數(shù)字電子技術(shù)第九章

1、9.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2 施密特觸發(fā)器9.3 多諧振(xizhn)蕩器9.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用(yngyng)9 脈沖波形的變換與產(chǎn)生共六十九頁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)(zhbio)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(gngzu)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)基本要求共六十九頁9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.1 用門電路組成(z chn)的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2 集成(j chn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.3 單

2、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用共六十九頁 電路在沒有觸發(fā)(chf)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(gngzu)特點(diǎn)： 在外來觸發(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)過一段時(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)器共六十九頁VIVOtW穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)TrgTWQ共六十九頁 門電路組成(z chn)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成(j chn)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)劃分共六十九頁9.1.1 用CMOS門

3、電路組成(z chn)的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1. 電路(dinl)CMOS或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS與非門構(gòu)成的微分型單穩(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) 共六十九頁電路(dinl)處于一種穩(wěn)態(tài)：00110o =0c =0a)沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓2. 工作(gngzu)原理：共六十九頁b)外加觸發(fā)(chf)信號(hào)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電容充電I210共六十九頁c)電容(dinrng)充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)(zdng)返回到穩(wěn)態(tài)01I2I2 =VTH迅速使 o1 = 1o =0電容放電c =0vo2vO1vR vO11 vO vI2 0 t t

4、 t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw共六十九頁 當(dāng)ui的寬度很寬時(shí)，可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)(y )RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門G1被ui封住了，會(huì)使uo2的下降沿變緩。 共六十九頁 tw0.7RC （1） 輸出脈沖(michng)寬度tw(2) 恢復(fù)(huf)時(shí)間tre tre (35)(3) 最高工作頻率 fmax 3. 主要參數(shù)的計(jì)算vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2= RCln2共六十九頁4. 討論(toln)b)用TTL門電阻(dinz)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G

5、2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。共六十九頁9.1.2 集成(j chn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)(chngf)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)共六十九頁 1. 不可重復(fù)觸發(fā)(chf)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)(chf)器 74121觸發(fā)(chf)信號(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容輸出緩沖電路共六十九頁輸出脈沖(michng)寬度： tw0.7RC 電路的不可重復(fù)觸發(fā)(chf)特性工作原理在暫穩(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

6、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=01000共六十九頁74121功能表 HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL邏輯(lu j)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)或兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)共六十九頁共六十九頁9.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)1. 定時(shí)(dn sh) 該電路可用于頻率計(jì)共六十九頁 2. 延時(shí)共六十九頁3. 組成噪聲消除(xioch)電路 單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲(zoshng)寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消

7、除噪聲(zoshng)。 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.共六十九頁4. 利用(lyng)兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器。 共六十九頁9.2 施密特觸發(fā)器9.2.1 用門電路組成(z chn)的施密特觸發(fā)器9.2.2 集成(j chn)施密特觸發(fā)器9.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 共六十九頁普通(ptng)反相器和施密特反相器的比較AY1普通(ptng)反相器uAUTHuY?TTL：1.4 VCMOS：施密特反相器AYuAUT+UT上限閾值電壓下限閾值電壓uY回差電壓：9.2 施密特觸發(fā)器共六十九頁1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸(chun sh)特性及工作特點(diǎn) 是

8、具有(jyu)滯后特性的反相器。（1）電路有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，是雙穩(wěn)電路。（2）電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依賴于輸入信號(hào)的維持。 輸出狀態(tài)取決于輸入信號(hào)的幅度。（3）具有滯后電壓傳輸特性。 對(duì)正向增長(zhǎng)和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閾值電平。共六十九頁 施密特觸發(fā)器屬于電平(din pn)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(dinl)有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路(dinl)的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-） 。回差電壓（滯后電壓）：VT VTVT共六十九頁同相輸出(shch)施密特觸發(fā)器反相輸出(shch)施密特觸發(fā)器 oVT+ vO V

9、OH VOL VT- vI 2、施密特觸發(fā)器的兩種電路形式共六十九頁1、電路(dinl)組成2、工作(gngzu)原理I19.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器R1 R2I為三角波 假定： 共六十九頁 108 6 4 2 0 2 4 6 8 10 VOHVDD B vI1001(1) I上升(shngshng)當(dāng)vI1=0， = 0VvO正向閾值電壓 (VT+): I 值在增加過程(guchng)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共六十九頁vI1vovI共六十九頁8.2.2 集

