安大考研數(shù)字電路邏輯8

1、9.1脈沖信號與脈沖電路第第9章章脈沖單元電路9.1.19.1.1脈沖信號脈沖信號狹義地說，狹義地說，脈沖波形脈沖波形是指一種持續(xù)時間極短的電壓或電流是指一種持續(xù)時間極短的電壓或電流波形；波形；廣義上，凡不具有連續(xù)正弦波形狀的信號，幾乎都可以通廣義上，凡不具有連續(xù)正弦波形狀的信號，幾乎都可以通稱為稱為脈沖波形脈沖波形。(a)(b)(c)(d)(e)圖10- -1- -1 脈沖波形trtfVmtwT0.9Vm0.5Vm0.1Vm圖10- -1- -2 實(shí)際的矩形脈沖波形脈沖休止期脈沖休止期脈寬脈寬周期周期上升時間上升時間(前沿前沿)下降時間下降時間(后沿后沿)9.1.29.1.2脈沖電路脈沖電路

2、脈沖電路脈沖電路是用來產(chǎn)生和處理脈沖信號的電路。是用來產(chǎn)生和處理脈沖信號的電路。脈沖電路可以用分立晶體管、場效應(yīng)管作為開關(guān)和脈沖電路可以用分立晶體管、場效應(yīng)管作為開關(guān)和RCRC或或RLRL電路構(gòu)成，電路構(gòu)成，也可以由集成門電路或集成運(yùn)算放大器和也可以由集成門電路或集成運(yùn)算放大器和RCRC充、放電電充、放電電路構(gòu)成。路構(gòu)成。常用的有脈沖波形的產(chǎn)生、變換、整形等電路，常用的有脈沖波形的產(chǎn)生、變換、整形等電路，如如: :雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器、射雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器、射極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（施密特電路）及鋸齒波電路。極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（施密特電路）及鋸齒波電路

3、。9.2集成門構(gòu)成的脈沖單元電路9.2.19.2.1施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的電路。是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的電路。它有兩種穩(wěn)定工作狀態(tài)，它有兩種穩(wěn)定工作狀態(tài)，觸發(fā)器處在哪一種工作狀態(tài)，取決于輸入信號電平的高低。觸發(fā)器處在哪一種工作狀態(tài)，取決于輸入信號電平的高低。vOvIVTVT+VGS(th)2 VGS(th)R1R2圖10- -2- -2 施密特觸發(fā)器 電壓傳輸特性TTTT)(VVVV，遲滯特性的差值稱為回差電壓、下限觸發(fā)電平施密特觸發(fā)器的上當(dāng)輸入信號由低電平逐步上升到某一電平（當(dāng)輸入信號由低電平逐步上升到某一電平（V VT+T+）時，電路）

4、時，電路狀態(tài)發(fā)生一次轉(zhuǎn)換；狀態(tài)發(fā)生一次轉(zhuǎn)換；當(dāng)輸入信號由高電平逐步下降到某一電平（當(dāng)輸入信號由高電平逐步下降到某一電平（V VT-T-）時，電路）時，電路狀態(tài)又會發(fā)生轉(zhuǎn)換。狀態(tài)又會發(fā)生轉(zhuǎn)換。兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平是不同的。是不同的。vItOvOtOVTVT圖10- -2- -6 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(1) (1) 波形變換波形變換將輸入的正弦波、三角波、鋸齒波等變換成矩形波輸出。將輸入的正弦波、三角波、鋸齒波等變換成矩形波輸出。vItOvOtOVTVT圖10- -2- -7 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形整形(a)vItOvO

5、tOVTVT(b)vItOvOtOVTVT(c)(2) 脈沖整形脈沖整形當(dāng)矩形脈沖經(jīng)過傳輸后因以下原因發(fā)生畸變，可通過施密當(dāng)矩形脈沖經(jīng)過傳輸后因以下原因發(fā)生畸變，可通過施密特觸發(fā)器的整形獲得滿意的矩形脈沖波形。特觸發(fā)器的整形獲得滿意的矩形脈沖波形。(a) (a) 傳輸線上電容較大，波形的上升和下降沿變壞；傳輸線上電容較大，波形的上升和下降沿變壞；(b) (b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿產(chǎn)生振蕩；阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿產(chǎn)生振蕩；(c) (c) 受到干擾，脈沖波形上疊加有噪聲。受到干擾，脈沖波形上疊加有噪聲。圖10- -2- -8 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)脈沖鑒幅vItOvOtOVTV

