第8章 脈沖信號的變換與產(chǎn)生(第五版)

1、第第8章章 脈沖波形的脈沖波形的變換與產(chǎn)生變換與產(chǎn)生學(xué)習(xí)要點：學(xué)習(xí)要點：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的電路組成及工作原理掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計算及主要指標(biāo)計算掌握掌握555定時器的工作原理定時器的工作原理掌握由掌握由555定時器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器定時器組成的多諧、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)的計算的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計算第第8章章 脈沖波形的脈沖波形的變換與產(chǎn)生變換與產(chǎn)生8.1

2、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于（產(chǎn)生一定（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）、寬度的矩形波）、（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形）以及度都相等的波形）以及（把輸入信號延遲一定時間后（把輸入信號延遲一定時間后輸出）等。輸出）等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點：（1）電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，沒有觸發(fā)脈沖作用）電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，沒有觸發(fā)脈沖作用時，電路處于一種穩(wěn)態(tài)。時，電路處于一種穩(wěn)態(tài)。（2）在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。）在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫

3、穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中）暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，電路的暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返延時環(huán)節(jié)的作用，電路的暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于電路中電路中RC的參數(shù)值。的參數(shù)值。8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

4、用用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類分類工作特點劃分工作特點劃分1 1、電路組成及工作原理電路組成及工作原理CMOS與非門構(gòu)成的微分型與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS或非門構(gòu)成的微分型或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為1負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0正脈沖觸發(fā)正脈沖觸發(fā) R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd （1）沒有觸發(fā)信號時電路

5、工作在穩(wěn)態(tài)）沒有觸發(fā)信號時電路工作在穩(wěn)態(tài) 當(dāng)沒有觸發(fā)信號時，當(dāng)沒有觸發(fā)信號時，vI為低電平。因為門為低電平。因為門G2的輸入端經(jīng)電阻的輸入端經(jīng)電阻R接至接至VDD，vI2為高電平，因此為高電平，因此vO為低電平；門為低電平；門G1的兩個輸入均的兩個輸入均為為0，其輸出，其輸出vO1為高電平，電容為高電平，電容C兩端的電壓接近為兩端的電壓接近為0。這是電路。這是電路的穩(wěn)態(tài)，在觸發(fā)信號到來之前，電路一直處于這個狀態(tài)：的穩(wěn)態(tài)，在觸發(fā)信號到來之前，電路一直處于這個狀態(tài)：vO11，vO01 1、電路組成及工作原理電路組成及工作原理0011設(shè)定設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓反相器的閾值電壓2THDDVV （

6、2）外加觸發(fā)信號使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)）外加觸發(fā)信號使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 當(dāng)正觸發(fā)脈沖當(dāng)正觸發(fā)脈沖vI到來時，門到來時，門G1輸出輸出vO1由由1變?yōu)樽優(yōu)?。由于電容。由于電容電壓不能躍變，電壓不能躍變，vI2也隨之跳變到低電平，使門也隨之跳變到低電平，使門G2的輸出的輸出vO由由0變變?yōu)闉?。這個高電平反饋到門。這個高電平反饋到門G1的輸入端，此時即使的輸入端，此時即使vI的觸發(fā)信號的觸發(fā)信號撤除，仍能維持門撤除，仍能維持門G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不能長久保持的，所以稱為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時，能長久保持的，所以稱為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時， vO1

7、0，vO1。110100001脈沖寬度：脈沖寬度：tW0.7RCVth0t1t2VDD+ Vth（3）電容充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)）電容充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài) 在暫穩(wěn)態(tài)期間，在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)經(jīng)R和和G1的導(dǎo)通工作管對的導(dǎo)通工作管對C充電，隨著充充電，隨著充電的進行，電的進行，C上的電荷逐漸增多，使上的電荷逐漸增多，使vI2升高。當(dāng)升高。當(dāng)vI2上升到閾值電上升到閾值電壓壓Vth時，時，G2的輸出的輸出vO由由1變?yōu)樽優(yōu)?。由于這時。由于這時G1輸入觸發(fā)信號已經(jīng)輸入觸發(fā)信號已經(jīng)過去，過去，G1的輸出狀態(tài)只由的輸出狀態(tài)只由vO決定，所以決定，所以G1又返回到穩(wěn)定的高電又返回

