[工学]数字电子技术及实验ch

1、 数字电子技术及实验 第六章 脉冲信号的产生和整形 6.1 多谐振荡器多谐振荡器振荡器振荡器无稳态电路无稳态电路多谐多谐含丰富高次谐波含丰富高次谐波6.1.1 CMOS6.1.1 CMOS逻辑门组成的多谐振荡器逻辑门组成的多谐振荡器分析基础分析基础CMOS:“1”“0”0”1.1.电路等效电路等效2.RC2.RC电路的瞬态变化电路的瞬态变化RC CE Ei ic c三要素三要素: Vc(t)=Vc()+Vc(0+)VC()e-t/RCt=RClnVC()VC(0+)VC()VC(t)VC()=EVC(0+)=0t=RClnEEVC(t)例例:EV1EV2t2=RClnt1=RCln0V20V1

2、=RClnV2V1T=t1+t2f=1T例例:t3V3VVth=1.4Vtt=RClnVC()VC(0+)VC()VC(t)=RCln31.43. Vth(转折电平转折电平)TTL1.4VCMOS=1/2VDDCMOS反相器构成的多谐振荡器反相器构成的多谐振荡器:11RCUiUiU U0101U U0202010工作原理工作原理:充电等效电路充电等效电路:RVDDC放电等效电路放电等效电路:RCVDD101RVDDCRCVDDUit0VthVDD+0.70.7Vt1t2tVDDU02t1=RCln0(VDD+0.7)0VthRClnVDDVthRCln2t2=RClnVDD(0.7)VDDVt

3、hT=t1+t2=2ln2 RC=1.4RCRCln26.1.2 555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器结构结构:VAVBUCC地地+C1+C2QQRDSD5K5K5KT52/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC2/3 UCCRD=1SD=0.uCR1R2.+C充电充电C放电放电11/3UCC)Q=0Q=1T导通，导通，C通过通过T放放电电,uC 0接通电源接通电源RD=0SD=1保持保持“0”态态RD=1SD=1上升到上升到2/3 UCC555不可重复触发不可重复触发uituCtuOt暂稳态暂稳态tptp=RC ln3=1.1RC+UCC48562713

4、.0.01FuCCuiuO2/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0T截止截止C充电充电RD=0SD=1Q=0Q=1因此暂稳态的长短因此暂稳态的长短取决于取决于RC时间常数时间常数R555不可重复触发不可重复触发可重复触发的单稳触发器可重复触发的单稳触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器CMOS双可重复触发单稳触发器双可重复触发单稳触发器4528 应用应用:1.脉冲定时脉冲定时 经过长距离传输后，脉冲信号的边经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。利用整形可使其变成符合要求的波形。 因此，利用单稳态触发器可以控制

5、门因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。开通与否以及开通多长时间。 uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCuBuOuC 门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tW uC 为与门为与门 G 开通与否的控制信号。开通与否的控制信号。 uC = 1，门，门 G 开通，信号开通，信号 uB 通过门通过门 G 输出；输出； uC = 0，门，门 G 关闭，关闭，uB 不能输出。不能输出。 短时用照明灯短时用照明灯48162357uouiUCCSRCuituottp2.脉宽

6、调制脉宽调制3.多谐振荡器多谐振荡器4.脉宽检测脉宽检测6.3施密特触发器施密特触发器特点特点: 有回差有回差V VT T=V=VT+T+-V-VT-T-VT+: Vi由小由小大的转折电平大的转折电平VT-: Vi由大由大小的转折电平小的转折电平集成施密特触发器集成施密特触发器:CC40106应用应用:1.整形和变换整形和变换OuItuOUT+UT- -Ot波形变换波形变换 将三角波、正弦波和其它将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。不规则信号变换成矩形脉冲。 UOHUOL uI UT+ 后，后，uO = UOL,只有当只有当 uI下降到经过下降到经过 UT- - 时，时，uO 才会

