第五章 脉冲信号的产生与整形.pptVIP

* * 第五章 脉冲信号的产生与整形 §5.1 概述 §5.2 单脉冲的产生 §5.3 多谐振荡器 §5.4 单稳态触发器 §5.5 555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。 §5.2 单脉冲的产生 +VCC F S 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。 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。 Q Q 工作原理： S ＋5V Q Q 改进的单脉冲发生电路 §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: 3 2 1 uo3 uo2 uo1 设 uo3 的初始状态为 0: 0 1 0 1 0 1 用波形图来表示uo3 ，则为： 0 t uo3 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。 3 2 1 uo3 uo2 uo1 工作原理： 0 1 1 0 0 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。 3 2 1 uo3 uo2 uo1 A 1 2 3 R RS 100? C uo1 uo uo2 工作原理 A 1 2 3 R RS 100? C uo1 uo uo2 t 0 t uo 0 t uo2 0 t uo1 0 UT U 1 1 0 1 1 0 0 0 1 uA A 1 2 3 R RS 100? C uo1 uo uo2 T 输出信号的周期近似为: T = 2.2 RC t 0 t uo 0 t uo2 0 t uo1 0 uA UT 5.3.2 RC 耦合式振荡器 0 t 0 t 0 t 0 t uo1 uR1 uR2 uo2 UT UT R2 1 2 R1 C2 C1 uR2 uR1 uo2 uo1 1 2 R1 R2 C1 C2 uR2 uR1 uo2 uo1 微分电路 该电路有两个缺点: 1. 不容易起振; 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。 为便于起振，将两个电 阻改接成如图( b)示。 ( a ) R2 1 2 R1 C2 C1 uR2 uR1 uo2 uo1 1 2 R1 R2 C2 C1 uo2 uo1 ( b) 只要适当选择它们的大小，使两个与非门的静态工作点均处于转移特性的中点，起振便比较容易。 ( a ) R2 1 2 R1 C2 C1 uR2 uR1 uo2 uo1 1 2 R1 R2 C2 C1 uo2 uo1 ( b) 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。 1 2 R1 R2 C2 C1 uo 石英晶体 ( c) 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。 f X X0感性 X0容性 0 石英晶体的阻抗与频率特性 石英晶体的等效电路 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。 压电效应: 石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号。 uo 1 2 R1 R2 C2 C1 石英晶体 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。 稳定状态 稳定状态 暂稳态 自动返回 外部触发 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 0 t ui uo1 uA uo2 0 t 0 t 0 t t1 在 ui 脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。 A uo1 uo2 R C 1 2 ui ui 正跳变 uo1 负跳变 uA 不