第6章脈沖波形的產(chǎn)生和整形(4h)_第1頁
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文檔簡介

1、1宋紹民宋紹民第第6章章 脈沖波形脈沖波形 的產(chǎn)生和整形的產(chǎn)生和整形勤學(xué)勤學(xué) 務(wù)實(shí)務(wù)實(shí) 園融園融 卓越卓越數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2本章內(nèi)容提要本章內(nèi)容提要u 脈沖波形概述脈沖波形概述u 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器u 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器u 多諧振蕩器多諧振蕩器u 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3一、脈沖波及其主要參數(shù)一、脈沖波及其主要參數(shù)1、脈沖波概述、脈沖波概述脈沖波的主要參數(shù)脈沖波的主要參數(shù)1、Vm 脈沖幅度脈沖幅度2、T 脈沖周期脈沖周期3、 tw 脈沖寬度脈沖寬度4、 tr 上升時(shí)間上升時(shí)間5、 tf 下降時(shí)間下降時(shí)間6、 q 占空比占空比實(shí)際工程中,下

2、圖所示的脈沖波被廣泛應(yīng)用。如:時(shí)序電路中,為實(shí)現(xiàn)觸發(fā)實(shí)際工程中,下圖所示的脈沖波被廣泛應(yīng)用。如:時(shí)序電路中,為實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器之間的協(xié)同工作,經(jīng)常需要使用精確、穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖作為同步信號(hào)。器之間的協(xié)同工作,經(jīng)常需要使用精確、穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖作為同步信號(hào)。 =00T100Twq數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)4二、典型的脈沖波獲取方法二、典型的脈沖波獲取方法1、脈沖波概述、脈沖波概述1、波形整形法:將現(xiàn)有非脈沖波變換成參數(shù)滿足實(shí)際需要的脈沖波。、波形整形法:將現(xiàn)有非脈沖波變換成參數(shù)滿足實(shí)際需要的脈沖波。 非脈沖波非脈沖波 脈沖波脈沖波 iu整形電路整形電路 (如施密特如施密特電路,電路,單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路等等

3、) outptp2、直接產(chǎn)生法:利用自激正反饋,設(shè)計(jì)多諧振蕩電路,直接產(chǎn)生脈沖波。、直接產(chǎn)生法:利用自激正反饋,設(shè)計(jì)多諧振蕩電路,直接產(chǎn)生脈沖波。 脈沖波脈沖波 自激多諧自激多諧振蕩器振蕩器 ou注:施密特觸發(fā)器主要用于將非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖;注:施密特觸發(fā)器主要用于將非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖; 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要用于將寬度不合要求的脈沖變換成寬度合適的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要用于將寬度不合要求的脈沖變換成寬度合適的矩形脈沖。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)51、定義:、定義:施密特觸發(fā)器是同時(shí)具有如下特點(diǎn)的電路:施密特觸發(fā)器是同時(shí)具有如下特點(diǎn)的電路: 1) 電路僅有一個(gè)輸出,并且輸出

4、有高電平、低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài);電路僅有一個(gè)輸出,并且輸出有高電平、低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài); 2) 兩種穩(wěn)定的輸出狀態(tài)之間能相互轉(zhuǎn)換,并且轉(zhuǎn)換速度迅速;兩種穩(wěn)定的輸出狀態(tài)之間能相互轉(zhuǎn)換,并且轉(zhuǎn)換速度迅速; 3) 輸出與輸入之間具有滯回電壓傳輸特性輸出與輸入之間具有滯回電壓傳輸特性 。 2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) 一、施密特觸發(fā)器的定義與特性一、施密特觸發(fā)器的定義與特性2、施密特觸發(fā)器的滯回電壓傳輸特性:、施密特觸發(fā)器的滯回電壓傳輸特性: 施密特施密特 觸發(fā)器觸發(fā)器 ouiu +TVTV iutHVLVout輸入輸入輸出輸出波形波形 滯回滯回傳輸傳輸特性特性 +T

5、VTV HVLViuou數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)62、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) p 滯回特性:在輸入上升和下降過程中,導(dǎo)致輸出電平翻轉(zhuǎn)所需輸入電壓不滯回特性:在輸入上升和下降過程中,導(dǎo)致輸出電平翻轉(zhuǎn)所需輸入電壓不一致的特性。一致的特性。p 正向閾值電壓正向閾值電壓:在輸入上升過程:在輸入上升過程(正行程正行程)中,輸出電平翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入中,輸出電平翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為正向閾值電壓,記為電壓稱為正向閾值電壓,記為V T+。p 負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓:在輸入下降過程:在輸入下降過程(反行程反行程)中,輸出電平翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入中,輸出電平翻轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電