10、成(j chn)施密特觸發(fā)器 共六十九頁8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng) VT+VT_vT+vT-1. 波形(b xn)變換 共六十九頁2. 波形(b xn)的整形共六十九頁vovI合理選擇回差電壓(diny)，可消除干擾信號(hào)。 3.消除(xioch)干擾信號(hào)共六十九頁4. 幅度(fd)鑒別 oI共六十九頁9.3 多諧振蕩器9.3.1 門電路組成(z chn)的多諧振蕩器9.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成(guchng)多諧振蕩器9.3.3 石英晶體多諧振蕩器共六十九頁 開關(guān)電路 RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本(jbn)組成：開關(guān)器件(qjin)：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（ RC電路

11、）：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,反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。9.3 多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。共六十九頁9.3.1 門電路(dinl)組成的多諧振蕩器 1. 電路(dinl)組成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VCCMOS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:共六十九頁 2. 工作(gngzu)原理假

12、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)vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0共六十九頁（2）第二(d r)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(dinrng)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共六十九頁 TRC1n41.4RC 由門電路組成(z chn)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)

13、定性較差。 3. 振蕩周期的計(jì)算(j sun)vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 :共六十九頁vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR9.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成(guchng)多諧振蕩器共六十九頁9.3.3 石英(shyng)晶體振蕩器1、石英(shyng)晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào) 阻抗特性 fXf0電感性電容性電容性當(dāng) f = f0 時(shí),電抗 X = 0共六十九頁2、石英(shyng)晶體振蕩器R1和R2: 使對(duì)應(yīng)(duyng)門工作在線性區(qū)C1 : 耦合

14、電容C2 : 抑制高次諧波共六十九頁AQf1f23、雙相脈沖(michng)產(chǎn)生電路共六十九頁9.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用(yngyng)9.4.1 555定時(shí)器9.4.2 用555定時(shí)器組成(z chn)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)器組成多諧振蕩器共六十九頁9.4.1 555定時(shí)器 555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要(zhyo)外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可在定時(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警等方面。共六十九頁電阻(dinz)分壓器電壓(diny

15、)比較器基本SR鎖存器輸出緩沖反相器集電極開路輸出三極管1、電路結(jié)構(gòu)共六十九頁低電平(din pn)觸發(fā)端高電平(din pn)觸發(fā)端電壓控制端4.516V復(fù)位端低電平有效輸出端放電端共六十九頁2、工作(gngzu)原理RD=0時(shí)，Q=1， vo=0，T導(dǎo)通。010共六十九頁2、工作(gngzu)原理RD=0時(shí)，Q=1， vo=0，T導(dǎo)通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通2VCC/3VCC/30100共六十九頁2、工作(gngzu)原理RD=0時(shí)，Q=1， vo=0，T導(dǎo)通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通RD=1

16、、vI12VCC/3、vI22VCC/3、vI2VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/31RD=1、vI1VCC/3時(shí)Q、vo、T狀態(tài)不變1共六十九頁 3、555定時(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 入共六十九頁9.4.2 用555定時(shí)器組成(z chn)施密特觸發(fā)器vI如何(rh)改變電路的閾值電壓和回差電壓?共六十九頁 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)波形(b xn)變換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?共六十

17、九頁CvovIR 波形(b xn)產(chǎn)生電路(多諧振蕩器 )共六十九頁vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR共六十九頁9.4.3 用555定時(shí)器組成(z chn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1、電路(dinl)VCCvI共六十九頁外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換(zhunhun)到暫態(tài)，輸出為1觸發(fā)信號(hào)消除(xioch)后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)( i )電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0 13VCCVCCvI共六十九頁tw=RC1n31.1RC 工作波形(b xn)及輸出脈寬的計(jì)算電路是可重復(fù)(chngf)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

18、?共六十九頁 脈沖(michng)寬度調(diào)制器工作(gngzu)波形555組成的單穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用:共六十九頁 用555定時(shí)器組成(z chn)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)共六十九頁9.4.4 用555定時(shí)器組成(z chn)多諧振蕩器1、電路(dinl)組成R1R2C)(-CCV-1R-2R TC1C2+-+(4)RS5 k 5 k 5 k RDVCC(8)(1)(2)(5)(6)(7)共六十九頁接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)vc上升到2VCC/3時(shí)，vo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，vc下降。當(dāng)vc下降到VCC/3時(shí)，vo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過程(guchng)，在輸出端vo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。2、工作(gngzu)原理共六十九頁3、工作波形(b xn)與振蕩頻率計(jì)算tPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 共六十九頁4、用555定時(shí)器組成(z chn)占空比可的調(diào)多諧振蕩器tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC 共六十九頁內(nèi)容摘要9.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。9.1.