248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS洗相曝光定時(shí)器按一下按鈕

S未按uo0J的線圈不通電J的接點(diǎn)不動(dòng)作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅白燈亮的時(shí)間即為曝光時(shí)間TW

。TW

=1.1RT

CT按著S忘了松手,會(huì)怎麼樣?(6-*)例4：

多諧振蕩器:

簡(jiǎn)易電子琴電路0tuouC0t前面例1已說明了如何用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器:48162357R1R2CuC555DTHTRuo