6、壓稱為負(fù)向閾值電壓,記為電壓稱為負(fù)向閾值電壓,記為V T- - 。p 回差電壓回差電壓:正向、負(fù)向閾值電壓之差,記為:正向、負(fù)向閾值電壓之差,記為: 。+TTTV =VV 施密特施密特 觸發(fā)器觸發(fā)器 ouiu +TVTV iutHVLVout輸入輸入輸出輸出波形波形 滯回滯回傳輸傳輸特性特性 +TVTV HVLViuou數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)72、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) 3、施密特觸發(fā)器的類型與圖形符號(hào):、施密特觸發(fā)器的類型與圖形符號(hào): +TVTV HVLViuou反反相型相型施密特觸發(fā)器特性與符號(hào)施密特觸發(fā)器特性與符號(hào) 1iuoup 正行程:正行程:+

7、oHToLTVVVViiuuuup 反行程:反行程:oLToHT VVVViiuuuu +TVTV HVLViuou同相型同相型施密特觸發(fā)器特性與符號(hào)施密特觸發(fā)器特性與符號(hào) 1iuoup 正行程:正行程:+oLToHTVVVViiuuuup 反行程:反行程:oHToLT VVVViiuuuu 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)81、CMOS門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器:門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器:工作分析工作分析: 2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) 二、基于門電路的施密特觸發(fā)器二、基于門電路的施密特觸發(fā)器 IV1RIIVo1V2RoV12G1G1電路特點(diǎn)電路特點(diǎn):1)由兩個(gè)由兩個(gè)CMO

8、S反相器串反相器串接而成;接而成;2) 通過通過R1, R2, 輸出反饋回輸輸出反饋回輸入;入;3) 要求要求R1R2;4) CMOS反相器反相器閾值電壓閾值電壓VTH0.5VDD,輸出高電平為,輸出高電平為VOHVDD 。 1) VI上升至上升至VII=VTH之前,電路一直穩(wěn)定于之前,電路一直穩(wěn)定于Vo=0狀態(tài);當(dāng)狀態(tài);當(dāng)VI上升至上升至VII=VTH時(shí),時(shí),引起正反饋:引起正反饋: .電路迅速由電路迅速由Vo=0狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至VoVDD狀態(tài),狀態(tài),并且以后并且以后VI繼續(xù)上升,電路維持繼續(xù)上升,電路維持VoVDD狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。IIIo1oVVVV 2) 若在電路處于若在電路處于

9、VoVDD狀態(tài)時(shí)狀態(tài)時(shí)VI下降,則在下降,則在VI下降至下降至VII=VTH前,電路一直前,電路一直穩(wěn)定于穩(wěn)定于VoVDD狀態(tài)狀態(tài),當(dāng)當(dāng)VI下降至下降至VII=VTH時(shí)時(shí),又引起正反饋:又引起正反饋: 電路迅速由電路迅速由VoVDD狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至Vo=0狀態(tài),并且以后狀態(tài),并且以后VI繼續(xù)下降,電路維持繼續(xù)下降,電路維持Vo=0 狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。IIIo1oVVVV若以若以Vo為輸出,則是同相型;為輸出,則是同相型;若以若以Vo1為輸出,則是反相型。為輸出,則是反相型。 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)92、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) IV1RIIVo1V2

10、RoV12G1G1參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算: 1) 正向閾值電壓:正向閾值電壓:VI上升至上升至VII=VTH時(shí)使電路狀態(tài)由時(shí)使電路狀態(tài)由Vo=0翻轉(zhuǎn)至翻轉(zhuǎn)至VoVDD的輸?shù)妮斎腚妷壕褪请娐返恼蜷撝惦妷喝腚妷壕褪请娐返恼蜷撝惦妷篤T+。因而:。因而:2IIIoo12RV(VV )VRR +2THT12RV(V0)0RR 2) 負(fù)向閾值電壓:負(fù)向閾值電壓:VI下降至下降至VII=VTH時(shí)使電路狀態(tài)由時(shí)使電路狀態(tài)由VoVDD 翻轉(zhuǎn)至翻轉(zhuǎn)至Vo=0的的輸入電壓就是電路的負(fù)向閾值電壓輸入電壓就是電路的負(fù)向閾值電壓VT- -。因而:。因而:2THDDDDT12RV(VV)VRR 3) 回差電壓:回差電壓:

11、+11TTHDDTT22RRVVV 2VVRR +1THT2RV(1)VR + +111THDDTHT222RRRV(1)VV(1)VRRR 結(jié)論結(jié)論:1) 觸發(fā)器的參數(shù)是可調(diào)的;觸發(fā)器的參數(shù)是可調(diào)的;2) 觸發(fā)器的回差電壓不可能超過供電電源觸發(fā)器的回差電壓不可能超過供電電源電壓,因此電路要求電壓,因此電路要求R1VTH且且VII=VTH時(shí)的時(shí)的VI (之前之前Vo=0),故,故2IIIDoo12RV(VVV )VRR +2THDT12RV(VV0)0RR +1THDT2RV(1+)V+VR 2) 負(fù)向閾值電壓:負(fù)向閾值電壓:Vo=VOH期間,期間,D1總處于截止,因此只要總處于截止,因此只要

12、VI下降至下降至VTH,電路即可翻轉(zhuǎn)到電路即可翻轉(zhuǎn)到Vo=VOL狀態(tài)。故狀態(tài)。故+THTVV 3) 回差電壓:回差電壓: +T12THDTTVVVRRV+V 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)111、典型、典型TTL集成施密特觸發(fā)器:集成施密特觸發(fā)器:p典型典型TTL集成施密特觸發(fā)器主要有集成施密特觸發(fā)器主要有74LS13、74LS14、74LS132等。等。2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) 三、集成施密特觸發(fā)器三、集成施密特觸發(fā)器p TTL施密特觸發(fā)器對(duì)于閾值電壓和滯回電壓均有溫度補(bǔ)償,具有較強(qiáng)的施密特觸發(fā)器對(duì)于閾值電壓和滯回電壓均有溫度補(bǔ)償,具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力和抗干

13、擾能力。帶負(fù)載能力和抗干擾能力。 p 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74LS132:1) 內(nèi)部包括內(nèi)部包括4個(gè)互相獨(dú)立的個(gè)互相獨(dú)立的2輸入施密特觸發(fā)器,都輸入施密特觸發(fā)器,都是在基本施密特觸發(fā)電路的基礎(chǔ)之上,在輸入端增是在基本施密特觸發(fā)電路的基礎(chǔ)之上,在輸入端增加了與的功能,在輸出端增加了反相器。因此稱為加了與的功能,在輸出端增加了反相器。因此稱為施密特觸發(fā)與非門。施密特觸發(fā)與非門。2) 74LS132的的輸入輸出關(guān)系滿足輸入輸出關(guān)系滿足Y=AB,兩個(gè)輸入兩個(gè)輸入必須必須同時(shí)低于同時(shí)低于施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電壓,輸出施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電壓,輸出Y才是高電平。才是高電平。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字

14、電子技術(shù)122、典型、典型CMOS集成施密特觸發(fā)器:集成施密特觸發(fā)器:p典型典型TTL集成施密特觸發(fā)器主要有集成施密特觸發(fā)器主要有CC40106(六反相器六反相器)、CC4093(四四2輸入輸入與非門與非門)等。等。2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) p 兩種兩種CMOS集成施密特觸發(fā)器的引腳排列圖集成施密特觸發(fā)器的引腳排列圖: 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)131、波形變換:、波形變換:將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。 2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) 四、施密特觸發(fā)器的應(yīng)

15、用四、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 O uI t uO UT+ UT- - O t UOH UOL 波形變換波形變換 uo uI 2、脈沖整形:、脈沖整形:將受到干擾或邊沿不合要求的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖。將受到干擾或邊沿不合要求的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖。 O uI t O uO t UT+ UT- - UOH UOL 脈沖整形脈沖整形 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)143、脈沖鑒幅:、脈沖鑒幅:鑒別并取出幅度大于鑒別并取出幅度大于 UT+ 的脈沖。的脈沖。2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) uo uI O uI t uO UT+ UT- - O t UOL UOH 注意:注

16、意:從以上應(yīng)用中可以看出,回差電壓越大,施密特觸發(fā)器的抗干擾能從以上應(yīng)用中可以看出,回差電壓越大,施密特觸發(fā)器的抗干擾能力越強(qiáng),但過大則引起觸發(fā)器的力越強(qiáng),但過大則引起觸發(fā)器的“觸發(fā)靈敏度觸發(fā)靈敏度”變差,因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)需變差,因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要合理設(shè)置施密特觸發(fā)器的回差電壓。要合理設(shè)置施密特觸發(fā)器的回差電壓。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)154、基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩器:、基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩器:2、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) RIVCoV1tt2T1T+TVIVTV oVp 電容電容C在在VoVoH期間充電期間充電,在在VoVoL期間放電,電容期間放電

