數(shù)電第八章脈沖波形的變換與產(chǎn)生

第1頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六教學(xué)基本要求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。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。掌握555定時(shí)器的工作原理。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。第2頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器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)。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)?；靖拍?.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)第3頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類(lèi)門(mén)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)器工作特點(diǎn)劃分第4頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.1用CMOS門(mén)電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1.電路CMOS與非門(mén)構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

CMOS或非門(mén)構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)第5頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2.工作原理（以或非門(mén)構(gòu)成的為例）設(shè)定CMOS門(mén)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第6頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（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(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)。

O1=0，

O2=1第7頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（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。第8頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（4）工作波形:第9頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.主要參數(shù)的計(jì)算（1）輸出脈沖寬度tw

C(0+)=0；

C()=VDD

=RC；VTH

=VDD/2

（2）恢復(fù)時(shí)間tre

tre≈3（3）最高工作頻率fmax第10頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.討論（1）在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束（t=t2）瞬間，門(mén)G2的輸入電壓I2達(dá)到VDD+VTH，可能損壞G2門(mén)，怎么辦？（2）用TTL門(mén)電阻R的取值可以是任意的嗎？采用TTL與非門(mén)構(gòu)成單穩(wěn)電路時(shí)，電阻R要小于0.7k。第11頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)vOvItwtw沒(méi)有被重復(fù)觸發(fā)vOvItwtw被重復(fù)觸發(fā)第12頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

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：C—外接電阻容R—外接電阻或采用內(nèi)部電阻輸出脈沖寬度：tw≈0.7RC第13頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL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

為高電平，A1、A2

中有一個(gè)為高電平，輸入端有一個(gè)下降沿時(shí)或A1、A2都為下降沿時(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)第14頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.3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)第15頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.延時(shí)第16頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.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。第17頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2施密特觸發(fā)器施密特觸發(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-）。第18頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.1用門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器1.電路組成2.工作原理設(shè)電路中G1、G2門(mén)翻轉(zhuǎn)電壓Vth≈VDD/2，且R1<R2。輸入為三角波。由于為CMOS門(mén)，無(wú)輸入電流，由疊加原理得：第19頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六①當(dāng)

I=0時(shí)②

I逐漸上升，

I1也逐漸上升，當(dāng)上升到Vth

時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)。電路此時(shí)翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓為正向閾值電VT+。翻轉(zhuǎn)后，

O1=0，

O=VDD，

I繼續(xù)上升，

I1>Vth，

O=VDD不變。第20頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六③

I上升到最大后開(kāi)始下降，

I1也下降，當(dāng)下降到略小于V

th，電路翻轉(zhuǎn)。電路此時(shí)翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓為負(fù)向閾值電VT-。翻轉(zhuǎn)后，

O1=VDD，

O=0，

I繼續(xù)下降，

I1<Vth，

O=0不變。第21頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六④回差電壓：電壓傳輸特性第22頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.2集成施密特觸發(fā)器第23頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1．波形變換如將正弦波、三角波變換為矩形波信號(hào)；第24頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.波形整形第25頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.消除干擾信號(hào)合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。

第26頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4．幅度鑒別消除幅度較小的脈沖，鑒別出幅度高于VT+的脈沖第27頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3多諧振蕩器多諧振蕩器：一種自激電路，該電路在接通電源后無(wú)需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖波或方波。多諧振蕩器在工作過(guò)程中不存在穩(wěn)定狀態(tài)，故稱(chēng)無(wú)穩(wěn)態(tài)電路?；靖拍罨窘M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),以獲得所脈沖波形輸出。第28頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3.1由CMOS門(mén)電路組成的多諧振蕩器1．電路組成及工作原理電路中G1、G2由CMOS門(mén)電路組成，為討論方便，設(shè)電路的電壓傳輸特性曲線為理想化情況，即：開(kāi)門(mén)電平(VON)和關(guān)門(mén)電平(VOFF)相等且為Vth=0.5VDD(門(mén)坎電平)。即：VI>VON=Vth