6、T(3) 脈沖鑒幅脈沖鑒幅只有當(dāng)輸入脈沖信號的幅度大于施密特觸發(fā)器上限觸發(fā)電只有當(dāng)輸入脈沖信號的幅度大于施密特觸發(fā)器上限觸發(fā)電平時，在輸出端才產(chǎn)生輸出信號。平時，在輸出端才產(chǎn)生輸出信號。9.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器o單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和和暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。兩個不同的工作狀態(tài)。o在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，o維持一段時間后，電路又能自動地翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)。維持一段時間后，電路又能自動地翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)。o暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外界暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖

7、無關(guān)。觸發(fā)脈沖無關(guān)。CRvOvI圖10- -2- -15 施密特觸發(fā)器構(gòu)成 的單穩(wěn)態(tài)電路及其工作波形A1vItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)(3) (3) 施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)當(dāng)vI=0時，輸出時，輸出vO=VOL=0V，這是穩(wěn)定狀態(tài)。這是穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)vI的正脈沖加到輸入端時，的正脈沖加到輸入端時，vA隨隨之上跳，之上跳，只要上跳的幅值大于只要上跳的幅值大于VT+，則輸出，則輸出vO=VDD。觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。CRvOvI圖10- -2- -15 施密特觸發(fā)器構(gòu)成 的單穩(wěn)態(tài)電路及其工作波形A1v

8、ItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)隨著電容隨著電容C充電，充電，vA電位指數(shù)下降，電位指數(shù)下降，一旦達(dá)到一旦達(dá)到VT-，施密特觸發(fā)器發(fā)生自，施密特觸發(fā)器發(fā)生自動翻轉(zhuǎn)，動翻轉(zhuǎn)，vO=VOL=0V，返回至穩(wěn)態(tài)。，返回至穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為:TIHlnWVVRCt圖10- -2- -16 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 通用邏輯符號1圖10- -2- -17 非可重觸發(fā)單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器波形vItOvOtOtWtWA B CD集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為非可重觸發(fā)非可重觸發(fā)和和可重觸發(fā)可重觸發(fā)兩種類型。兩種類型。非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器非可重觸發(fā)單

9、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間暫穩(wěn)態(tài)定時時間tW之內(nèi)，若有新的之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，電路不會產(chǎn)生任何觸發(fā)脈沖輸入，電路不會產(chǎn)生任何響應(yīng)。響應(yīng)。只有在電路返回到穩(wěn)態(tài)后，電路才只有在電路返回到穩(wěn)態(tài)后，電路才受輸入脈沖信號作用。受輸入脈沖信號作用。輸出信號脈沖的寬度為輸出信號脈沖的寬度為tW。輸入脈沖輸入脈沖暫穩(wěn)態(tài)定時時間暫穩(wěn)態(tài)定時時間圖10- -2- -18 可重觸發(fā)單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器波形vItOvOtOtWABCtWtWt可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間tW之內(nèi)，若之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)。有新的觸發(fā)脈沖

10、輸入，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)。電路在受到電路在受到A輸入脈沖觸發(fā)后，電輸入脈沖觸發(fā)后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)tW期間，經(jīng)期間，經(jīng)t(t v v- -，則輸出為高電平，反之輸則輸出為高電平，反之輸出為低電平。出為低電平。基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器置置0 0端，低電平有效端，低電平有效泄放三極管，為外接電容泄放三極管，為外接電容提供充、放電回路。提供充、放電回路。輸出緩沖器，起整形和提高負(fù)載能力的作用。輸出緩沖器，起整形和提高負(fù)載能力的作用。和和分分壓壓，分分別別為為參參考考電電壓壓，由由分分壓壓電電阻阻CC31CC32VVVCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2

11、)vO(7)vO圖10- -3- -2 用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器(1)(3)vIVCCF01. 09.3.29.3.2用用555555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器vIOtCC32VCC31V+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器vI由分析可知：由分析可知：o該電路可以完成波形變換等功能，該電路可以完成波形變換等功能，o其上限觸發(fā)電平為：其上限觸發(fā)電平為：o下限觸發(fā)電平為：下限觸發(fā)電平為：o回差為：回差為：CC32TVV CC31-TVV CC31T

12、VV VCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2)vO(7)vO圖10- -3- -4 用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)(3)vIVCCF01. 0RC9.3.39.3.3用用555555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIoTD三極管的集電極三極管的集電極輸出輸出vO(7)端通過電端通過電阻阻R接接VCC，構(gòu)成反，構(gòu)成反相器。相器。oTD 反相器輸出端反相器輸出端vO(7) 接電容接電容C到地，到地，o

