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电子
学习
模拟
摹拟
电路
教案
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0515、电子学习模拟电路教案,电子,学习,模拟,摹拟,电路,教案
- 内容简介：
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第9章 脉冲信号的产生与整形,学习要点： 多谐振荡器、单稳态触 发器、施密特触 发器的工作原理及逻辑功能。 555定时器的工作原理及逻辑功能。 由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法。,第六章 脉冲波形的产生和整形,概述,6.2 单稳态触发器,6.1 多谐振荡器,6.3 施密特触发器,6.4 555定时器的原理和应用,概述,数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,脉冲波形的获取：1）利用脉冲信号产生器直接产生；2）对已有的信号进行变换，使之满足系统的要求。,脉冲信号的产生与整形电路:,单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器,脉冲波形的获取：1）利用脉冲信号产生器直接产生；2）对已有的信号进行变换，使之满足系统的要求。,1. 环形多谐振荡器,利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:, 9.1 多谐振荡器,能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。,设 vo3 的初始状态为0:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示,则为:,优点: 电路结构简单,所用元件少。,缺点: 频率太高, 且不可调整。f=(1/6)tpd,tpd,T=6tpd,1. 环形多谐振荡器,在该电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上述不足:,下面将结合它的工作波形说明其工作原理:,v1,vo1,vo2,R,C,假设：开始时v1=1,电容上的放电电流，vA下降,vAVT时，vo1不翻转。,v1,vo1,vo2,R,C,A,1,0,1,2. 多谐振荡器,1,1,第二暂稳态。,当vA=VT时，vo1翻转，vo2也翻转。,1,v1,vo1,vo2,R,C,0,1,0,A,1,第二暂稳态结束，电路进入第一暂稳态。,由于电容电压不能 突变,当vo2 发生下跳时,vA有一突变。,v1,vo1,vo2,R,C,A,0,0,1,1,1,第一暂稳态。,vo1vo2，电容充电,vA上升。,只要vAtw时，V02的输出边沿变缓，可在其输入端加入微分电路。,电路的改进,当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。,Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，（R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之间，（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用时则应将Rin开路。,A1、A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。,74121的输出脉冲宽度：tp0.7RC,74121的输出脉冲宽度：tp0.7RC,A1、A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。该电路属于不可重复触发的触发器。,可重复触发式单稳态触发器的输出波形：,这种单稳可以通过加重复触发脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,可用于检测失落脉冲。,3 . 单稳态触发器的应用,单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。,1).定时,3 . 单稳态触发器的应用,2).延时利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R、C调节。3).方波发生器（多谐振荡）P3624).消噪声 P3635).整形,7 4 L S 1 9 4-四位双向移位寄存器,t0,t1,t2,t3,用波形图表示如下:,用波形图表示如下:,移位寄存器清零,移位寄存器串行输入为1,循环重新开始, 9.3 施密特触发器,Vi,Vi2,R1,R2,Vo2,Vo1,1。起始Vi=0，Vo2=1 Vi2=0， Vo1=0 ，,2. Vi=VT时,由于 Vo1=0 ,所以状态不变.,Vi 使得Vi 2=VT时, Vo1=1 , Vo2=0(翻转).,此时 Vi 2=R2/(R1+R2) Vi = VT,所以 Vi =(1+R1/R2) VT,1,0,0,1,0,1,1,0,Vi,Vi2,R1,R2,Vo2,Vo1,3. Vi=VT时,翻转 Vo2=1 , Vo1=0.,正向增长的阈值：,VT- = VT,VT+ =(1+R1/R2) VT,负向增长的阈值,回差电压： VT = VT+ - VT- =(R1/R2) VT,VT+,VT-,VI,VO,0,1,0,1,0,下限阈值电压,上限阈值电压,回差电压（滞回电压）：VT VTVT,三、施密特触发器的应用：1、波形的整形及变换，利用回差电压的选择来控制波形。2、幅度鉴别：3、多谐振荡器：,集成施密特触发器,9.4 555定时器的原理和应用,555定时器是集模拟电路和数字电路于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。,1。 555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器 两个电压比较器: A1、A2 一个 RS 触发器 一个反相器和一个晶体管T 具体的 结构见后图。,1、555定时器工作原理,触发输入,阈值输入,控制电压,复位端低电平有效,放电端,4.516V,输出,接地,uo,电源,放电,阈值,控制电压,复位,输出,触发,地,555定时器的原理电路图,分压器比较器: C1、C2RS 触发器 反相器和晶体管,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 VCC / 3 。,首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:,同高出低,同低出高,不同保持,复位,VCC / 3,2VCC / 3,vI,vO,同高出低,同低出高,不同保持,v I1,v I2,t,t,2、由555定时器构成的多谐振荡器,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,模拟声响电路,将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。,3 由555定时器构成的单稳态触发器,4 由555定时器构成的施密特触发器,4.3.3 施密特触发器的应用,6.4.2 555定时器的应用,(1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。,S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,仅按下起动按钮 S1 , 则 TR VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR VCC / 3 , 这时 uo = 0 , 电机停止运行。,如果松开 S2 , 电机仍不转动 。,(2). 单稳态触发器:,TH 2VCC /3 , TR VCC /3,按钮 S 处于打开状态时：,uo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路, TH =0.3V 。,按一下 S , TR VCC ,已有 TH 2VCC /3 , 且已 有 TR VCC /3 , uo = 0 ;,555内的晶体管T也由截止变成导通 , 电容CT 迅速放电而变成 0V。,由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。,白灯亮的时间即为曝光时间 TW,TW = 1.1 RT CT,洗相曝光定时器：,（延时灯控制电路）,(3). 多谐振荡器:,首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:,输出波形,设电容C 原先未充电, 故 TH = TR VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,t1,t2,t3,T1,T2,输出方波的周期 T的计算:,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,如何改变方波的占空比？,改变充放电回路的时间常数！,简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。,简易电子琴电路：,(4). 施密特触发器（温度控制电路）,全高出低,全低出高,不同保持,回差电压： UT = UT+ - UT- = 2VCC /3 -VCC /3 = VCC /3,单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器,555定时器的应用,本节小结：,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,本节小结：,单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。,单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。,单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。,本节小结：,多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器可以由
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