門(mén)打開(kāi)（輸出低），

VI<VOFF=Vth

門(mén)關(guān)閉（封鎖，輸出高）。第29頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六工作過(guò)程分析：⑴第一暫穩(wěn)態(tài)及自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程。電源VDD經(jīng)G1的TP管、R和G2的TN給C充電，使VI電壓上升，當(dāng)VI到達(dá)Vth時(shí)G1翻轉(zhuǎn)，G2翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。上電時(shí)，C兩端未充電，VO1=1，VI=VO2=0，為第一暫穩(wěn)態(tài)。第30頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六⑵第二暫穩(wěn)態(tài)及自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，VO1=0，VO2=1，C兩端的壓降為Vth，故VI應(yīng)為Vth+VOH，即Vth＋VDD。但由于二極管的鉗位作用，VI＝VDD+ΔV+（ΔV+：二極管正向壓降）。C通過(guò)G2的TP和G1的TN及R放電，使VI下降，當(dāng)VI下降至Vth后，G1、G2再次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)C兩端電壓為-Vth，翻轉(zhuǎn)后VI應(yīng)為-Vth，由于D的鉗位，VI＝ΔV-。第31頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六工作波形：2．振蕩周期的計(jì)算T1：T2：由門(mén)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。第32頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路第33頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3.3石英晶體振蕩器雙相脈沖產(chǎn)生電路石英晶體振蕩器CPQf1f2第34頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用8.4.1555定時(shí)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)。

1.電路結(jié)構(gòu)①3個(gè)阻值為5K的電阻組成的分壓器(555電路)②兩個(gè)電壓比較器C1、C2③基本SR鎖發(fā)器④放電三極管T⑤緩沖器G第35頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．工作原理⑴RD為復(fù)位端，低電平有效，復(fù)位時(shí)輸出為低，正常工作時(shí)，應(yīng)接高電平。第36頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六⑵5腳懸空時(shí)，比較器C1、C2的比較電壓分別為1/3VCC和2/3VCC。①

VI1<2/3VCC

VI2<1/3VCCC1出高，C2出低，基本RS觸發(fā)器置1，T截止，輸出VO為高。②

VI1>2/3VCC

VI2>1/3VCCC1出低，C2出高，RS觸發(fā)器置0，T導(dǎo)通，輸出VO為低電平。③

VI1<2/3VCC

VI2>1/3VCCC1出高，C2出高，RS觸發(fā)器R=S=1，狀態(tài)保持，整個(gè)電路保持原狀態(tài)。第37頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六功能表輸入輸出復(fù)位RD閾值輸入vI1觸發(fā)輸入vI2RS輸出vO放電管T0××××0導(dǎo)通1>2/3Vcc>1/3Vcc010導(dǎo)通1<2/3Vcc<1/3Vcc101截止1<2/3Vcc>1/3Vcc11不變不變討論：在控制電壓輸入端5腳施加一外電壓，比較器的參考電壓將如何變化，工作情況如何變化？第38頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器υI如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?第39頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用①波形變換電路的頻率可變?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?如圖電路，從7腳輸出，則輸出電壓高低電平如何變化？思考題第40頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六②波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器)CvovIR1第41頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t第42頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路第43頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.工作原理⑴穩(wěn)態(tài)（輸出為0）上電時(shí)，VI1=VC=0<2/3VCC

，VI2=VI=VIH>1/3VCC，輸出狀態(tài)隨機(jī)為“0”或“1”，并暫時(shí)保持不變。

①若VO=1，T截止，C充電，VC上升，當(dāng)VI1=VC>2/3VCC，VO=0，T導(dǎo)通，C放電，VI1=0，輸出保持0。②若VO=0，T導(dǎo)通，VI1=0，輸出保持0。第44頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六⑵暫穩(wěn)態(tài)施加觸發(fā)信號(hào)，VI2=VI=VIL<1/3VCC，輸出VO：0→1，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。T截止，C充電，VC上升，當(dāng)VI1=VC>2/3VCC(此時(shí)，VI已撤出，即VI2=VI=VIH)，VO：1→0，T導(dǎo)通，C放電，VI1=0，輸出保持0。第45頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.電路參數(shù)電路是可重復(fù)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?思考題第46頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六①脈沖寬度調(diào)制器

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