8、到穩(wěn)定的高電平輸出。平輸出。vI2隨之向正方向跳變，加速了隨之向正方向跳變，加速了G2的輸出向低電平變化。的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進入穩(wěn)態(tài)，此時最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進入穩(wěn)態(tài)，此時vO11，vO0。1 /I2I2I2I2e)()0()()(tvvvtv以以t1作為時間起點，則有：作為時間起點，則有：21W21I2I2DDI22th()/I22I2I2I2DDW21DDththDDW(0 )0( )( )( )( )(0 )( )eln10.72tttttvvVvtVRCvtvvvVtttRCVVVVtRC 當(dāng)時，則2 2、主要參數(shù)的計算主要參數(shù)的計算輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t

9、W的計算的計算恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre恢復(fù)時間一般為恢復(fù)時間一般為(35)，=RC最高工作頻率最高工作頻率fmax單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為：maxmin11WrefTtt電路的改進電路的改進問題問題2：當(dāng)：當(dāng)vI的寬度很寬時，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，的寬度很寬時，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，由于門由于門G1被被vI封住了，會使封住了，會使vO的下降沿變緩，怎么辦？的下降沿變緩，怎么辦？可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個RC微分電路。微分電路。 ui C uA 1 1 uo2 R G1 G2 uo1 VDD Cd Rd vIvO1 v

10、I2vO2 問題問題1：在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束瞬間，門：在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束瞬間，門G2的輸入電壓的輸入電壓vI2達到達到VDD+Vth，可，可能會損壞能會損壞CMOS門，怎么辦？門，怎么辦？在電阻兩端并上保護二極管，因此在電阻兩端并上保護二極管，因此vI2的電壓被鉗位在的電壓被鉗位在VDD+0.6V。 3 3、討論討論1vO問題問題3：電阻：電阻R、Rd的取值是任意的嗎？的取值是任意的嗎？由于由于CMOS門不存在輸入電流，所以電阻門不存在輸入電流，所以電阻R、Rd的取值任意；若采的取值任意；若采用用TTL與非門構(gòu)成單穩(wěn)電路時，考慮到與非門構(gòu)成單穩(wěn)電路時，考慮到TTL門存在輸入電流，電門存在輸入電流，電阻阻R要

11、小于要小于0.7k ，Rd的數(shù)值應(yīng)大于的數(shù)值應(yīng)大于2k 。另外，為了改善輸出波形，一般在電路的輸出端再加一級反相器。另外，為了改善輸出波形，一般在電路的輸出端再加一級反相器。 uA uo2 ui C 1 1 (a) 電電路路 (b) 波波形形 R G1 G2 uo1 VDD ui uo1 uA uo2 t t t t VDD VT 0 0 0 0 tP 穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時，ui1，G1、G2均導(dǎo)通。均導(dǎo)通。uo10，uA0，uo20。ui負(fù)跳變到負(fù)跳變到0時，時，G1截止，截止，uo1隨之跳變到隨之跳變到1。由于電容電壓不。由于電容電壓不能躍變，能躍變，uA仍為仍為0，故門，故門G2截止，截止，u

12、o2跳變到跳變到1。在。在G1、G2截止時，截止時，C通過通過R和和G1的導(dǎo)通管放電，使的導(dǎo)通管放電，使uA逐漸上升。當(dāng)逐漸上升。當(dāng)uA上升到管子的上升到管子的開啟電壓開啟電壓UT時，如果時，如果ui仍為低電平，仍為低電平，G2導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo2變?yōu)樽優(yōu)?。當(dāng)。當(dāng)ui回回到高電平后，到高電平后，G1導(dǎo)通，導(dǎo)通，C又通過又通過R和和G1的導(dǎo)通管充電，電路恢復(fù)的導(dǎo)通管充電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。到穩(wěn)定狀態(tài)。2 2、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIvOvOvItWtWtWtWt不可重復(fù)不可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)可重復(fù)可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的輸出脈沖寬度的輸出

13、脈沖寬度tW0.7RC(a) 74121的引腳排列圖的引腳排列圖141312111098741211234567Rext/ CextVCCNC NCCextRintNC A1QQA2GNDBNC A1、A2是兩個下降沿有是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，效的觸發(fā)信號輸入端，B是上是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和和Q是兩個狀態(tài)互補的輸出是兩個狀態(tài)互補的輸出端。端。Rext/Cext、Cext是外接定時是外接定時電阻和電容的連接端，外接電阻和電容的連接端，外接定時電阻定時電阻R（R=2k 30k ）接在接在VCC和和Rext/Cext之間，外之間，外接定時電容接定時電容

