《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》PPT課件及教案,電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能,電子技術(shù),基礎(chǔ),技能,PPT,課件,教案 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 第10章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換 教學(xué)重點(diǎn) 1. 了解脈沖波形的主要參數(shù)及常見(jiàn)脈沖波形。 2. 了解非門組成的多諧振蕩器的電路形式和工作原理。 3. 了解石英晶體多諧振蕩器電路的構(gòu)成。 4. 掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。 5. 掌握施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)。 6. 會(huì)測(cè)試集成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)。 7. 了解555時(shí)基電路的電路框圖和引腳功能，掌握555時(shí)基電路的邏輯功能。 8. 掌握555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的電路構(gòu)成，理解其工作原理。 教學(xué)難點(diǎn) 1. 用集成門電路搭接多諧振蕩器。 2. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能及其應(yīng)用。 3. 集成施密特觸發(fā)器的功能及其應(yīng)用。 4. 555時(shí)基電路的典型應(yīng)用； 學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 內(nèi) 容 學(xué) 時(shí) 1 10.1常見(jiàn)的脈沖產(chǎn)生電路 4 2 10.2 555時(shí)基電路及應(yīng)用 4 3 技能實(shí)訓(xùn)：用555時(shí)基電路制作雙音報(bào)警器 4 4 本章總學(xué)時(shí) 12 10.1 常見(jiàn)的脈沖產(chǎn)生電路 10.1.1 脈沖的基本概念 1．脈沖的概念 脈沖是指一種瞬間突變、持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流信號(hào)。它可以是周期性變化的，也可以是非周期性的或單次變化的。常見(jiàn)的幾種脈沖波形，如圖所示。 2. 矩形脈沖波的參數(shù) （1）理想矩形波 脈沖幅值Vm、脈沖重復(fù)周期T和脈沖寬度tw （2）實(shí)際的矩形波 脈沖幅值Vm ； 脈沖上升時(shí)間tr ； 脈沖下降時(shí)間tf ； 脈沖寬度tw ； 脈沖周期T ； 其倒數(shù)為脈沖的頻率f，f =。 占空比D ， D =，占空比為50%的矩形波即為方波。 10.1.2 多諧振蕩器 不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能產(chǎn)生一定頻率和一定寬度的矩形波脈沖。 1． 集成門電路組成的多諧振蕩器 兩個(gè)非門接成RC耦合正反饋電路，使之產(chǎn)生振蕩。RC的另一個(gè)重要作用是組成定時(shí)電路，決定多諧振蕩器的振蕩頻率和脈沖寬度。 振蕩周期的估算：T≈1.4RC 在實(shí)際應(yīng)用中，常通過(guò)調(diào)換電容C的容量來(lái)粗調(diào)振蕩周期，通過(guò)改變電阻R的值來(lái)細(xì)調(diào)振蕩周期，使電路的振蕩頻率達(dá)到要求。 做一做：非門組成的多諧振蕩電路的測(cè)試 2． 石英晶體多諧振蕩器 做一做：CC4011構(gòu)成石英晶體振蕩器的測(cè)試 10.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 定義：是指有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的波形變換電路。 工作特性： 第一：它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（簡(jiǎn)稱穩(wěn)態(tài)）和一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài)（簡(jiǎn)稱暫穩(wěn)態(tài)）。若無(wú)外界觸發(fā)脈沖作用，電路將始終保持穩(wěn)定狀態(tài)； 第二：在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)； 第三：暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短通常都是靠RC 電路的充、放電過(guò)程來(lái)維持的。與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。 1． 74LS121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）邏輯符號(hào)和引腳排列 A1、A2和B為三個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端， v0和是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端，vO為正脈沖輸出端，為負(fù)脈沖輸出端。 Rext/Cext、Cext是外接定時(shí)電阻和電容的連接端。 Rint是74LS121內(nèi)部2kΩ的定時(shí)電阻的引出端。 NC為空引腳，VCC為電源端，GND為接地端。 （2）邏輯功能 2．