7、发生跃变。才会发生跃变。 uI UT- -后，后，uO = UOH只只有当有当 uI 上升到经过上升到经过 UT+时，时，uO 才会发生跃变。才会发生跃变。 脉冲整形脉冲整形 将受到干扰的或不符合边沿要求将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。的信号整形成较好的矩形脉冲。 OuItOuOtUT+UT- -OuItuOUT+UT- -Ot2.2.脉冲幅度鉴别脉冲幅度鉴别 鉴别并取出鉴别并取出幅度幅度大于大于 UT+ 的脉冲。的脉冲。UOLUOHCuOuCR- -+EN(3) (3) 多谐振荡器多谐振荡器 设设电容初始电压电容初始电压 uC(0) = 0。则接。则接通电源后通电源后

8、 uO 输出高电平输出高电平 UOH，输出端，输出端通过通过 R 向电容向电容 C 充电，使充电，使 uC 升高。升高。 CuOuCR- -+工作原理工作原理EN EN = 0 时，时，uO = 1，多谐振荡器不工作；，多谐振荡器不工作； EN = 1 时，不影响振荡器电路工作，下面分时，不影响振荡器电路工作，下面分析时省略它。析时省略它。0UOH充电充电CuOuCR- -+OtOuOtUT+UT- -UOLUOHCuOuCR- -+UC当当 uC 上升到上升到 UT+ 时，施密特触发时，施密特触发器状态翻转，器状态翻转，uO 跃变为低电平跃变为低电平 UOL。这时这时 C 经经 R 和施密特

9、触发器的输出电和施密特触发器的输出电阻阻 RO 放电，使放电，使 uC 下降。下降。 C 充电，使充电，使uC 上升，上升，在到达在到达 UT+ 之前之前uO = UOH。CuOuCR- -+OtOuOtUT+UT- -UOLUOHCuOuCR- -+UCuCUT+UOLCuOuCREN- -+OuCtOuOtUT+UT- -UOLUOH当当 uC 下降到下降到 UT- - 时，触发器又时，触发器又翻转，翻转，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平 UOH，电路又充电。电路又充电。CuOuCR- -+uCUT- -UOH充电充电UT- -UT+ C 放电，使放电，使uC 下降，在下降，在到达到

10、达 UT- - 之前之前 uO = UOL。电容如此周而复始地充电和放电，电电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。路便产生了振荡，输出周期性矩形波。振荡频率与充放电元件值振荡频率与充放电元件值 R、C 及及 VDD、UT+、UT- - 有关。有关。T=tT=tPLPL+t+tPHPH=RCln=RCln0VT+0VT-+RClnVDDVT-VDDVT+6.3.1由由555构成施密特触发器构成施密特触发器UT+ = 2/3 VCC UT- - = 1/3 VCC UT = UT+ - - UT- - = 1/3 VCCOuO/Vt 例例 试对应输入波形画出试对应输入波

11、形画出下图中输出下图中输出波形。波形。184355557+12V0.01 FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT- -abcdefUOH解：解：UT+ = 2/3 VCC = 8 VUT- - = 1/3 VCC = 4 V因此可画出输出波形为因此可画出输出波形为 电路构成反相输出的施密特触发器电路构成反相输出的施密特触发器如图所示是路灯自动控制系统，光敏电阻的阻值与光照程度成反比。当黄昏光照弱时，路灯自动点亮；清晨光照达到一定强度后，路灯自动熄灭。一压力控制系统，压力传感器将压力信号转变成一压力控制系统，压力传感器将压力信号转变成0 - 5V的电压信号的电压

12、信号Vi。当压力增加使。当压力增加使Vi上升到上限值上升到上限值Vmax （5V）时，控制气阀）时，控制气阀QF开启开启TQF时间减压；时间减压；当压力减小使当压力减小使Vi下降到下限值下降到下限值Vmin（=Vmax）时，控）时，控制气泵制气泵QB开启开启TQB时间加压；压力在上、下限范围内，时间加压；压力在上、下限范围内，则不对气泵、气阀控制。压力上限的参考电压则不对气泵、气阀控制。压力上限的参考电压Vmax可可以通过电位器以通过电位器Rw调节。调节。555定时器连接成施密特触发器，输入压力检测信号定时器连接成施密特触发器，输入压力检测信号Vi，控制端，控制端CON接电位器接电位器Rw以调节压力上限参考值。以调节压力上限参考值。555定时器输出控制两个单稳触发器：定时器输出控