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大学 数字 电子技术 陈仲林 课件 ppt

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第8章 脉冲的产生与变换 学习要点： 555定时器电路的组成及工作原理 施密特触发器的电路组成、工作原理及应用 单稳态触发器的电路组成、工作原理及应用 多谐振荡器的电路组成、工作原理及应用第8章 脉冲的产生与变换 8.1 555定时器电路8.3 单稳态触发器退 出8.2 施密特触发器 8.4 多谐振荡器 8.1 555定时器电路 8.1.1 555定时器电路的组成 8.1.2 555定时器的工作原理 8.1.1 555定时器电路的组成以下图(a)为555电路的内部结构图，图 (b)为其引脚图。 由图(a)可看出，555电路由以下几部分组成： 2、两个电压比较器A和B 。这是两个高增益差分放大器（运算放大器）。当放大器的同相输入大于它的反相输入时，其输出为高电平1信号；反之，其输出为低电平0信号。 8.1.2 555定时器的工作原理分析如下：根据上述分析可总结出555定时器的功能见下表 即：都高出低、都低出高、中间保持8.2 施密特触发器8.2.1 施密特触发器的电路组成 及工作原理 8.2.2 施密特触发器的主要应用 8.2.1 施密特触发器的电路组成及工作原理 施密特触发器具有两个稳定状态，即输出为高电平或低电平均可稳定， 由555定时器构成的施密特触发器电路如下图所示： 已知输入ui的波形，根据555定时器的功能“都高出0、都低出1、中间保持 ”,可画出输出uo的波形。施密特触发器电压传输特性： 施密特触发器存在回差电压的现象称为电路传输的滞后特性。通常回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强，但灵敏度也会相应降低。 8.2.2 施密特触发器的主要应用1、波形变换 施密特触发器可以将任何符合特定条件的输入信号变换为矩形波输出。8.2.1中图就是一个将不规则的模拟信号波形转换为规则的矩形波的实例。施密特触发器还可以将正弦波、三角波等其他波形变换成矩形波，如左图所示。图中矩形波的脉冲宽度可以通过改变回差电压的大小加以调节。 2、波形整形 图(a)中，若取VTL1为下限电平，则整形后的波形如图(b)所示，这样的结果显然不正确。原因是：由于回差电压较小，因而并未完全消除掉输入数字信号顶端的毛刺，只是通过整形使其在输出中表现为三个低电平矩形脉冲。若适当地增大回差电压，如图(a)中取VTL2为下限电平，则整形后的波形如图(c)所示，显然干扰毛刺已被完全消除，此时只需在输出端接一个反相器，就可以把变了形的数字信号1波形整形为整齐的正向矩形波了。 注意：回差电压的大小必须根据实际情况适当调整，此处如果回差电压选择过大，将会导致有效信号被湮没，同样起不到波形整形的目的。 3、幅度鉴别 施密特触发器的翻转取决于输入信号是否高于上限电平VTH和是否低于下限电平VTL。如果希望将幅度大于VTH的波鉴别出来，这时施密特触发器就成为幅度鉴别器（简称鉴幅器）。如左图所示，当输入脉冲幅度大于VTH时，555定时器的6脚和2脚电压都高于其基准电压，此时输出端就有负脉冲出现；而当输入脉冲幅度小于VTL时，555定时器的6脚和2脚电压都低于其基准电压，输出端为高电平，相当于没有脉冲输出。这样，可以从输出端是否出现负脉冲来判断输入信号幅度是否超过一定值。 8.3 单稳态触发器8.3.1 单稳态触发器的电路组成 及工作原理 8.3.2 单稳态触发器的主要应用 8.3.1 单稳态触发器的电路组成及工作原理 单稳态触发器是输出只有一个稳定状态的电路。它在无外加触发信号时处于稳态，在外加触发信号作用下，电路从稳态进入到暂态。暂态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。由555定时器构成的单稳态触发器电路如右图所示： 下面是单稳态电路内部详图，图中R、C是外接定时元件，Rp、Cp构成了输入回路的微分环节，其作用是使输入信号ui的负脉冲宽度tp限制在允许的范围内，即经过微分电路后变成尖脉冲信号，如果输入ui的宽度小于输出uo的宽度TW，则Rp、Cp可以省略。 