74LS123集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）邏輯符號(hào)和引腳排列 1 1 A 2 1 B 3 1 R D 4 1 Q 5 2 Q 6 2 C ext 7 74LS123 16 V CC 15 14 13 1 R ext /C ext 12 11 8 2 B 10 9 GND 2 R ext /C ext 1 C ext 1 Q 2 Q 2 R D 2 A C ext 1 Q 1Q 74LS123 VCC R T C T (15) (14) (4) (13) 1 B 1 A 1 R D (2) Cext /Rext (3) (16) (1) (a)引腳排列圖 (b)邏輯符號(hào) 內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個(gè)電路分別具有各自的正觸發(fā)輸入端B、負(fù)觸發(fā)輸入端、復(fù)位輸入端、外接電容端Cext、外接電阻/電容端Rext/Cext、輸出端Q和端。 （2）邏輯功能 輸入 輸出 工作特征 B Q 0 × × 0 1 復(fù)位清零 1 0 上升沿觸發(fā) 1 1 下降沿觸發(fā) 0 1 上升沿觸發(fā) × 1 × 0 1 穩(wěn)定狀態(tài) × × 0 0 1 3．集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例 （1）定時(shí)控制 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)脈沖信號(hào)可控制電子開(kāi)關(guān)在規(guī)定的時(shí)間動(dòng)作，達(dá)到定時(shí)的目的。如圖所示是利用74LS123構(gòu)成的一個(gè)相片曝光定時(shí)電路，按一下按鈕開(kāi)關(guān)S，觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，繼電器J吸合,燈亮。曝光時(shí)間長(zhǎng)短即為暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間tW，可根據(jù)曝光要求設(shè)定RT、CT的參數(shù)。 定時(shí)電路 脈沖延時(shí)電路 （2）延時(shí)脈沖信號(hào) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號(hào)的上升沿時(shí)刻被觸發(fā)，輸出信號(hào)的下降沿比輸入信號(hào)的上升沿延時(shí)了tW時(shí)間，調(diào)節(jié)RC時(shí)間常數(shù)可改變延時(shí)的時(shí)間。如圖是用兩片74LS121組成的脈沖延時(shí)電路，第一級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號(hào)vI的上升沿觸發(fā)下，產(chǎn)生脈寬為tW1的信號(hào)v01輸出，再利用v01的下降沿作為第二級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，再產(chǎn)生脈寬為tW2的信號(hào)v0輸出。如圖波形所示。這樣輸出v0的信號(hào)比輸入vI的信號(hào)延時(shí)了tW1。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除應(yīng)用于定時(shí)、延時(shí)場(chǎng)合外，還可用于脈沖整形、變換脈沖寬度等場(chǎng)合，應(yīng)用范圍很廣。 10.1.4 施密特觸發(fā)器 定義：是一種靠輸入觸發(fā)信號(hào)維持的雙穩(wěn)態(tài)電路。 特點(diǎn)：電路具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)電壓升高至上限觸發(fā)電壓VT+時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)；當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào)降低至下限觸發(fā)電壓VT-時(shí)，電路就由第二穩(wěn)態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)。 類型：反相輸出施密特觸發(fā)器和同相輸出施密特觸發(fā)器。 反相輸出施密特觸發(fā)器 同相輸出施密特觸發(fā)器 1． 施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)與工作波形 （1）主要參數(shù) 上限觸發(fā)電壓(正向閾值電壓)VT+ ；下限觸發(fā)電壓（負(fù)向閾值電壓）VT- 回差電壓ΔVT= VT+－VT—?；夭铍妷涸酱?，施密特觸發(fā)器的抗干擾性越強(qiáng)。施密特觸發(fā)器的這種特性稱為滯回特性. （2）工作波形 如圖所示，當(dāng)輸入三角波時(shí)，根據(jù)施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性，可得到對(duì)應(yīng)的施密特觸發(fā)器的輸出波形。 2． CMOS集成施密特觸發(fā)器 CC40106為六施密特反相器 做一做：測(cè)試集成施密特觸發(fā)器CC40106的閥值電壓 3．施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例 （1）波形變換 三角波、正弦波及其他不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。如圖所示為用施密特觸發(fā)器將正弦波變換成同周期的矩形脈沖。 （2）脈沖整形 當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)受到干擾而發(fā)生畸變時(shí)，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖，如圖所示。 （3）脈沖幅度鑒別 如輸入信號(hào)為一組幅度不等的脈沖，可將輸入幅度大于VT+的脈沖信號(hào)選出來(lái)，而幅度小于VT+的脈沖信號(hào)則去掉了。如圖所示。 