17、,電容C的的反復(fù)充電和放電使電路連續(xù)輸反復(fù)充電和放電使電路連續(xù)輸出周期性的矩形脈沖波。出周期性的矩形脈沖波。p 因?yàn)檩敵鼍匦蚊}沖具有多種因?yàn)檩敵鼍匦蚊}沖具有多種諧波成分,因此電路稱為多諧諧波成分,因此電路稱為多諧振蕩器。振蕩器。 p 電容電容C的充、放電規(guī)律的充、放電規(guī)律(三要素法三要素法)和充放電時(shí)間:和充放電時(shí)間: eRCICCCCV ( )V ( )V ()V (0 )V ( ) tttCCCCV ()V (0 )RCV ()V ( ) tInt數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)162、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger) RIVCoV1tt2T1T+TVIVTV oVp

18、輸出矩形脈沖的周期:輸出矩形脈沖的周期: oHT1oHTVVTRCVV In一個(gè)周期內(nèi),輸出高電平維持時(shí)間對(duì)應(yīng)于電容一個(gè)周期內(nèi),輸出高電平維持時(shí)間對(duì)應(yīng)于電容C從從VT- -充電至充電至VT+所需要的時(shí)間,并且該情況下電容所需要的時(shí)間,并且該情況下電容電壓的最終穩(wěn)態(tài)值為電壓的最終穩(wěn)態(tài)值為VoH。所以。所以 CCCCV ( )V (0 )RCV ( )V ( ) tInt一個(gè)周期內(nèi),輸出低電平維持時(shí)間對(duì)應(yīng)于電容一個(gè)周期內(nèi),輸出低電平維持時(shí)間對(duì)應(yīng)于電容C從從VT+放電至放電至VT- -所需要所需要的時(shí)間,并且該情況下電容電壓的最終穩(wěn)態(tài)值為的時(shí)間,并且該情況下電容電壓的最終穩(wěn)態(tài)值為VoL。所以。所以

19、oLT2oLTVVTRCVV In 周期周期T的計(jì)算:的計(jì)算:oHoLTT12oHoLTTVVVVTT +TRCVVVV In數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)171、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn):、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn):p 有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)(注:穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)肯定互補(bǔ)注:穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)肯定互補(bǔ))。p 在沒有外部觸發(fā)信號(hào)作用時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持其穩(wěn)態(tài)不變。在沒有外部觸發(fā)信號(hào)作用時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持其穩(wěn)態(tài)不變。p 在外界觸發(fā)信號(hào)作用后,電路狀態(tài)呈現(xiàn):在外界觸發(fā)信號(hào)作用后,電路狀態(tài)呈現(xiàn):穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)的變化,的變化,暫穩(wěn)態(tài)只能維持一段時(shí)間,之后電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)只能維持一段

20、時(shí)間,之后電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。p 暫穩(wěn)態(tài)通常由內(nèi)部暫穩(wěn)態(tài)通常由內(nèi)部RC延遲環(huán)節(jié)維持,維持時(shí)間取決于延遲環(huán)節(jié)維持,維持時(shí)間取決于RC環(huán)節(jié)的參數(shù)。環(huán)節(jié)的參數(shù)。3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器概述一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器概述 iuouwtwttt窄脈沖觸發(fā)窄脈沖觸發(fā) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 暫暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) iuouwtwttt穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 寬寬脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā) 暫暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器觸發(fā)器 iuou結(jié)論結(jié)論:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種能在觸發(fā)信號(hào)作用下輸出一定寬度矩形脈沖:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種能在觸發(fā)信號(hào)作用下輸出一定寬度矩形脈沖而后又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的電路。而后又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)

21、的電路。(每觸發(fā)一次,就輸出固定寬度的矩形脈沖波每觸發(fā)一次,就輸出固定寬度的矩形脈沖波) 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)182、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的種類:、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的種類:p 按按RC環(huán)節(jié):微分型、積分型。環(huán)節(jié):微分型、積分型。p 按觸發(fā)脈沖形式:按觸發(fā)脈沖形式:1) 寬脈沖與窄脈沖觸發(fā);寬脈沖與窄脈沖觸發(fā); 2) 正脈沖與負(fù)脈沖觸發(fā);正脈沖與負(fù)脈沖觸發(fā);p 按電路的工作特點(diǎn):按電路的工作特點(diǎn): 可重觸發(fā)的、不可重觸發(fā)的??芍赜|發(fā)的、不可重觸發(fā)的。p 按電路結(jié)構(gòu):基于門電路實(shí)現(xiàn)的,基于按電路結(jié)構(gòu):基于門電路實(shí)現(xiàn)的,基于555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的和MSI集成產(chǎn)品。集成產(chǎn)品。3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)