14、C（C=10pF10F）接在）接在Ce x t（正）和（正）和Rext/Cext之間。之間。74121內(nèi)部已設(shè)內(nèi)部已設(shè)置了一個置了一個2k 的定時電阻，的定時電阻，Rint是其引出端，使用時只需是其引出端，使用時只需將將Rint與與VCC連接起來即可，連接起來即可，不用時則應(yīng)將不用時則應(yīng)將Rint開路。開路。1 1、不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的邏輯圖的邏輯圖 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 觸發(fā)信號控制

15、電路觸發(fā)信號控制電路 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 (a) 邏輯圖 電路的連接：電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電阻容：外接電阻容74121定時電容器、電阻器的連接定時電容器、電阻器的連接VCCCextRext/CextA1A2BQCRext74121RintVCCGNDQ10 11 9 14761345(a) 使用外接電阻使用外接電阻Rext的電路連接的電路連接VCCCextRext/CextA1A2BQC74121RintVCCGNDQ10 11 9 14761345(b) 使用內(nèi)部電阻使用內(nèi)部電阻Rint的電路連接的

16、電路連接HHHHQLLLLHHLHHHLHH LLHHLQBA2A1輸輸 出出輸輸 入入74121功能表功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變變A1、A2中有一個或兩個為低中有一個或兩個為低電平，在電平，在B端輸入上升沿時電端輸入上升沿時電路被觸發(fā)路被觸發(fā)B 和和A1、A2、 中有一個或兩個中有一個或兩個為高電平，輸入端有一個或為高電平，輸入端有一個或兩個下降沿時電路被觸發(fā)兩個下降沿時電路被觸發(fā)74121的工作波形的工作波形2 2、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528的邏輯圖的邏輯圖TR+TRRDQQMC14528功能表功能表輸輸 出出清除清除禁止禁

17、止禁止禁止單穩(wěn)單穩(wěn)單穩(wěn)單穩(wěn)HHHLLLLLHHLHHQQTRTR+RD功能功能輸輸 入入MC14528的工作波形的工作波形TR+TRQMC14528的工作波形的工作波形TR+TRQt+tw8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用定時定時 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 該電路可用作頻率計該電路可用作頻率計延時延時 A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （

18、1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 VCCCextRext/CextA1A2BQCR74121Q1DRC1QvIvOvIvOQ噪噪聲聲消消除除電電路路噪聲噪聲tW 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脈寬，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脈寬，才可消除噪聲。才可消除噪聲。 VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器0000V

19、CCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ20010 0VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ2110010VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ2011 010VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1C

20、extRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ211001)7(. 0T2211CRCR0本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)。由門電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個穩(wěn)態(tài)。由門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為相似，只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。相似，只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到穩(wěn)在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)，其態(tài)，其“觸發(fā)觸發(fā)”信號也是由電路內(nèi)部電容充（放）信號也是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間即脈沖寬度也由電電提供的，暫穩(wěn)態(tài)的持

21、續(xù)時間即脈沖寬度也由電路的阻容元件決定。路的阻容元件決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，但單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，但卻可以把其它形狀的信號變換成為矩形波，用途卻可以把其它形狀的信號變換成為矩形波，用途很廣。很廣。8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8.2.1 由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1 1、施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性電壓傳輸特性及工作特點：及工作特點： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號達到某一定電施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。 電路有兩個閾值電壓。電路有兩

22、個閾值電壓。 輸入信號增加和減少時，電路的閾值輸入信號增加和減少時，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（）和負(fù)閾值電壓（VT-） 。同相輸出施密特觸發(fā)器同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI(a) 電路電路(b) 工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R20100O211I212I1vRRRvRRRvR1 R2vI為三角波為三角波 假定：假定： 2THDDVV (a

23、) 電路電路(b) 工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R2100thI1Vv (a) 電路電路(b) 工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R20 1thI1Vv th21TT212thI1)1 (VRRVVRRRVv(a) 電路電路(b) 工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R2thI1Vv th21TDD211T212thI1)1 (VRRVVRRRVRRRVv0 1回差電壓（滯后電壓）：回差電壓（滯后電壓）：VT VTVT前面介紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為：前面介

24、紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為：VTVTVT (1+R1/R2) Vth (1R1/R2) Vth (2R1/R2)Vth 它與它與R1/R2成正比，改變成正比，改變R1/R2就可以調(diào)整回差電壓的大小。就可以調(diào)整回差電壓的大小。(b) 邏輯符號邏輯符號(a) 傳輸特性傳輸特性vOVT0VT+vIvIvO負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓正向閾值電壓正向閾值電壓8.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器整形級整形級輸出緩沖級輸出緩沖級VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN

25、4TN6TN8TN10TN12vIvOvO1001導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通vs5= v O VTN = VDD VTNVDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO1VTN01導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止vs5= v O VTN = VDD VTN導(dǎo)通導(dǎo)通VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO0vIvs5VTN10趨于截止趨于截止內(nèi)阻增大內(nèi)阻增大導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通vs5= v O VTN降低降低v O降低降低截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11T

26、N5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO0截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止vs2= v O VTP = 0 VTP導(dǎo)通導(dǎo)通101(b) 邏輯符號邏輯符號(a) 傳輸特性傳輸特性vOVT0VT+vIvIvO負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓正向閾值電壓正向閾值電壓8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形的變換波形的變換波形的整形波形的整形 1 v vo ov vI I o VT+ vO VOH VOL VT- 合理選擇回差電壓，可消除干擾信號。合理選擇回差電壓，可消除干擾信號。 vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 消除干擾信號消除干擾信號幅度鑒別幅度鑒別 VT- vI

27、0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 1 vIvO本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強。所以抗干擾能力也很強。施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。電路中應(yīng)用很廣。8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器8.3.1 門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器 能產(chǎn)生一定頻率的矩形脈沖波或方波的自激振能產(chǎn)生一定頻

28、率的矩形脈沖波或方波的自激振蕩電路叫做多諧振蕩器。蕩電路叫做多諧振蕩器。多諧振蕩器的結(jié)構(gòu)特點多諧振蕩器的結(jié)構(gòu)特點開關(guān)電路開關(guān)電路反饋延時環(huán)節(jié)反饋延時環(huán)節(jié)可以是邏輯門、電壓比可以是邏輯門、電壓比較器、定時器等。其作較器、定時器等。其作用是產(chǎn)生高、低電平。用是產(chǎn)生高、低電平。一般為一般為RC電路。利電路。利用用RC電路的充放電電路的充放電特性實現(xiàn)延時，輸出特性實現(xiàn)延時，輸出電壓經(jīng)延時后電壓經(jīng)延時后，反饋反饋到開關(guān)器件輸入端，到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài)改變電路的輸出狀態(tài)，以獲得所脈沖波形輸以獲得所脈沖波形輸出。出。1 1、CMOS多諧振蕩器多諧振蕩器電路圖電路圖 1vIRCG11G2vO1

29、vO vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VCvIVthVDD+V+VvOVDDT1T2第一第一暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)第二第二暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)vO1tttOOOt1t3t2振蕩周期的計算振蕩周期的計算/IIIIe)()0()()(tvvvtvT1的計算的計算 以以t1作為時間起點，則有：作為時間起點，則有：thDDDD121/ )(III2Ith2IDDII121lne)()0()()()()(0)0(12VVVRCttTvvvtvRCVtvVvVvttTttT2的計算的計算 以以t2作為時間起點，則有：作為時間起點，則有：thDD232/ )(II

30、I3Ith3IIDDDDI232lne)()0()()()(0)()0(23VVRCttTvvvtvRCVtvvVVVvttTtt則則T為：為：RCRCTVVVVVVRCTTT1.4ln421)(lnDDthththDD2DD12，則若電路圖電路圖 1vIRCG11G2vO1vO2RS加補償電阻的加補償電阻的CMOS多諧振蕩器多諧振蕩器由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取取決于決于R、C電路和電路和 VTH，頻率穩(wěn)定性較差。，頻率穩(wěn)定性較差。解決辦法：加補償電阻解決辦法：加補償電阻RS 8.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路

31、CRvOvIvIvOVT+VTVOHVOLOOttT1T201VT+VT1001)ln( lnlnlnlnTTTDDTDDTTTDDTDD21TT2TDDTDD1VVVVVVRCVVRCVVVVRCTTTVVRCTVVVVRCT8.3.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器圖圖8.3.6 石英晶體的電路符號及阻抗頻率特性石英晶體的電路符號及阻抗頻率特性fs 兩個電阻兩個電阻R的作用是保證兩個反相器在靜態(tài)時都能工作在的作用是保證兩個反相器在靜態(tài)時都能工作在線性放大區(qū)線性放大區(qū)。對。對TTL反相器，常取反相器，常取R0.72k ，而對于，而對于CMOS門，則常取門，則常取R10100M ；C1是耦合電容

32、是耦合電容，用于兩，用于兩個反相器間的耦合；個反相器間的耦合； C2用來抑制高次諧波用來抑制高次諧波，保證輸出頻率的，保證輸出頻率的穩(wěn)定，常取穩(wěn)定，常取2RC2 fs1。石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率fs(a) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器(b) 石英晶體阻抗頻率特性石英晶體阻抗頻率特性f0XfS11RC1RC2vOG1G211RC1RC2vOG1G21CP1J1KC1? ?1 1? ?2 21QQ石英晶體石英晶體振蕩器振蕩器CPQf1f2& R1 C2 R2C1& f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384