13、同時同時vO(7) 和和vI1(6)端連接在一起，構(gòu)端連接在一起，構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。CR+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIo當(dāng)當(dāng)vI=VCC時，時，vC2輸輸出高電平。出高電平。o設(shè)起始狀態(tài)設(shè)起始狀態(tài)vC=0oVCC通過通過R對對C充電，充電，使使vI1(6)電位上升，電位上升，o當(dāng)電位大于當(dāng)電位大于(2/3) VCC 時，時，vC1輸出低電平，輸出低電平，ovO為低電平。為低電平。CR+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO845

14、6271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIo同時，同時，TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通通過過TD 放電，放電，o當(dāng)當(dāng)vC小于小于(2/3)VCC時，時，vC1輸出高電平，輸出高電平，o最后最后C放電至放電至0，達(dá)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。到穩(wěn)態(tài)。CR+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vICR當(dāng)當(dāng)vI下降沿到達(dá)時，下降沿到達(dá)時，vI=0，vC2輸出低電平，使得輸出輸出低電平，使得輸出vO為高電平。為高電平。電路受觸發(fā)發(fā)生一次

15、翻轉(zhuǎn)。電路受觸發(fā)發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。由于由于G1輸出低電平，使輸出低電平，使TD截止，截止，VCC通過通過R對對C充電，電路充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。電容充電使得電容充電使得vC(vI1)電位電位上升。上升。+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vICR當(dāng)當(dāng)vC(vI1)(2/3)VCC時，時，vC1輸出低電平，輸出低電平，使得輸出使得輸出vO為低電平，為低電平，同時，同時，TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過TD 放電，放電，當(dāng)當(dāng)vC小于小于(2/3)VCC時，時，vC1輸出

16、高電平，輸出高電平，最后最后C放電至放電至0，電路自動翻轉(zhuǎn)一次，電路自動翻轉(zhuǎn)一次，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，恢復(fù)到穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。態(tài)。由分析可知，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為由分析可知，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為RCRCtVVV1 . 1lnCC32CCCCW VCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2)vO(7)vO圖10- -3- -6 用555定時器構(gòu)成自激 多諧振蕩器(1)(3)VCCF01. 0R2CR1(a)CvO1(b)11VCCR1R29.3.49.3.4用用555555定時器構(gòu)成多諧振蕩器定時器構(gòu)成多諧振蕩器將將vI1(6)和和vI2(2)連在一起，作連在一起，作為輸入信號為輸入信號vI，

17、構(gòu)成施密特，構(gòu)成施密特電路形式。電路形式。將將TD輸出端輸出端(7)通過電阻通過電阻R1接接到到VCC，構(gòu)成反相器形式，構(gòu)成反相器形式(OC門門)；其輸出再經(jīng)過其輸出再經(jīng)過R2C積分電路反積分電路反饋至饋至vI，構(gòu)成自激多諧振蕩，構(gòu)成自激多諧振蕩器。器。+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555構(gòu)成的自激多諧振蕩器構(gòu)成的自激多諧振蕩器o接通電源時，設(shè)起始接通電源時，設(shè)起始狀態(tài)狀態(tài)vC=0 ovI1(6)和和vI2(2)為低電為低電平，平，ovC1為高電平，為高電平，vC2為為低電平

18、，低電平，ovO為高電平。為高電平。oVCC通過通過(R1+R2)對對C充電，充電，o電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。C+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555構(gòu)成的自激多諧振蕩器構(gòu)成的自激多諧振蕩器o當(dāng)電容充電使得當(dāng)電容充電使得vC(2/3)VCC時，時，ovC1輸出低電平，輸出低電平，ovO翻轉(zhuǎn)為低電平，翻轉(zhuǎn)為低電平，o電路發(fā)生一次自動翻電路發(fā)生一次自動翻轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。C+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555構(gòu)成的自激多諧振蕩器構(gòu)成的自激多諧振蕩器o同時，由于同時，由于G1輸出高輸出高電平，使得電平，使得TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，oC通過通過R2、TD放電，電放電，電路進(jìn)入另一暫穩(wěn)態(tài)。路進(jìn)入另一暫穩(wěn)態(tài)。o當(dāng)電容放電使得當(dāng)電容放電使得vC(1/3)