閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第10章山東大學(xué)

1、一、獲取矩形脈沖的方法一、獲取矩形脈沖的方法1. 脈沖波形發(fā)生電路脈沖波形發(fā)生電路2. 脈沖波形整形電路脈沖波形整形電路二、描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)二、描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。它在性能上有兩個重要的特點：它在性能上有兩個重要的特點：輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。電平不同。1. 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程

2、使輸出電在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。壓波形的邊沿變得很陡。利用這兩個特點利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地消除。聲有效地消除。10.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器21210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且，用用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器I212AIVRRRVVVI=0時，門時，門G1截止，截止，VO1=VDD，

3、門門G2導(dǎo)通，導(dǎo)通，VO=0 只要只要VAVTH，就保證，就保證VO=VDD。VI繼續(xù)下降，使繼續(xù)下降，使VAVTH時，又時，又引發(fā)另一個正反饋。引發(fā)另一個正反饋。O1OAVVV電路的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為電路的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為VO= 0此時的此時的VI為施密特觸發(fā)器的為施密特觸發(fā)器的負向閾值電壓負向閾值電壓VT-212TDDDDTHARRR)VV(VVVTH21DD21TH221TV)RR1(VRRVRRRVTHTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211THTTTVRRVVV212 回差電壓回差電壓10.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)

4、用一、用于波形變換一、用于波形變換利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可把邊利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可把邊沿變化緩慢的周期性信號變成邊沿很陡的矩形脈沖信號。沿變化緩慢的周期性信號變成邊沿很陡的矩形脈沖信號。二、用于脈沖整形二、用于脈沖整形在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，可通在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，可通過施密特觸發(fā)器整形獲得比較理想的矩形脈沖波形。過施密特觸發(fā)器整形獲得比較理想的矩形脈沖波形。三、用于鑒幅三、用于鑒幅單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：有有穩(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)。在觸發(fā)

5、脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維在觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中的作用：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中的作用：定時定時（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）。（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）。整形整形（把不規(guī)則的波形變?yōu)橐?guī)則的脈沖波形）。（把不規(guī)則的波形變?yōu)橐?guī)則的脈沖波形）。延時延時（將輸入信號延遲一定時間后輸出）。（將輸入信號延遲一定時間后輸出）。G1和和G2為為CMOS門

6、門DDTHOLDDOHVVVVV210,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過程來電路的充、放電過程來維持的。根據(jù)維持的。根據(jù)RC電路的不同接法（即接成微分電路形式或積電路的不同接法（即接成微分電路形式或積分電路形式），又將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。分電路形式），又將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時VI=0，VI2=VDD，Vd=0 所以所以VO=0，VO1=VDD 電容電容C上沒有電壓。上沒有電壓。VI上跳，由上跳，由0 1，Cd上的電上的電壓不能突變壓不能突變 Vd也上跳，也上跳，Cd、Rd快速充電快速充電 Vd快速降為快

7、速降為0 然后然后VI由由1 0，Vd隨隨VI下跳，下跳，由由0 -VDD，隨后，隨后Cd放電放電 Vd返回返回0。當(dāng)當(dāng)Vd上升到上升到VTH以后，將引以后，將引發(fā)如下的正反饋過程發(fā)如下的正反饋過程O2I1OdVVVVVO1迅速跳變?yōu)榈碗娖剑捎谘杆偬優(yōu)榈碗娖剑捎贑上的上的電壓不能突變，電壓不能突變，VI2同時跳變至低電同時跳變至低電平平 VO跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入暫跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。這時即使穩(wěn)態(tài)。這時即使Vd回到低電平，回到低電平， VO 的高電平仍將維持。的高電平仍將維持。同時，電容同時，電容C開始充電。開始充電。 VI2逐漸逐漸升高，當(dāng)升至升高，當(dāng)升至VI2 = VTH時

