脈沖波形與變換康華光第六PPT課件

1、4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計(jì)算。1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。3、掌握555定時(shí)器的工作原理。教學(xué)基本要求第1頁(yè)/共56頁(yè)9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.1 用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用第2頁(yè)/共56頁(yè) 電路在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)： 在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài); 由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)保持,經(jīng)

2、過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第3頁(yè)/共56頁(yè) 門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分第4頁(yè)/共56頁(yè) R vO G2 & C vI2 vC Rd vI Cd G1 vd vO1 VDD vd vO1 vO G2 G1 C R VDD vI vI2 vC Rd Cd 9.1.1 用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1. 電路CMOS與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS或非門構(gòu)成的微分型單

3、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 暫穩(wěn)態(tài)為1正脈沖觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)為0負(fù)脈沖觸發(fā) 第5頁(yè)/共56頁(yè)電路處于一種穩(wěn)態(tài)： vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC Rd Cd vd 00110o =0 c =0a)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓2THDDVV 2. 工作原理：第6頁(yè)/共56頁(yè) vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC Rd Cd vd b)外加觸發(fā)信號(hào)dd =VTH產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程： vO vI vO1 vI2 迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2

4、0 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 電容充電I210第7頁(yè)/共56頁(yè)c)電容充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC Rd Cd vd 01I2I2 =VTH產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程： vI2 vO vO1 迅速使 o1 = 1 o =0電容放電c =0vo2vO1vR vI 0 t vd 0 t vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw第8頁(yè)/共56頁(yè) tw0.7RC （1） 輸出脈沖寬度tw(2) 恢復(fù)時(shí)間tre tre 3d (3) 最高工作頻率 fmax 3. 主要參數(shù)的計(jì)算 vO1 vI vO vI2 0 0

5、 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC CvC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 第9頁(yè)/共56頁(yè)4. 討論b)用TTL門電阻R的取值可以是任意的嗎？a)在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t= t2)瞬間，門G2的輸入電壓I2達(dá)到VDD+VTH，可能損壞G2門，怎么辦？采用TTL與非門構(gòu)成單穩(wěn)電路時(shí)，電阻R要小于0.7k。 vO1 G1 G2 C vI R VDD vO Cd Rd vO G3 VD 第10

6、頁(yè)/共56頁(yè)9.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒(méi)有被重復(fù)觸發(fā)第11頁(yè)/共56頁(yè) G2 A2 G1 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 Cext Rint 5 Q Q A1 a B 4 3 10 6 9 1 11 VCC 1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121觸發(fā)信號(hào)控制電路觸發(fā)信號(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接：電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容輸出緩沖電路輸出緩沖電路第12頁(yè)/共56頁(yè)輸出脈沖寬度： tw0.7RC 電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性工

7、作原理在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入,但由于G4門在此期間關(guān)閉，不會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài): Q=1 Q=0 G2 A2 G1 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 Cext Rint 5 Q Q A1 觸發(fā)信號(hào)控制電路 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 輸出緩沖電路 a B 4 3 10 6 9 1 11 VCC 1000第13頁(yè)/共56頁(yè)74121功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L邏輯功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，在B端輸入上升沿時(shí)電路被觸發(fā)B 和A1、A2、 中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平，輸入端有一個(gè)或

8、兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)第14頁(yè)/共56頁(yè)9.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 定時(shí) 該電路可用于頻率計(jì) vO 與與門門 vA vB tW 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器觸發(fā)器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 第15頁(yè)/共56頁(yè) A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延時(shí)第16頁(yè)/共56頁(yè)3. 組成噪聲消除電路 單

9、穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。 如用I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤. vI Q vO 噪聲噪聲 C R VCC Cext Rext/Cext 74121 A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 第17頁(yè)/共56頁(yè)9.2 施密特觸發(fā)器9.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器9.2.2 集成施密特觸發(fā)器9.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 第18頁(yè)/共56頁(yè)9.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。 電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減

10、少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-） 。同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器 vI vO vI vO O vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- vI 第19頁(yè)/共56頁(yè)1、電路組成2、工作原理 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I19.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2I為三角波 假定： 2THDDVV 第20頁(yè)/共56頁(yè) 108 6 4 2 0 2 4 6 8 10 VOHVDD B G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121

11、I RRRRRR00 1(1) I上升當(dāng)vI1=0， = 0VvO正向閾值電壓 (VT+): I 值在增加過(guò)程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I 的值。只要 I1 VTH，I1 (4) 當(dāng)I下降, 也下降則保持 =VOHo當(dāng) =VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋 ： I1第22頁(yè)/共56頁(yè) G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 vovI 傳傳輸輸特性曲線特性曲線 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t t vO VDD O VT VT vI 第23頁(yè)/共56頁(yè)8.2.2 集成施密特觸發(fā)器 vI vO vO， VDD TP1 TP2 TP3 TN1 TN2 TN3 vS

12、2 vS5 TP4 TN4 TP5 TN5 TN6 TP6 VDD 施施密密特特電電路路 整整形形電電路路 輸輸出出電電路路 vI vO 第24頁(yè)/共56頁(yè)8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t vT+vT- vI vO 1. 波形變換 第25頁(yè)/共56頁(yè) vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (b) vO vI 2. 波形的整形 vO vI vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (a) 第26頁(yè)/共56頁(yè) vovI o VT+ vO VOH VOL VT- 合理選擇