22、觸發(fā)器(monostable flip-flop)注注1:不可重觸發(fā)是指暫穩(wěn)態(tài)期間若再次被觸發(fā),則對(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無影響,:不可重觸發(fā)是指暫穩(wěn)態(tài)期間若再次被觸發(fā),則對(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無影響,輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算。仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算。注注2:可重觸發(fā)是指暫穩(wěn)態(tài)期間若再次被觸發(fā),則輸出脈沖寬度可在此前暫:可重觸發(fā)是指暫穩(wěn)態(tài)期間若再次被觸發(fā),則輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬 tW 。 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)191、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:p 電路結(jié)構(gòu):電路結(jié)構(gòu):3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable f

23、lip-flop)二、基于門電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、基于門電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 iu Cu+ +RDDVCA1 1G1ouAuou2G1正正窄脈沖觸發(fā)窄脈沖觸發(fā) 微分微分 RC 1) 電路的穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)態(tài): p 工作分析:工作分析:1CAD1CD0101V000電路穩(wěn)態(tài):oiooouuuuuuuu 2) 電路的暫態(tài)分析:電路的暫態(tài)分析:正脈沖觸發(fā)后電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)正脈沖觸發(fā)后電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)時(shí),電路中存在觸發(fā)時(shí),電路中存在正反饋:正反饋: ,迅速使,迅速使 , , ,即電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài);,即電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài); 暫穩(wěn)態(tài)期間,暫穩(wěn)態(tài)期間, , ,電容充電,電容充電, ,當(dāng),當(dāng) 上升至上升至 時(shí)又

24、引起正時(shí)又引起正 反饋:反饋: , ,迅速使迅速使 ,電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。,電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。 1Aioouuuu11,0oouu1ou A0u 10ou AuAuATHuu A1oouuu10ou 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)20p 電路波形:電路波形:3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) iu1ouAuouDDVTHuTHoHoL()uuu + +oHuoLuttttoHuoLuwtretwt暫暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) iu Cu+ +RDDVCA1 1G1ouAuou2G1從波形圖可知:從波形圖可知:1) 電路每觸發(fā)電路每觸發(fā)1次就輸出一個(gè)次就輸出一個(gè)寬度

25、等于寬度等于tw的正脈沖。的正脈沖。 tw是電是電路路暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間,對(duì)應(yīng)于暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間,對(duì)應(yīng)于 從從 充電至充電至 所需時(shí)間所需時(shí)間。2) 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后,電路要真正暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后,電路要真正恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)還需要經(jīng)歷一個(gè)恢恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)還需要經(jīng)歷一個(gè)恢復(fù)過程。復(fù)過程。恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間tre為為(35)倍倍放電時(shí)間常數(shù)。放電時(shí)間常數(shù)。3) 要求相鄰兩次觸發(fā)脈沖的要求相鄰兩次觸發(fā)脈沖的間隔時(shí)間間隔時(shí)間(稱稱分辨時(shí)間分辨時(shí)間)td:C0u CTHuu Cu+dwrettt思考:思考:如何防止觸發(fā)脈沖過寬?如何防止觸發(fā)脈沖過寬?C0u Cu數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)暫態(tài)結(jié)束后,電容暫態(tài)結(jié)束后,電容C的放電回

26、路如圖,所以電路的恢復(fù)時(shí)間:的放電回路如圖,所以電路的恢復(fù)時(shí)間:21p 參數(shù)計(jì)算:參數(shù)計(jì)算:3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) G1 G2 RON R VDD 充電回路充電回路 C Au iu Cu+ +RDDVCA1 1G1ouAuou2G1tw是電路是電路暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間,對(duì)應(yīng)于暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間,對(duì)應(yīng)于 從從 充電至充電至 所需時(shí)間所需時(shí)間。C0u CTHuu Cu在在 期間電容期間電容C充電回路如圖充電回路如圖,并且并且所以所以o10u CCDD0VR+RC,onuu DDDDTHR+RCV(V)wontInu 特別地,對(duì)于特別地,對(duì)于CMOS門,

27、因門,因 ,故,故THDDVu R+RC20.69RCwontIn R Creont 放電回路放電回路 G1 G2 RON R VDD C Au數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)222、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:p 電路結(jié)構(gòu):電路結(jié)構(gòu):3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) 正正寬寬脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā) 積分積分 RC G2 & iu1ououG1 1 AuRC在在 至至 或觸發(fā)信號(hào)撤消,可使或觸發(fā)信號(hào)撤消,可使 ,但只有在觸發(fā)信號(hào)撤消后,電但只有在觸發(fā)信號(hào)撤消后,電路才能路才能真正真正從暫態(tài)返回從暫態(tài)返回至至穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 1AHooouuuu= =