8、，又引發(fā)時，又引發(fā)另外一個正反饋過程。另外一個正反饋過程。1OO2IVVV如如Vd已回到低電平，則已回到低電平，則VO迅速跳變迅速跳變?yōu)榈碗娖剑瑸榈碗娖剑琕O1跳變?yōu)楦唠娖剑優(yōu)楦唠娖?，VI2跟隨跟隨VO1上跳。上跳。VI2跟隨跟隨VO1上跳后，電容上跳后，電容C通過電通過電阻阻R和門和門G2的輸入保護電路向的輸入保護電路向VDD放電，直至電容上的電壓為放電，直至電容上的電壓為0，電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。定量描述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器性能的參數(shù)：定量描述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器性能的參數(shù)：脈沖寬度、輸出脈沖幅度、恢復(fù)時間、脈沖寬度、輸出脈沖幅度、恢復(fù)時間、分辨時間。分辨時間。（1）脈沖寬度）脈沖

9、寬度twRC69. 02lnRCVV0VlnRCVVVVlnRCtTHDDDD)t()()0()(wmOHOLDDVVVV（3）恢復(fù)時間）恢復(fù)時間treVO返回低電平后，要等到電容返回低電平后，要等到電容C放放電完畢才恢復(fù)為起始的穩(wěn)態(tài)，一般電完畢才恢復(fù)為起始的穩(wěn)態(tài)，一般認為經(jīng)過認為經(jīng)過35倍電路時間常數(shù)的時間倍電路時間常數(shù)的時間以后，以后，RC電路已基本達到穩(wěn)態(tài)。電路已基本達到穩(wěn)態(tài)。CR)53(C)Rr/R)(53(tONON1Dre（4）分辨時間分辨時間td分辨時間分辨時間td是指在保證電路能正常工作的前提下，允許兩是指在保證電路能正常工作的前提下，允許兩個相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時間間隔。個

10、相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時間間隔。dWrettt一、一、TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制附加電路微分型單穩(wěn)74121的電路結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)extextwCR69. 0t輸入輸入輸出輸出0 01 10 01 10 01 10 01 10 00 01 11 11 10 01 11 11 11 11 11 10 00 0O vBOv1A2ARextOvBextCOvA1A2GNDCCV74121intRextC163475910111474121的邏輯符號的邏輯符號輸入輸入輸出輸出0 01 10 01 10 01 10 01 10 00 01 11 11 10 01 11 11 11 11 1

11、1 10 00 0O vBOv1A2A74121的工作波形圖的工作波形圖集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7412174121的外部連接方法的外部連接方法使用外接電阻使用外接電阻Rext (下降沿觸發(fā)）下降沿觸發(fā)）使用內(nèi)部電阻使用內(nèi)部電阻Rint (上升沿觸發(fā)）上升沿觸發(fā)）目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121+VCCCRUItUItUO1、脈沖整形、脈沖整形

12、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用：UI+VCCUO2VCCUOBA1A2C1R1UO（1）VCCUOBA1A2C2R2UO（2）7412174121tUItUO1tUO2tUO1TW1TW22、輸出脈沖延時、輸出脈沖延時3、定時輸出、定時輸出UIUO2UABA1A2UO74121&tUItUAtUOTWUO2t只在觸發(fā)之后的只在觸發(fā)之后的TW 時間內(nèi)有時間內(nèi)有UA 輸出。輸出。10.4.3 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器一、最簡單的環(huán)形振蕩器一、最簡單的環(huán)形振蕩器pdpdnt2t6T振蕩周期振蕩周期n為反相器的個數(shù)為反相器的個數(shù)這種振蕩器不實用，因為：頻率不易調(diào)節(jié)，低頻信號不易產(chǎn)生。這種振

13、蕩器不實用，因為：頻率不易調(diào)節(jié)，低頻信號不易產(chǎn)生。二、改進的環(huán)形振蕩器二、改進的環(huán)形振蕩器增加增加RC延遲環(huán)節(jié)，增大延遲環(huán)節(jié)，增大tpd2為了進一步加大為了進一步加大RC電路的充、放電時間，將電路的充、放電時間，將C的接地端改的接地端改接到接到G1的輸出端上。的輸出端上。環(huán)節(jié)因此周期主要計算常數(shù)遠大于改、通過調(diào)整RC,TRCfCRpd10.4.4 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器TTTDDTDDVVRCVVVVRCTTT?調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R、C可改變振蕩頻率?？筛淖冋袷庮l率。TDDTDDTDDTDDVVVVCRVVVVCRTTTlnln1221占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比可