33、Hz 8192Hz 2Hz 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q1511RC1RC2vOG1G2石英晶體石英晶體振蕩器振蕩器分分頻頻器器本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時定時器構(gòu)成。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本器構(gòu)成。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是

34、用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。RS觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，所以觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，所以又稱為無穩(wěn)電路。又稱為無穩(wěn)電路。在多諧振蕩器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個暫在多諧振蕩器中，由一個暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個暫穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)觸發(fā)”信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩提供的，因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。周期與電路的阻容元件有關(guān)。8.4 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用8.4.1 555定時器定時器為為數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬混合模擬混合集成電路。集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時間

35、延遲和振蕩，內(nèi)部有可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個個5k的電阻分壓器，故稱的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。 1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR電阻電阻分壓器分壓器電壓比較器電壓比較器基本基本SR鎖存器鎖存器輸出緩沖輸出緩沖反相器反相器集電極開路集電極開路輸出三極管輸出三極管1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&

36、G4SR觸發(fā)觸發(fā)輸入端輸入端閾值閾值輸入端輸入端電壓電壓控制端控制端復(fù)位端復(fù)位端低低電平有效電平有效放電端放電端vICvI1vI2vORD1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR011飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通01&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/31010100截止截止12VCC/3VCC/3懸空懸空1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/300011111

37、飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通12VCC/3VCC/3懸空懸空1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/311狀態(tài)不變狀態(tài)不變12VCC/3VCC/3狀態(tài)不變狀態(tài)不變懸空懸空8.4.2 用用555定時器組成的施密特觸發(fā)器定時器組成的施密特觸發(fā)器 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1 +VCC vI vO t t 0 0 (a) 電電路路 (b) 工工作作波波形形 vO vIC VT+ VT 2VCC/3 VCC/3 控控制制電電壓壓 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)回回差差 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1 +VCC vI v

38、O t t 0 0 (a) 電電路路 (b) 工工作作波波形形 vO vIC VT+ VT 2VCC/3 VCC/3 控控制制電電壓壓 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)回回差差 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1 +VCC vI vO t t 0 0 (a) 電電路路 (b) 工工作作波波形形 vO vIC VT+ VT 2VCC/3 VCC/3 控控制制電電壓壓 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)回回差差 8.4.3 用用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接通接通VCC后瞬間，后瞬間，VCC通過通過R對對C充電，當(dāng)充電，當(dāng)vC上升到上升到2VCC/3時，比時，比較器較器C1輸出為輸出為0，將基本，將基本SR鎖存

39、器置鎖存器置0，vO0。這時放電管。這時放電管T導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過T放電，電路進入穩(wěn)態(tài)。放電，電路進入穩(wěn)態(tài)。vI到來時，因為到來時，因為vIVCC/3，使，使C20，基本，基本SR鎖存器置鎖存器置1， vO又又由由0變?yōu)樽優(yōu)?，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時放電管，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時放電管T截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R對對C充充電。雖然此時觸發(fā)脈沖已消失，比較器電。雖然此時觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)榈妮敵鲎優(yōu)?，但充電繼續(xù)，但充電繼續(xù)進行，直到進行，直到vC上升到上升到2VCC/3時，比較器時，比較器C1輸出為輸出為0，將基本，將基本SR鎖存器鎖存器置置0，電路輸出，電路輸出vO0，

40、T導(dǎo)通，導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。 C R vI 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F vO VCC vI vO t t tW 0 0 vC t 0 2VCC/3 tW=RC1n31.1RC CvI87 651VCCvO432555RvIC脈沖寬度調(diào)制器脈沖寬度調(diào)制器 vI O t vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t CRvI87 6210.01 F VCCvO435555R1T由由555定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的可重復(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 接通接通VCC后，后，VCC經(jīng)經(jīng)R1和和R2對對C充電。當(dāng)充電。當(dāng)vC上升到上升到2VCC/3時，時，vO=0，T導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過R2和和T放電，放電， vC下降。當(dāng)下降。當(dāng)vC下降到下降到VCC/3時，時，vO又由又由0變?yōu)樽優(yōu)?，T截止，截止，VCC又經(jīng)又經(jīng)R1和和R2對對C充電。如此重復(fù)上述充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端過程，在輸出端vO產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