28、 1 1, ,= = 1 1, ,= = 1Aoouuu = = 0 0, ,= = 0 0, ,Au ATHuu ou = = 1 1暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài): 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài): p 工作波形:工作波形: wtTRtiu1ououTHuHouLouAurettttt從波形圖可以看出:從波形圖可以看出: 1) 每觸發(fā)每觸發(fā) 1 次,電路可輸出一個(gè)寬度為次,電路可輸出一個(gè)寬度為 tw的的矩形脈沖,但矩形脈沖,但 tw不是暫態(tài)的維持時(shí)間,而是不是暫態(tài)的維持時(shí)間,而是 從從 下降至下降至 所需要的時(shí)間所需要的時(shí)間。 2) 電路真正恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)仍需要一個(gè)恢復(fù)過電路真正恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)仍需要一個(gè)恢復(fù)過程, 恢復(fù)時(shí)間程, 恢復(fù)時(shí)間

29、 tre對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于 上升至上升至 所需所需要的時(shí)間,要的時(shí)間,并且并且 tre的的長短與觸發(fā)脈沖長短與觸發(fā)脈沖何時(shí)何時(shí)撤撤消有關(guān)。消有關(guān)。 3) 輸出脈沖比觸發(fā)脈沖窄,即輸出脈沖比觸發(fā)脈沖窄,即 4) 電路的分辨時(shí)間:電路的分辨時(shí)間: AuAHouu= =ATHuu= =AuAHouu= =wTRtt dTR+rettt 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)23p 參數(shù)計(jì)算:參數(shù)計(jì)算:3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) G2 & iu1ououG1 1 AuRCwtTRtiu1ououTHuHouLouAuretttt1) 輸出脈寬輸出脈寬tw的計(jì)算:的計(jì)

30、算: tw對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于uA從從uAuoH下降至下降至uA=uTH所需時(shí)間。所需時(shí)間。LL()Hoo1THG(R+R )C() RoowouutInuu 是是輸輸出出低低電電平平時(shí)時(shí)的的輸輸出出電電阻阻2) 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間tre的計(jì)算:的計(jì)算: tre對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于uA因因C充電而上升至充電而上升至uA=uoH所需時(shí)間。一所需時(shí)間。一般認(rèn)為需要般認(rèn)為需要(35)個(gè)時(shí)間常數(shù)個(gè)時(shí)間常數(shù):)ooo1G(35)(RR C(R)ret是是輸輸出出高高電電平平時(shí)時(shí)的的輸輸出出電電阻阻數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)24p 根據(jù)工藝,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有根據(jù)工藝,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有TTL單穩(wěn)觸發(fā)器和單穩(wěn)觸發(fā)器和CMOS

31、單穩(wěn)觸發(fā)器之單穩(wěn)觸發(fā)器之分。典型分。典型TTL系列產(chǎn)品有:系列產(chǎn)品有:74121、74122、74123等,典型等,典型CMOS系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品有有CC14528、CC4098等。等。p 根據(jù)工作特點(diǎn),集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為不可重觸發(fā)產(chǎn)品和可重觸發(fā)產(chǎn)根據(jù)工作特點(diǎn),集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為不可重觸發(fā)產(chǎn)品和可重觸發(fā)產(chǎn)品。如:品。如:74121為不可重觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器,為不可重觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器,74123是可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。是可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。p 不可重觸發(fā)集成單穩(wěn)觸發(fā)器不可重觸發(fā)集成單穩(wěn)觸發(fā)器74121: 1) 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào):內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào): 2) RC定時(shí)電路接法:定時(shí)電

32、路接法: 3) 邏輯功能表:邏輯功能表:p 其它集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器請(qǐng)自行查閱相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)。其它集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器請(qǐng)自行查閱相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)。3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)三、集成單穩(wěn)觸發(fā)器三、集成單穩(wěn)觸發(fā)器數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)253、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)p 74121內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào):內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與圖形符號(hào): B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint R

33、int G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 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)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 輸出緩沖電路輸出緩沖電路 1& 1QQ1A2ABRintCextRCextext數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)263、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)p RC定時(shí)電路接法:定時(shí)電路接法: 懸空懸空 1& 1QQ1A2ABRintCextRCextextCCVCextRext不使用內(nèi)部電阻的接法不使用內(nèi)部電阻的接法 . 0 7RCwextextt 1& 1QQ1A2ABRintCextRCextextCCVCext使用內(nèi)部電

34、阻的接法使用內(nèi)部電阻的接法 . 0 7RCwintexttR= 2intk一般取:一般?。篟= 2 40extkC= 10pf 10 fext當(dāng)要求輸出當(dāng)要求輸出脈沖較寬時(shí):脈沖較寬時(shí):當(dāng)要求輸出當(dāng)要求輸出脈沖較窄時(shí):脈沖較窄時(shí):數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)273、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)p 74121邏輯功能表:邏輯功能表:B=H且且A中有中有LB=L,A任意任意A都為都為H,B任意任意不可觸發(fā),保持穩(wěn)態(tài)不變不可觸發(fā),保持穩(wěn)態(tài)不變B=H,當(dāng),當(dāng)A中一個(gè)為中一個(gè)為H,另一個(gè)有下降沿或者,另一個(gè)有下降沿或者兩個(gè)都有下降沿,則電路被觸發(fā)兩個(gè)都有下降沿,則電

35、路被觸發(fā)(負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā))。當(dāng)當(dāng)A中有中有L時(shí),只要時(shí),只要B有上升沿輸入,電路即被有上升沿輸入,電路即被觸發(fā)觸發(fā)(正脈沖觸發(fā)正脈沖觸發(fā))。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)281、定時(shí):、定時(shí):3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop)四、單穩(wěn)觸發(fā)器的應(yīng)用四、單穩(wěn)觸發(fā)器的應(yīng)用 vO 與門與門 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 如上電路可用來測(cè)量信號(hào)的頻率或周期。如上電路可用來測(cè)量信號(hào)的頻率或周期。思考思考:電路是如何測(cè)量頻率或周期的?:電路是如何測(cè)量頻率或周期的?數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技

36、術(shù)292、延時(shí):、延時(shí):3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) 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 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)303、消噪電路:、消噪電路:3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostable flip-flop) C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B vI

37、Q 1D C1 R Q vO vI Q vO 噪聲噪聲 p 如果直接使用如果直接使用 I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,則當(dāng)作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,則當(dāng) I被干擾時(shí),就被干擾時(shí),就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。經(jīng)上述電路處理后,即可消除噪聲的影響。會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。經(jīng)上述電路處理后,即可消除噪聲的影響。p 但電路要求:單穩(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,才但電路要求:單穩(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??上肼?。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)311、多諧振蕩器的特點(diǎn):、多諧振蕩器的特點(diǎn):p 多諧振蕩器:是一種通電后能利用內(nèi)部反饋多諧振蕩器:是一種通電后能利用內(nèi)部反

38、饋直接輸出直接輸出矩形脈沖波的電路。矩形脈沖波的電路。p 與施密特、單穩(wěn)觸發(fā)器不同,多諧振蕩器與施密特、單穩(wěn)觸發(fā)器不同,多諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)無需外加輸入信號(hào),其輸出即,其輸出即能在高、低兩種電平狀態(tài)之間作能在高、低兩種電平狀態(tài)之間作周期性變化周期性變化,因此多電路,因此多電路沒有穩(wěn)態(tài)沒有穩(wěn)態(tài)。p 采用直接的方法來產(chǎn)生矩形脈沖。采用直接的方法來產(chǎn)生矩形脈沖。4、多諧振蕩器、多諧振蕩器(Astable Multivibrator)一、多諧振蕩器概述一、多諧振蕩器概述2、多諧振蕩器的基本組成框架:、多諧振蕩器的基本組成框架: 開關(guān)開關(guān)電路電路 RC延時(shí)環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)p 開關(guān)電路用來產(chǎn)生高、低電平

39、。開關(guān)電路用來產(chǎn)生高、低電平。p RC反饋延遲環(huán)節(jié):利用反饋延遲環(huán)節(jié):利用RC電路的充放電電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)輸出電壓的延時(shí),延時(shí)后再反饋到開特性實(shí)現(xiàn)輸出電壓的延時(shí),延時(shí)后再反饋到開關(guān)電路輸入端來改變電路的輸出狀態(tài),最終使關(guān)電路輸入端來改變電路的輸出狀態(tài),最終使得電路不斷輸出矩形脈沖。得電路不斷輸出矩形脈沖。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)323、多諧振蕩器的形式:、多諧振蕩器的形式:p 基于門電路的多諧振蕩器:在門電路能輸出高、低電平基礎(chǔ)上,增加基于門電路的多諧振蕩器:在門電路能輸出高、低電平基礎(chǔ)上,增加RC延時(shí)反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的多諧振蕩器。如簡單環(huán)形振蕩器、帶延時(shí)反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的多諧振蕩器。如簡單環(huán)

