数字电路脉冲信号的产生与整形

自动返回
稳定状态
稳定状态
学习的重点：为什么会自动返回？需多少时间？
5.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理
ui
1 uo1 R
A 2 uo2
ui
C
0
uo1
t1
t
在 ui 脉冲到来以前，uo1是高
电平，uo2是高电平。
0
t
ui 正
uo1 负跳变
uA
跳变
uA 不
uo2负
UT
突变
跳变
0
t
uo2
C放电
uA下降直到UT
uo2上跳； uA继续下降
0
t
讨论：对 uA 的放电快慢有无约束?
ui
ui
1 uo1 R
A 2 uo2
0
C
uo1
t1 t2
t
回答: 有! …...
原因：若C 的放电太慢，在 t1 ~
0
uA
t3 期间， 变 量 uA>UT , 在图中所示的情况下， uo2
UT 0
的上升边将由ui的下降边 uo2
控制，故必须改进电路!
0
t
t3
t
t
ui
1 uo1 R
A 2 uo2
C
(a)
ui'
& 3
ui
uo1 R
1
A 2 uo2 4
( b) C
uo4
1
1&
ui'
1
3 0
ui
01
10
uo1 R
1
A 2 uo2
1C
1
0 0
1
4 uo4
0
1
0
5.4.2 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。例如“ 延时控制 ”:
T = 2.2 RC
t
t
5.3.2 RC 耦合式振荡器 uo1
uR1 uo1 uR2
0
t
1
C1 R1
C2
2
R2
uo2 uR2
UT
t
0
微分电路
uo1
C1 C2
uo2
uo2
t
0
1
2
uR1
uR2
uR1
R1 R2
UT 0
t
uo1
C1 C2
uo2
1
uR1
( a ) R1
2
uR2
R2
该电路有两个缺点:
1. 不容易起振;
& uo1 & uo2 &
uo3
1
2
3
uo1 uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
工作原理 uo
0
uo1
0
uo2
0
uA
UT 0U
0 1
uo1
uo2 100 A RS 1 10
1
2
t
0 1
1 0
R
3 uo
C
t
t
t
uo
0
uo1
0
uo2
0
uA
UT
0
T
uo1
uo2
A RS
1
2
100 R
3 uo
t
C
输出信号的周期 t 近似为:
第五章 脉冲信号的产生与整形
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5
概述 单脉冲的产生 多谐振荡器 单稳态触发器 555定时器及其应用
§5.1 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。
R1
R2
C1
1
2
石英晶体 C2
uo
其振荡频率主要取决于石英晶体的固有频率
§5.4 单稳态触发器
单稳态触发器简称“单稳” 。
单稳的突出特点是： 输出端只有一个稳定状态， 另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后,它可 以由稳定状态转入暂稳态，但是， 经过一定时 间以后，它又会自动返回原来的 稳定状态。
百度文库
暂稳态 外部触发
& uo1 & uo2 &
uo3
1
2
3
工作原理：
设 uo3 的初始 状态为 0:
01
& uo1 & uo2 &
1 10
2 01
3
用波形图来表示uo3 ，则为： uo3
0 10 uo3
1 0
t 0 优点: 电路结构简单，所用元件少。 缺点: 频率太高，并且不可调整。
改进方法：在原电路的基础上添加 RC 延时电路，便 可以克服上图的不足。
2
uR2
R2
为获得稳定的振荡频率, 可 在振荡电路中串接石英晶 体，组成石英晶体振荡器， 如图( c )所示。
uo1 C1
uo2 C2
R1
1
2
R2
( b)
R1
R2
C1
1
2
uo
石英晶体 C2 ( c)
X
X>0感性
0
f
X<0容性
石英晶体的等效电路 石英晶体的阻抗与频率特性
石英晶体的化学成分是SiO2 ,晶格结构为各向异性，是 一种具有压电效应的晶体。由石英晶体的阻抗与频率特 性曲线可见石英晶体的 选频特性很好。
压电效应: 在晶体切片的两个对应面上加上交变电压时,晶体会出现 机械变形振动并产生交变电场,这种现象就是压电效应。 当外加电压的频率与晶体的固有频率相同时,其机械变形 的幅度和交变电场幅度就都达最大,发生压电谐振。 晶体的固有频率：取决於晶体的几何尺寸。
石英晶体振荡器常用 作数 字系统的基准信号。
§5.2 单脉冲的产生
+VC
C
S
F
按钮按放一次，便产生一个单脉冲。
但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动现象， 使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波 用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电 路没有实用价值。
Q
Q
&
&
＋5V
工作原理：
不按按钮时，Q＝0； 按下按钮时，锁定器翻转，Q＝1； 松开按钮后，回到Q＝0。
可见：按钮动作一次，Q端就输出 一个正脉冲。
S
Q
改进的单脉
冲发生电路
Q
§5.3 多谐振荡器
多谐振荡器,它可以由分立元件构成，也 可以由集成电路构成，本节只讨论由集成电路 构成多谐振荡器。
5.3.1 环形振荡器
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:
5.5.1 555定时器的工作原理
首先介绍555定时器的内部电路结构。
555定时器的内部电路包括以下几部分 ：
（1） 一个由三个相等电阻组成的分压器; （2）两个电压比较器: A1、A2 ; （3）一个 RS 触发器; （4）一个反相器和一个晶体管T。
2. 电路振荡频率的稳定 性较 差,容易受温度、元件性能、 电源波动等因素的影响。
uo1 C1
uo2 C2
为便于起振，将两个电 阻 改接成如图( b)示。
只要适当选择它们的大小，
R1
1
2
R2
使两个与非门的静态工作 点均处于转移特性的中点，
( b)
起振便比较容易。
uo1
C1 C2
uo2
1
uR1
( a ) R1
CP A B C D E F G
H t0
Q1 Q2
移位寄存 器串行输
入为1
H灯上升 沿触发Q1
Q1的下降 沿触发Q2
循环重 新开始
t1
t2
移位寄存 器清零
t3
§5.5 555定时器及其应用
555定时器的特点：是将模拟电路和数字电路集成 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。
时钟
A B CD
CP QA QB QC QD
74LS194 ( 1 )
CLR
+ 5V
移位输入
R
S0 S1
R2 C2
EFG H
CP QA QB QC QD
74LS194 ( 1 )
CLR R
S0 S1
R1 C1
R1、C1 、 R2、 C2用于调节 延长的时间。
DW2
Q2
A
Q1 DW1 B A
用波形图表示如下: