數(shù)電ch8 脈沖波形的變換與產(chǎn)生

8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.2施密特觸發(fā)器8.3多諧振蕩器8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用8脈沖波形的變換與產(chǎn)生3、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555定時(shí)器的工作原理。教學(xué)基本要求8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.1用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用①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);1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：②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);③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(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)。8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器基本概念

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2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分8.1.1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)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

穩(wěn)態(tài)為1負(fù)脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為0正脈沖觸發(fā)

2.工作原理（以或非門構(gòu)成的為例）設(shè)定CMOS門電路電壓傳輸特性理想化，反相器的閾值電壓：（1）沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0，電路處于穩(wěn)態(tài)。電路處于一種穩(wěn)態(tài)。只要沒(méi)有正脈沖輸入，電路狀態(tài)一直保持。I2=1，

O=0，

O1=1

，C=0（2）外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)I外加正脈沖，O1跳變?yōu)椤?”，C兩端電壓不能突變，G2輸入變?yōu)椤?”，O=“1”，O2的高電平作為G1的輸入，導(dǎo)致如下正反饋過(guò)程。由于

O輸出為高，即使觸發(fā)信號(hào)

I撤出，

O1仍維持低電平，然而，電路的這種狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。

O1=0，

O2=1（3）電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)R對(duì)C充電，

C升高，

I2也升高，當(dāng)

I2=Vth=0.5VDD時(shí)，電路發(fā)生以下正反饋過(guò)程（

I觸發(fā)脈沖已撤出）電路回到穩(wěn)態(tài)：

O=0，

O1=1。轉(zhuǎn)換后瞬間，電容兩端的電壓為

I2=VDD+Vth，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容通過(guò)R放電，使C上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的初始值。（4）工作波形:

tw≈0.7RC

（1）輸出脈沖寬度tw(2)恢復(fù)時(shí)間tretre3

(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

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？8.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器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)1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容輸出脈沖寬度：tw≈0.7RC暫穩(wěn)態(tài):Q=174121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL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)或兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)

2.可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(略)8.1.3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)

2.延時(shí)3.組成噪聲消除電路

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。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.8.2施密特觸發(fā)器8.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器8.2.2集成施密特觸發(fā)器8.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用8.2

施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)：①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。②電路有兩個(gè)閾值電壓。輸入信號(hào)增加和減少時(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

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

1、電路組成2、工作原理I18.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器R1<R2I為三角波假定：

108

6

4

2

0

vI/V

2

4

6

8

10

VOH≈VDD

vO/V

B

vI1001(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，則保持=0VOVTHυI1υo(2)當(dāng)=VTH，電路發(fā)生正反饋：υI1vI1(3)

υI1VTH電路,維持不變?chǔ)設(shè)=VOH

,只要υI1>VTH，υI1(4)當(dāng)υI下降,

也下降則保持=VOHυo當(dāng)=VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋：

υI1vI1vovI8.2.2集成施密特觸發(fā)器CC40106

8.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

VT+VT_vT+vT-1.波形變換2.

波形的整形vovI合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。3.消除干擾信號(hào)oυI4.

幅度鑒別8.3

多諧振蕩器8.3.1

由門電路組成的多諧振蕩器8.3.2

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路8.3.3

石英晶體振蕩器*

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，改變電路的輸出狀態(tài)，以獲得所需要的脈沖波形輸出。8.3

多諧振蕩器8.3.1

由CMOS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

VCCMOS門電路組成的多諧振蕩器υO(shè)1與υO(shè)反相,電容接在υO(shè)與υI之間:2.工作原理vIVDDVTH0ttvOVDD0假定電路初態(tài)：=1vO1=0vOvC=0V電容充電vCvI當(dāng)=VTH時(shí)，電路進(jìn)入第二暫態(tài)vO2=1vO1=0=0vO1=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)υI（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)υO(shè)2=0υO(shè)1=12.工作原理vIvO1vOT＝RC1n4≈1.4RC

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vI(0+)0；vC()

VDD;=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD;vC()0;

=RC,t=t3-t2T2:vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.3.2

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器8.3.3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)阻特性fXf0電感性電容性電容性當(dāng)f=f0時(shí),電抗X=02、石英晶體振蕩器R:使G1工作在線性區(qū)C1:耦合電容C2:抑制高次諧波CPQf1f23、雙相脈沖產(chǎn)生電路8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用8.4.1

555定時(shí)器8.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器8.4.3

用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

8.4.4

用555定時(shí)器組成多諧振蕩器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)。8.4555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TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G1、電路結(jié)構(gòu)8.4.1555定時(shí)器2、工作原理及功能表不變不變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8.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器vI如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用①波形變換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?②波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器)CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、電路VCCvIRC②外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1③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0①?zèng)]有觸發(fā)信號(hào)時(shí)()電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

VCCvIRCtw=RC1n3≈1.1RC

2、工作波形及輸出脈寬的計(jì)算如將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?

脈沖寬度調(diào)制器工作波形3、555組成的單穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用:8.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器1、電路組成R1R2

TC1C2+--+(4)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV1R2R1）電路第一暫態(tài)，輸出為1。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為02、工作原理2）電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài)

TC1