40、形振蕩器、帶RC反饋電路的反饋電路的環(huán)形振蕩器、對(duì)稱式多諧振蕩器、非對(duì)稱式多諧振蕩器等。環(huán)形振蕩器、對(duì)稱式多諧振蕩器、非對(duì)稱式多諧振蕩器等。p 基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩器:在施密特觸發(fā)器能輸出高、低電平基基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩器:在施密特觸發(fā)器能輸出高、低電平基礎(chǔ)上,增加礎(chǔ)上,增加RC延時(shí)反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的多諧振蕩器。延時(shí)反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的多諧振蕩器。p 石英晶體多諧振蕩器:在門電路多諧振蕩器基礎(chǔ)上,引入石英晶體構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器:在門電路多諧振蕩器基礎(chǔ)上,引入石英晶體構(gòu)成的多諧振蕩器。多諧振蕩器有效解決了門電路多諧振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定性的多諧振蕩器。多諧振蕩器有效解決了門電路多諧振蕩器振

41、蕩頻率穩(wěn)定性較差的問題。較差的問題。4、多諧振蕩器、多諧振蕩器(Astable Multivibrator)基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩電路及其工作原理與周期基于施密特觸發(fā)器的多諧振蕩電路及其工作原理與周期(或頻率或頻率)計(jì)算,前計(jì)算,前面已詳細(xì)闡述。本節(jié)著重從簡單環(huán)形振蕩器入手,分析幾種門電路多諧振面已詳細(xì)闡述。本節(jié)著重從簡單環(huán)形振蕩器入手,分析幾種門電路多諧振蕩器原理與參數(shù)計(jì)算,簡單介紹石英晶體多諧振蕩器和多諧振蕩器的應(yīng)用。蕩器原理與參數(shù)計(jì)算,簡單介紹石英晶體多諧振蕩器和多諧振蕩器的應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)331、簡單環(huán)形多諧振蕩器:、簡單環(huán)形多諧振蕩器:p 輸出脈沖周期:設(shè)電路由輸出

42、脈沖周期:設(shè)電路由n(n為奇數(shù)為奇數(shù))個(gè)門構(gòu)成,門的傳輸延遲時(shí)間為個(gè)門構(gòu)成,門的傳輸延遲時(shí)間為tpd,則輸出脈沖周期則輸出脈沖周期T=2n tpd。 p電路特點(diǎn):電路簡單,電路特點(diǎn):電路簡單,頻率高而不可調(diào),獲取低頻困難頻率高而不可調(diào),獲取低頻困難。 4、多諧振蕩器、多諧振蕩器(Astable Multivibrator)二、基于門電路的多諧振蕩器二、基于門電路的多諧振蕩器 1 G1 1 1 G2 G3 ou1)奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連;奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連; 2)利用門的傳輸延遲時(shí)間來產(chǎn)生利用門的傳輸延遲時(shí)間來產(chǎn)生振蕩振蕩; 3)電路無穩(wěn)態(tài)而只有兩個(gè)暫態(tài)。電路無穩(wěn)態(tài)而只有兩個(gè)暫態(tài)。 1()oiu

43、 u6pdt12()oiuu23()oiuu3pdtttt數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)342、實(shí)用環(huán)形多諧振蕩器、實(shí)用環(huán)形多諧振蕩器(帶帶RC延遲環(huán)節(jié)延遲環(huán)節(jié)):p 電路輸出脈沖的周期主要取決于電路輸出脈沖的周期主要取決于RC環(huán)節(jié)延遲時(shí)間,因而頻率可調(diào)。環(huán)節(jié)延遲時(shí)間,因而頻率可調(diào)。p電路在電容電路在電容C充電期間的狀態(tài)充電期間的狀態(tài)(uo=1, uo1=0, uo2=1)和電容和電容C放電期間的狀態(tài)放電期間的狀態(tài)(uo=0, uo1=1, uo2=0)不能長久保持,只能是電路的兩個(gè)暫態(tài)。不能長久保持,只能是電路的兩個(gè)暫態(tài)。 p 兩個(gè)暫態(tài)的維持時(shí)間構(gòu)成一個(gè)輸出脈沖周期。兩個(gè)暫態(tài)的維持時(shí)間構(gòu)成一個(gè)輸出

44、脈沖周期。4、多諧振蕩器、多諧振蕩器(Astable Multivibrator) 1) 利用利用 RC電路電路來來增加門增加門 G2的傳輸延遲時(shí)間;的傳輸延遲時(shí)間; 2) 增設(shè)增設(shè) Rs 以以防電容防電容 C 端電壓負(fù)跳變時(shí)造成端電壓負(fù)跳變時(shí)造成 G3輸入端電流過大輸入端電流過大,Rs 約約 100; 3)要求要求 R、Rs2/3VCC 1/3VCC 0 1 0 1 0 導(dǎo)通導(dǎo)通 置置 0 1 1/3VCC 1 1 不變不變 不變不變 不變不變 不變不變 維持維持 1 2/3VCC 2/3VCC 1/3VCC 0 0 1 1 1 截止截止 不定不定 p VCO外接固定電壓時(shí)的功能表:外接固定

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