脉冲电路课件数字电路

脉冲电路课件数字电路1第1页，共26页，2023年，2月20日，星期四第二节555定时器及其应用一、555定时器的电路结构与功能555电路又称为集成定时器。1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS型产品。它们产品型号的最后3位数码都是555.如：CB555是国产双极型电路；CH7555是CMOS型电路。清零端控制电压阈值端、高触发端触发端、低触发端放电端CB555电路结构图双极型555电路CMOS型555电路电源电压范围最大负载电流5—16V3—18V200mA4mA2第2页，共26页，2023年，2月20日，星期四RDTHTRTD状态低导通1>>低导通1导通<<低（不变）高截止11<>>高截止（不变）VCOVCO2电路的功能：当在VCO端外接控制电压时，阈值电压将变化：变为VCO;变为VCO/2。有两个阈值电压：VR1=2VCC/3VR2=VCC/3随着TH端和TR端的电压不同，其工作状态将发生变化：<2VCC/3VCC/303第3页，共26页，2023年，2月20日，星期四二、构成施密特触发器（SchmittTrigger）（一）电路的特点：1.输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入电平不同。2.在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿很陡。工作原理：分析输入电压由0V上升到VCC和由VCC下降到0V时，电路状态如何变化。将TH端和TR端并联作输入端，接输入电压4第4页，共26页，2023年，2月20日，星期四0t0tVCCVCC/32VCC/3VT+:正向阈值电压或上限阈值电压VT-:负向阈值电压或下限阈值电压V=VT+-VT-：回差电压传输特性若改变VCO值VT+,VT-的值将改变。VOH0.01特点：由于有比较器，允许输入信号慢变化；由于有触发器，输出端边沿好。VT+VT-5第5页，共26页，2023年，2月20日，星期四（二）施密特触发器的应用1.波形变换2.脉冲整形3.脉冲鉴幅波形变换脉冲整形脉冲鉴幅6第6页，共26页，2023年，2月20日，星期四（三）其他类型的施密特触发器用门电路也可构成施密特触发器；还有集成的施密特触发器,如书上的7413，4输入与非门。用门电路构成的施密特触发器已很少使用，这里不作介绍。集成施密特触发器既有TTL型，也有CMOS型。如74LS14是集成施密特触发六反相器；74LS132是施密特触发的四－2输入与非门。如CC40106是集成施密特触发六反相器；CC4093是施密特触发的四－2输入与非门。7第7页，共26页，2023年，2月20日，星期四三、构成单稳态触发器(Monostabletrigger)（一）单稳态触发器的特点1.有两个状态——稳态、暂稳态；2.在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回；3.暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。单稳态触发器tWtW由电路内部参数决定暂稳态稳态8第8页，共26页，2023年，2月20日，星期四RC（二）工作原理1.稳态=VH,设TD工作在饱和状态，则：VC=VTH=0V,555电路处于保持状态，且一定是VO=VL，这是因为若假设TD截止，则不合理。2.触发555电路状态翻转为VO=VH此时TD截止，VC保持0V不变。3.暂稳态电容C充电=VIL充其三要素为：(0)=0V,()=VCC，=RCVCC+下页9第9页，共26页，2023年，2月20日，星期四当=2/3VCC时，555电路翻转为输出VL,而保持不变。5.恢复由于TD导通，电容C向TD放电，使迅速下降为0V。4.自动返回上页VCCRC充+10第10页，共26页，2023年，2月20日，星期四(t)（三）参数计算VCCtW1.脉冲宽度tW得到公式：tWVCC0V2.恢复时间tre:tre=(3~5)rcec3.分辨时间td:td=tw+tretre（四）电路特点：窄脉冲触发。触发脉冲的最小周期触发脉冲宽度要小于输出脉冲宽度RC2/3VCC11第11页，共26页，2023年，2月20日，星期四t0VCCRC若条件不满足可在输入端加微分电路：12第12页，共26页，2023年，2月20日，星期四（五）应用1.整形——改变输入脉冲的占空比。2.定时（延时）控制脉冲被测脉冲&单稳计数器CP输出频率值例1：数字频率计。例2：延时触发单稳一单稳二ttt000tW2tW1能输出固定宽度的脉冲。宽度为1秒的正脉冲延迟时间为tW1，输出脉宽为Tw2.13第13页，共26页，2023年，2月20日，星期四（六）其他类型的单稳态触发器用门电路可构成单稳态触发器；也有集成的单稳态触发器。