利用施密特觸發(fā)器還可以構(gòu)成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路，應(yīng)用范圍很廣。 10.2 555時(shí)基電路及應(yīng)用 10.2.1 555時(shí)基電路 1． 電路組成和引腳功能 （1）電路組成 一般由分壓器、比較器、觸發(fā)器和開(kāi)關(guān)及輸出等四部分組成。 由三個(gè)阻值為5kΩ的電阻串聯(lián)組成的分壓器（555由此得名）。 兩個(gè)電壓比較器C1和C2： v+＞v－，vo=1； v+＜v－，vo=0。 基本RS觸發(fā)器； 放電三極管T及緩沖器G。 （2）引腳功能 2． 邏輯功能 對(duì)于上述功能為便于記憶，我們把TH輸入端電壓在大于時(shí)作為1狀態(tài)，在小于時(shí)作為0狀態(tài)；而把輸入端電壓在大于時(shí)作為1狀態(tài)，在小于作為0狀態(tài)。這樣在=1時(shí)，555定時(shí)器輸入TH、與輸出Q的狀態(tài)關(guān)系可歸納為：1、1出0；0、0出1；0、1不變。 值得注意，當(dāng)vTH 、v時(shí)，電路的工作狀態(tài)不確定。在實(shí)際應(yīng)用中不允許使用，應(yīng)避免。 10.2.2 555時(shí)基電路的應(yīng)用 1．構(gòu)成多諧振蕩器 （1）電路組成 外接的R1、R2和C為多諧振蕩器的定時(shí)元件，2腳端和6腳TH端連接在一起并對(duì)地外接電容C，7腳接放電管T的集電極與R1、R2的連接點(diǎn)。 （2）工作過(guò)程 動(dòng)畫：555組成的多諧振蕩器的工作過(guò)程 （3）輸出脈沖周期 電容充電形成的第一暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw1=0.7(R1+R2)C 電容放電形成的第二暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw2=0.7R2C 所以，電路輸出脈沖周期T=tw1 +tw2=0.7(R1+2R2)C 2．構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (1) 電路組成 外接的R、C為定時(shí)元件，外加觸發(fā)脈沖vI于2腳端，6腳TH端與7腳放電管T的集電極相連，并連接在R、C之間。 (2) 工作過(guò)程 動(dòng)畫 555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過(guò)程 （3）輸出脈沖寬度tW 電容C充電形成的暫態(tài)時(shí)間為： tW=1.1RC 3．構(gòu)成施密特觸發(fā)器 (1) 電路組成 2腳端，6腳TH端短接在一起作為輸入端。通過(guò)此電路可將輸入的鋸形波或正弦波變換成矩形波輸出。 若在5腳CO端加一控制電壓，可改變電路的閾值電壓，也就改變了回差電壓ΔVT。 （2）工作過(guò)程 動(dòng)畫：555組成的施密特觸發(fā)器的工作過(guò)程 4．555時(shí)基電路的應(yīng)用舉例 （1）60s定時(shí)電路 如圖所示，當(dāng)按下按鈕S時(shí)，2腳就輸入一個(gè)小于的負(fù)脈沖，3腳輸出高電平，發(fā)光二極管LED亮。此時(shí)，開(kāi)關(guān)管V截止，電源VCC通過(guò)R1和RP對(duì)電容C充電。當(dāng)電容上電壓升高至?xí)r，電路翻轉(zhuǎn)，3腳輸出低電平，LED滅，表示定時(shí)結(jié)束。調(diào)節(jié)RP可使電路定時(shí)為60s一個(gè)周期。發(fā)光二極管LED的亮滅，表示定時(shí)過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束。 60 s 定時(shí)電路 （2）路燈光控電路 如圖所示，自然光線降低，光敏電阻阻值增大至200kW以上時(shí)，2、6腳電位大于，3腳輸出為低電平，繼電器J吸合，燈亮。燈亮后即使光敏電阻阻值在200 kW附近波動(dòng)，只要阻值不小于50 kW，電路輸出將保持不變。而當(dāng)自然光線增強(qiáng)，光敏電阻阻值減小為50 kW時(shí)，2、6腳電位小于，電路輸出為高電平，繼電器J釋放，燈滅。同樣光敏電阻阻值在50 kW附近波動(dòng)時(shí)，也不會(huì)造成繼電器J吸合。 路燈光控電路 技能實(shí)訓(xùn):用555時(shí)基電路制作雙音報(bào)警器 作業(yè)任務(wù)書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．按原理圖制作雙音報(bào)警器。 2．學(xué)習(xí)555時(shí)基電路的應(yīng)用，提高綜合應(yīng)用能力。 3．會(huì)根據(jù)原理圖繪制電路安裝連接圖。 4．掌握555時(shí)基電路的基本調(diào)試和測(cè)量方法。 二、實(shí)施步驟 繪制布線圖→清點(diǎn)元器件→元器件檢測(cè)→插裝和焊接→通電前檢查→通電調(diào)試和測(cè)量→數(shù)據(jù)記錄。 三、調(diào)試與記錄 檢查元器件安裝正確無(wú)誤后，才可以接通電源。調(diào)試時(shí)，先連線后接電源（或打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)），拆線或改線時(shí)一定要先關(guān)斷電源；電源線不能接錯(cuò)，否則將可能損壞元器件。若電路工作正常，揚(yáng)聲器就會(huì)產(chǎn)生雙音交替的報(bào)警聲。 將實(shí)訓(xùn)過(guò)程記錄在表內(nèi)。 實(shí)訓(xùn)記錄 實(shí)訓(xùn)名稱 姓名 班級(jí) 用指針式萬(wàn)用表測(cè)量555時(shí)基點(diǎn)路各引腳的電位，并觀察萬(wàn)用表指針的變化情況 IC1 ①腳/V ②腳/V ③腳/V ④腳/V ⑤腳/V ⑥腳/V ⑦腳/V ⑧腳/V IC2 ①腳/V ②腳/V ③腳/V ④腳/V ⑤腳/V ⑥腳/V ⑦腳/V ⑧腳/V 用示波器觀察555電路②腳、③腳的波形 IC2 ②腳 ③腳 制作過(guò)程 故障描述 排故方法 13