14、調(diào)的多諧振蕩器充電經(jīng)過充電經(jīng)過R2 ，放電經(jīng)過，放電經(jīng)過R110.4.5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器許多應(yīng)用場合。要求多諧振蕩器的振蕩頻率許多應(yīng)用場合。要求多諧振蕩器的振蕩頻率f f十分穩(wěn)定，十分穩(wěn)定，（如數(shù)字鐘的秒脈沖頻率）。上述電路的（如數(shù)字鐘的秒脈沖頻率）。上述電路的 f f 都達不到要求。都達不到要求。最簡便的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入最簡便的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體石英晶體，構(gòu)成，構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。石英晶體多諧振蕩器。石英晶體的固有振蕩頻率石英晶體的固有振蕩頻率 fo fo 由結(jié)晶方向、外形尺寸由結(jié)晶方向、外形尺寸決定；頻率穩(wěn)定度（決定；頻率穩(wěn)定度（fo

15、 / fo)fo / fo)可達可達1010-10-101010-11 -11 。當(dāng)外加電壓的頻率當(dāng)外加電壓的頻率f = fo f = fo 時時，其電抗，其電抗 X=0 X=0 。將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。當(dāng)當(dāng)石英晶體石英晶體的頻率的頻率f = fo f = fo 時時，反饋最強，電路才起振。，反饋最強，電路才起振。結(jié)果：結(jié)果： f = fo f = fo 。fofo一般都很高，應(yīng)利用分頻器將一般都很高，應(yīng)利用分頻器將fofo分頻為所需頻率。分頻為所需頻率。555定時器是一種多用途的數(shù)字定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能

16、模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和多諧振蕩器。多諧振蕩器。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：波形的產(chǎn)生和變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等。波形的產(chǎn)生和變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等。555定時器產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的定時器產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的3位數(shù)碼都是位數(shù)碼都是555，所有，所有CMOS產(chǎn)品型號最后的產(chǎn)品型號最后的4位數(shù)碼都是位數(shù)碼都是7555。它們的功能和外部引腳的排列完全相同。它們的功能和外部引腳的排列完全相同。 555 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能一、電路結(jié)

17、構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)由電壓比較器（由電壓比較器（C1,C2） 、觸發(fā)器、輸出緩沖器（、觸發(fā)器、輸出緩沖器（G3,G4）、）、OC輸出的三極管（輸出的三極管（TD）組成）組成入的關(guān)系）二、功能表（輸出與輸輸 入輸 出0XX0101不變1111CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT10.5.2 10.5.2 用用555555定時器接成施密特觸發(fā)器定時器接成施密特觸發(fā)器1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)將將555定時器的兩個輸入端連在一起作為信號輸入端，定時器的兩個輸入端連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。即可得到施密特觸發(fā)器。2. 工作原理

18、工作原理CCV31CCV32CCV31CCV32CC31VCC31VIvOovCC32V10.5.3 用用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持放電導(dǎo)通充電至截止若通電后保持導(dǎo)通若通電后即可，穩(wěn)態(tài)時，無觸發(fā)信號：0Q1V1VCT0Q0VV32VCT1Q0Q1V1V0VT0Q)1VV31(1V2C1CD1CCCCD2C1CCD2CCCI導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)：DOITVV,01）已經(jīng)回到高于時（假定此時充至當(dāng)CCICCCVVVV3132保持開始放電至導(dǎo)通則0Q1V1V0CT,0V,0Q1V0V2C1CDO2C1C開始充電截止則降至只要觸發(fā)時CT,1V,1Q0V1V,V31VVDO2C1CCCII3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCw的寬度有何要求？對IV的寬度過寬？若IV性能參數(shù)：性能參數(shù)：暫穩(wěn)態(tài)輸出的寬度暫穩(wěn)態(tài)輸出的寬度RC1 . 110.5.4 10.5.4 用用555555接成多諧振蕩器接成多諧振蕩器充電，進入一個暫穩(wěn)態(tài)對經(jīng)截止，為低電平。剛合上電源時，CRRVT1V0Q1Q0V1VV21CCDO2C1CC，保持，時，充電到1V1VV32VV31