1.集成单稳态触发器既有TTL电路产品，也有CMOS电路产品。介绍74121。只介绍如何使用。有三个输入端：A1,A2为下降沿触发输入端；B为上升沿触发输入端。有两个互补的输出端VO、VO。电容需外接；电阻可选择内部的，也可外接。接法如图。可用功能表或波形图说其起工作原理。14第14页，共26页，2023年，2月20日，星期四保持A端触发B端触发15第15页，共26页，2023年，2月20日，星期四工作波形：输出脉宽的计算：从器件手册可查到计算公式。74121的公式如下：tW0.69RextCextRext的取值在2K到30K之间；Cext的取值在10pF到10F之间。tW的范围在20nS到200mS之间。也可使用内部电阻Rint代替外接电阻Rext。Rint约为2K。74121是不可重复触发的。而74122是可重复触发的。见图示。16第16页，共26页，2023年，2月20日，星期四2.CMOS微分型单稳态触发器（1）工作原理输入端微分电路提取的上升沿。稳态：=VDD，=0，=0。触发：暂稳态：=0，=VDD，=VDD。i充C充电VDD三要素为：(0)=0，()=VDD，=RC。自动返回：条件：＝VTH。+17第17页，共26页，2023年，2月20日，星期四i充VDD=0，=VDD，VDD。恢复过程：电容C放电至起始状态。所用时间为：Tre=(3~5)CRON（2）计算脉宽tW等于由0V上升到VTH所用的时间：门G1的输出电阻0.5VDD取消输入微分电路会使输出后沿变坏。+18第18页，共26页，2023年，2月20日，星期四四、构成多谐振荡器(Astablemultivibrator)t2（一）多谐振荡器的特点（二）电路的原理刚接通电源：=0V,TD截止。此时为暂稳态1：i充C充电VCC三要素为：(0)=0V[1/3VCC]()=VCC充=(R1+R2)C在t1时刻=2/3VCC，555电路翻转。t1C放电0i放=VH，进入暂稳态2—=VL，TD导通。+不需输入信号即可产生矩形脉冲。19第19页，共26页，2023年，2月20日，星期四三要素为：(0)=2/3VCC，()=0V，放=R2C在t2时刻=1/3VCC，555电路翻转。（三）计算周期—T=T1+T2i充i放充1/3vcc2/3vcc占空比：+f=1/TVCCt10t2VCCt10t220第20页，共26页，2023年，2月20日，星期四（四）改进电路占空比可调的多谐振荡器T1=R1Cln2T2=R2Cln2q=T=(R1+R2)Cln2解：可选VCC=5V由q公式，且q=2/3可求出：R1=R2由于T=(R1+2R2)Cln2R1=48K选C=10F代入上式求出R2=R1=48K上述电路占空比始终大于50%,且不可调。例：用CB555设计多谐振荡器。要求T=1s,3v<vM<5v,占空比q=2/3。C选择原则:过大则漏电流大过小则电阻太大二者均可使周期不准21第21页，共26页，2023年，2月20日，星期四（五）用门电路构成的多谐振荡器1.非对称式多谐振荡器(1)工作原理采用CMOS门；RF使门1工作在转折区。因此门2也工作在转折区，电容C引入正反馈，使电路振荡。设t1时刻G1输出低电平、G2输出高电平。定为暂稳态2。当＝VTH时，产生连锁反应：随之电路进入暂稳态1。见下页图。C充电VDD0i充＋－＋－22第22页，共26页，2023年，2月20日，星期四C放电=VDD，=0，=VTH－VDD。在t2时刻：在暂稳态1：t1t2i放三要素为：放=RFC。t3在t3时刻＝VTH，又发生连锁反应，进入暂稳态2：(0)=VTH＋VDD，在暂稳态2，C充电的三要素为：(0)=VTH－VDD，()=VDD，充＝RFC()=0VDD0＋＋－－回前页23第23页，共26页，2023年，2月20日，星期四(2)周期计算：T=T1+T2RFC1.1=ttWIIIIW)()()0()(ln1111-¥-¥=uuuut将前面的三要素代入下面的公式，即可求出T1和T2：V00－VTH－VDDRFCTHln-=T2RFC1.1=VVDDVDD－VTH+VDDRFCTHln-=T1T=2.2RFC思考：若将RP短路，会发生什么情况？用TTL门构成这种多谐电路也可，但分析较复杂。(0)=VTH＋VDD，暂稳态2，C充电的三要素为：充＝RFC()=0()=VDD，放=RFC。(0)=VTH－VDD，暂稳态1中，C放电三要素：24第24页，共26页，2023年，2月20日，星期四2.石英晶体多谐振荡器符号构成：在对称式多谐振荡器的反馈回路中串入石英晶体。石英晶体电抗的频率特性如图。f0称为固有频率。特点：f0的稳定度极高～可达10－10～10－11（f0/f0）。因此可构成高精度多谐振荡器。从而克服了其他振荡器频率稳定度低、抗干扰能力差的缺点。原理：只有振荡频率等于f0时，晶体的阻抗为0