13、回差電壓，可消除干擾信號(hào)。 vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 3.消除干擾信號(hào)第27頁(yè)/共56頁(yè) VT- vI 0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 4. 幅度鑒別 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI oI第28頁(yè)/共56頁(yè)9.3 多諧振蕩器9.3.1 門電路組成的多諧振蕩器9.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器9.3.3 石英晶體多諧振蕩器第29頁(yè)/共56頁(yè) 開(kāi)關(guān)電路 RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本組成：開(kāi)關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（ RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開(kāi)關(guān)器件輸入端，改變電路的輸

14、出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。概述9.3 多諧振蕩器第30頁(yè)/共56頁(yè)9.3.1 門電路組成的多諧振蕩器 1. 電路組成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC vI vO1 vO C R G1 G2 CMOS門組成的多諧振蕩器.o1 =1, o =0 時(shí),電容充電, I增加;o1 =0, o =1 時(shí),電容放電, I下降;o1與o反相,電容接在o與I之間:第31頁(yè)/共56頁(yè) 2. 工作原理DDTH0O 2NFFVVVV假定 電路初態(tài)：=1vO1=0vOvC= 0V電容充電vCvIvI當(dāng)=VTH 時(shí)，迅速使G1導(dǎo)通、 G2截止電路進(jìn)入

15、第二暫態(tài)vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電容充電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充電電 vI D2 TN TN vO1 vO D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0第32頁(yè)/共56頁(yè)（2）第二暫穩(wěn)態(tài)電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容放電vCvIvI當(dāng)=VTH 時(shí)，迅速使得G1截止、G2導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)O=0 O1=1 2. 工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放電電 vI D2 TN TN vO1 vO D4 R C vI VTH O VDD V V t

16、 vO VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t 第33頁(yè)/共56頁(yè) TRC1n41.4RC 由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和 VTH，頻率穩(wěn)定性較差。 3. 振蕩周期的計(jì)算THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)

17、 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t 第34頁(yè)/共56頁(yè)vovIVT+VT_VOLVOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV CvovIR9.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器第35頁(yè)/共56頁(yè)9.3.3 石英晶體振蕩器1、石英晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào) 阻抗特性 fXf0電電感感性性電電容容性性電電容容性性當(dāng)當(dāng) f = f0 時(shí)時(shí),電抗電抗 X = 0第36頁(yè)/共56頁(yè)2、石英晶體振蕩器R1和R2: 使對(duì)應(yīng)門工作在線性區(qū)C1 : 耦合電容C2 : 抑制高次諧波 vO G1 R1 C1

18、 C2 晶體 G2 R2 第37頁(yè)/共56頁(yè) 石英 晶體 振蕩器 vO 1 A 1J C1 1K Q Q 1 2 AQ123、雙相脈沖產(chǎn)生電路第38頁(yè)/共56頁(yè)9.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用9.4.1 555定時(shí)器9.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器9.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 9.4.4 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器第39頁(yè)/共56頁(yè) 555定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路, 廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。 9.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用電阻分壓器電壓比較器基本SR鎖存器輸出緩沖反相器集電極開(kāi)路輸出三極管 (8) 5k (5) vIC (6) vI1 + C1 5

19、k (2) vI2 + C2 5k (7) v O (1) T S R (4) G (3) vO Q & VCC RD 1、電路結(jié)構(gòu)9.4.1 555定時(shí)器第40頁(yè)/共56頁(yè) (8) 5k (5) vIC (6) vI1 + C1 5k (2) vI2 + C2 5k (7) v O (1) T S R (4) G (3) vO Q & VCC RD 2、工作原理不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸 出輸 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 第41頁(yè)/共56頁(yè) 3、555定

20、時(shí)器功能表不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸 出輸 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 第42頁(yè)/共56頁(yè)9.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器 (8) 5k (5) vIC (6) vI1 + C1 5k (2) vI2 + C2 5k (7) v O (1) T S R (4) G (3) vO Q & VCC RD vI如何改變電路的閾值電壓和回差電壓? vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 第43頁(yè)/共5

21、6頁(yè) 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01 F 7 3 5 1 波形變換 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_電路的頻率可變?占空比可變?如何改變占空比?回差電壓減小,占空比如何變化?第44頁(yè)/共56頁(yè) CvovIR 波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器 ) VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C 第45頁(yè)/共56頁(yè)vovIVT+VT_VOLVOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+

22、DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV CvovIR第46頁(yè)/共56頁(yè)9.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1、電路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD G vO vI第47頁(yè)/共56頁(yè)外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)( i )電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0 13VCCVCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD G vO vI第48頁(yè)/共56頁(yè) VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n31.1RC 工作波形及輸出脈寬的計(jì)算電路是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)?如將5腳接電壓V,電路的脈寬會(huì)改變嗎?V增加,脈寬如何改變?減小? vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 第49頁(yè)/共56頁(yè) vI O t 8 4 2 5 3 7 6 vI 1 vIC C vO R VCC 脈沖寬度調(diào)制器工作波形 vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t 555組成的