工作过程工作过程单稳态触发器工作波形 (a)输入波形；(b)Vi2波形；(c)输出波形；(d)电容C的充放电波形 TW： 暂态持续时间 8.3.2 单稳态触发器的主要应用1、波形整形 在数字信号的采集、传输过程中，经常会遇到不规则的脉冲信号。这时，可将不规则的脉冲信号作为触发信号ui加到单稳态触发器的输入端，合理选择定时元件R和C的参数，即可在其输出端产生标准的脉冲信号，从而实现了波形整形。 2、定时 由于单稳态触发器能根据需要产生一定宽度TW的正脉冲输出，因此常用作定时电路使用。即用计时开始信号去触发单稳态触发器，经TW时间后，单稳态触发器便可给出到时信号，从而实现TW时间的定时。例如用单稳态触发器去控制某个照明电路的通电时间或控制某个加热电路的加热时间等。 3、延时 单稳态触发器的输出脉冲宽度TW也称为延迟时间。如在单稳态触发器的输入端加一个负尖脉冲，输出接一微分电路（其作用是将输出脉冲变为尖脉冲），则根据前面对单稳态触发器工作原理的分析，可知，该输入负尖脉冲经过TW时间的延迟后，从单稳态触发器的输出端输出，即实现了延时功能。 8.4 多谐振荡器8.4.1 多谐振荡器的电路组成 及工作原理 8.4.2 石英晶体振荡器（晶振） 8.4.1 多谐振荡器的电路组成及工作原理 多谐振荡器是一种无稳态电路，即其输出状态不断在1和0之间变换，因而它无需外加触发信号，便可自动产生一定频率的矩形波。它内含丰富的高次谐波分量，故称为多谐振荡器。由555定时器构成的多谐振荡器右如图所示。 多谐振荡器工作波形图多谐振荡器工作原理：多谐振荡器的应用 多谐振荡器可以产生具有一定占空比的矩形方波，这个方波可用作时序电路中的时钟脉冲CP，这是多谐振荡器最基本的用途。在实际中，多谐振荡器还有很多用处，例如下图所示的模拟声响发生器。8.4.2 石英晶体振荡器（晶振） 由555定时器构成的方波发生器虽然工作可靠、调节方便，但振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫兹，且这种电路是靠电容的充放电形成振荡的，易受温度、电源电压等外界条件的影响，因而所产生振荡信号的频率稳定性较差。在频率要求高、且对频率稳定性要求也较高的场合，常采用由石英晶体构成的振荡电路（简称晶振电路）来生成振荡信号。石英晶体的符号如图(a)所示，它是将切成薄片的石英晶体置于两平板之间构成的，这种特殊的物质结构使它具有图 (b)所示的频率特性（图中f0是石英晶体的固有谐振频率，X指石英晶体的阻抗）。 由频率特性图可以看出，当外加电压信号的频率等于石英晶体的固有谐振频率f0时，石英晶体的阻抗最小，也就是说频率为f0的电压信号最容易通过石英晶体，而其他频率的信号则被大大衰减，因而由石英晶体构成的振荡电路所产生的振荡信号的频率主要取决于石英晶体本身的谐振频率f0，而与外接的电阻、电容无关，从而使振荡信号具有很高的频率稳定性，不易受温度、电源电压等外界条件的影响。一般将石英晶体接入振荡电路的反馈回路中，构成正反馈，以形成自激振荡。 图 (c)图 (f)所示的是一些比较典型的石英晶体振荡电路，可作为了解性内容。 不论石英晶体振荡电路采用哪种电路形式，通常选择输出信号频率为32768Hz，因为32768 = 215，因而将此频率的输出信号经15分频后可得到1Hz的时钟脉冲信号，作为计时或测量的基准信号。分频器可利用D触发器来构成。 典型石英晶体振荡电路 本章小结555定时器主要由分压器、电压比较器、基本RS触发器、门电路构成。555定时器的功能可归结为三种情况，将6脚和2脚电平与各自的基准电平相比较：都高出低，三级管VT导通；都低出高，三级管VT截止；中间保持。 555定时器是一种多用途电路，只需外接少量阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器及其他实用电路。 施密特触发器有两个稳定状态，这两个稳态要靠输入电平来维持，因此具有回差特性。施密特触发器能够将不规则的输入波形变成良好的矩形波，调节回差电压的大小，可改变输出脉冲的宽度。 单稳态触发器只有一个稳定状态。在外加触发信号的作用下，电路进入暂态，暂态的持续时间只取决于R、C定时元件的参