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1、第九章 脉冲波形的产生与变换,从广义上说,凡是不具有连续正弦 形状的信号都可 称为脉冲信号,如矩形波、三角波、锯齿波等。 脉冲单元电路就是用来产生、变换、整形脉冲信号 的电路。 脉冲单元电路的组成有三种形式: 由分立元件(三极管、R、L、C器件)组成。(不讲) 由集成逻辑门及R、L、C器件组成。 由专用集成电路及R、L、C器件组成。 脉冲单元电路的主要形式为: 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器,第一节 分立元件脉冲单元电路(自学),由于课时有限,这一节的内容我们不讲了。同学 们有时间自己看一下。 用分立元件构成脉冲单元电路是脉冲电路的基础, 在实际应用中经常有用分立元件构成脉冲电路的例子
2、。 分立元件脉冲电路中,三极管基本上是作为反相 器来使用的,通常都构成正反馈耦合回路,完成不同 的功能。,9.3 施密特触发器(Schmitt trigger),施密特触发器D的传输特性如下图所示: 由传输特性可以看出施密特触发器具有以下特点:,1、施密特触发器属于电平触发,对于缓慢变化的信号仍然适用,当输入信号达到某一定电压值时,输出电压会发生变化; 2、 输入信号增加和减少时,电路具有不同的阈值电压,即具有滞回特性。,1、用两级CMOS反相器构成的施密特触发器 下面我们分析该施密特触发器的工作特点。,通过上述分析,我们得到了施密特触发器发生翻转 时的触发电平。我们发现从0到1的触发电平V+
3、不等于 从1到0的触发电平V-, V+ V- 这就是施密特触发器的特点: “对于正向和负向增长的输入信号,电路具有不同 的阈值电平。” 我们把VT+和VT-之差称为回差电压Vd= VT+ - VT-,2、用TTL门构成的施密特触发器,与CMOS的分析方法类似,这里就不再详细推导了。 其中二极管的作用是抬高VI使G1导通的电压,也可以保 证回差不小于阈值电压。 施密特电路的特性也称为滞回特性、滞后特性。,3、集成施密特触发器 施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式,一 般与反相器,与非门串联使用。构成具有施密特触发器 输入的反相器和与非门等。 常用的CMOS施密特反相器芯片有40106,与非门
4、有 14093。 常用的TTL施密特反相器有LS14,与非门有LS132。,内部电路自己看一下,总的特点仍然是当输入正向 增长时使其门槛较高,VT+较大;负向增长时门槛自动 降低,使VT-较小。 我们可以通过下面的数值表,了解CMOS和TTL电 路的工作电压和回差范围。,二、集成门构成的单稳态触发器,前几章我们学过的触发器,都叫双稳态触发器,因 为它们都有两个稳定的状态。我们可以任意改变它们的 状态,而我们希望它们保持不变时,它们可以稳定地保 持。 单稳态触发器就不同了,当我们通过触发信号使它 们产生翻转后,它们不能一直保持下去,而是在一定时 间后,又回到原先的状态。 利用单稳态触发器,我们可
5、以制作出许多有用的电 路,如自动楼道灯、自动门、自动冲水器等。 单稳态平时所处的状态称为常态,触发后暂时经历 的状态叫暂态。 下面我们对单稳态电路进行分析。,1、 微 分 型 R1应较大 R应较小 大于2.5k 64 R 910 分析:(1)稳态 VI=1,无论V02为1为0,最终结果: V01=0 V02=1 电容C放空 (2)暂态 VI=0 负脉冲开始,V1跟随=0,V01=1 V2跟随=1,V02翻转=0,暂态开始。此后V01沿R、C充 电,V2逐渐下降,最终V02=1,恢复稳态值,暂态结束。 (3)恢复期 此时V01不为0,要使其=0,才真正回常态。,各时刻各点电 压值的推导见书。 各
6、点电压波形 负沿触发 见右图。 微分型指R、C 的为微分连接。 输入端的C1和 R1也是微分电路, 其作用是使V1在触 发后能够回高,与 VI低电平宽度无关。,2、积分型 单稳态触发器,将R、C接为积分 方式,就构成积分型 正沿触发 单稳态触发器。,3、用施密特触发器构成单稳态触发器,利用施密特触发器的回差,产生暂态脉冲宽度。,4、暂态脉宽TW的计算,暂态的持续时间是由RC充放电回路决定的。 假设 暂态起始时刻的电压为V(0+), 暂态结束时刻的电压为V(TW), 充放电的最终电压为V()。 则 V( ) V(0+) TW = RC ln V( ) V(TW),三、集成单稳态触发器,无论是TT
7、L电路,还是CMOS电路,都有一些现成的 单稳态触发器芯片。如LS121、LS221非可重复触发型、 LS122、LS123、MC14538可重复触发型。 什么是可重复触发和非可重复触发呢? 非可重复触发的单稳态触发一经触发进入暂态后,不 再响应新的触发,直到本次暂态结束,才能再次触发。 暂态不能重叠,“一次算一次”。 可重复触发的单稳态触发一经触发进入暂态后,任何 时候再次触发,重新进入暂态。“随时重来”。,集成单稳态触发器虽然各不相同,但基本形式是一 样的:,外接定时元件电容C,电阻R(有的内含电阻)。 触发信号的形式可以有多种,正沿触发、负沿触发 具有两个对称互补输出端 Q 和 /Q 上
8、述集成单稳态触发器的定时周期通常在几十纳秒 到数百毫秒之间。,四、集成门构成的多谐振荡器,多谐振荡器又称无稳态振荡器,它也有两个状态, 但它不能稳定于任何一个状态,而是在两者之间来回 转换,所以它的输出不会是恒高或恒低,而是矩形波。 所以多谐振荡器常常作为方波发生器。 1、电容正反馈多谐振荡器 VDD GND GND VDD,两个暂态时间的计算:,仍然是根据RC充放电的标准公式来计算: Vd(最终) Vd(暂态开始) TW = RC ln Vd( 最终) Vd(暂态结束) 对放电周期: Vd( 最终)= 0.3v Vd(暂态开始)= 4.3v Vd(暂态结束)= 1.4v 对充电周期: Vd(
9、 最终)= 3.6v Vd(暂态开始)= -1.8v Vd(暂态结束)= 1.4v,2、晶体稳频的多谐振荡器,晶体具有极高的频率稳定性,当外接信号的振荡频率 与晶体的固有频率一致时,它的电抗值很小;稍有偏离则 迅速增大。因此利用晶体作为反馈回路,可以得到很高的 频率稳定性。 电源电压、温度变化对晶体振荡器影响较小。,3、由施密特触发器构成的多谐振荡器,9.4 555定时器及其应用,555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。 它可以制作出多种多样的实用电路。本节我们用 它来实现前面学过的三种典型脉冲电路。 一、555定时器的内部结构,一、555定时器的工作原理,说明:定时器的主要功能取决于比较器,比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。图中RD为复位输入端,当RD为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出O为低电平。因此在正常工作时,应将其接高电平。,由图可知,当5脚悬空时,比较器C1和C2的比较电压分别为,由此,可得555定时器的功能表,如图9.4.1所示。,二、用555定时器构成施密特触发器,三、用555定时器构成单稳态触发器,四、用555定时器构成多谐振荡器,
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