數(shù)字邏輯設(shè)計(jì) - 脈沖電路設(shè)計(jì)

脈沖電路2數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)2一階電路的分析

解微分方程法前提？

階躍信號

三要素法（1）三要素R時(shí)間常數(shù)τ：

τ

=

RC,τ

=

L初始值x(0+)：

vc(0+)

=

vc(0?),iL(0+)

=iL(0?)趨向（穩(wěn)態(tài)）值x(∞)：?電容不再充放電，ic=0.此時(shí)，電容可視為開路。

?電感電流不再變化，vL=0.此時(shí)，電感可視為短路。τ?tx(t)

=

x(∞)+[x(0+)?x(∞)]e復(fù)習(xí)3概念

參數(shù)

脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度Tw上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比q

q=

Tw/T

獲取矩形波形

多諧振蕩器電路

整形電路變換已有的周期性波形數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)復(fù)習(xí)v

I

=當(dāng)v

i

<

VDD

/2vi

<

(1?)?VTH當(dāng)v

i

>

VDD

/2數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)4施密特觸發(fā)器1

用門電路組成施密特觸發(fā)器

一.CMOS非門構(gòu)成1

.

電路組成條件：

R1

<

R2

2

.

符號(1)'vo

R1R1

+R2vI

+

R2R1

+R2與vi、vo均有關(guān)'電路輸出低電平')?VTHvi

>

(1+R1R2電路輸出高電平正向閾值電壓

VT+

R1

R2

VT?負(fù)向閾值電壓

復(fù)習(xí)3

.

原理

假設(shè)：CMOS為理想器件，即

Ri

=∞,VTH

=

VDD

/2,VOH

=

VDD,VOL

=0Vv

=viR1

+R2v'Iv

I

=vI

+vDD5'

vi

viVDDVDD

/2

O

O

A數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)BCDE（2）當(dāng)VT-

<

vI

<

VT+時(shí)？波形分析

?當(dāng)vI<VT-時(shí)，VO=0（OA段、DE段）

?當(dāng)vI>VT+時(shí)，VO=

VDD（BC段）

?當(dāng)vI從0變大時(shí)，

'

R2

I

vI<VT+時(shí)，

v'I

<

VTH

,VO=0（AB段）

vi略大于VT+時(shí)，有一正反饋過程

VO

?當(dāng)VI

從VDD變小時(shí)，

'

R2

R1

R1

+R2

R1

+R2vI>VT-時(shí)，

v'I

>

VTH,VO=VDD（CD段）vi略小于VT-時(shí)，有一正反饋過程v'IVO

VoVDD正反饋

復(fù)習(xí)正反饋

VT+

VT?數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)6用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入微分

1.電路組成（CMOS門和RC微分電路）

?一般：R>>1k,分析時(shí)可怱略

ROH、ROL的影響

?對于CMOS門，可作以下近似：

VOL

=0V,VOH

=

VDD;

VTH

=

VDD

/2輸入微分作用：使觸發(fā)信號對暫穩(wěn)持續(xù)時(shí)間不影響2.原理：（1）求穩(wěn)態(tài)：

電路不再充放電，電路可視為開路。

vI2

=

VDDvO1

=

VDDvC

=

0vvO

=0v為下一階段服務(wù)復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)7?多諧振蕩器

-對稱式多諧振蕩器

-非對稱式多諧振蕩器

-環(huán)形振蕩器

-施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)12

vI1

OvO1

O

vO2

O

vC

OVTH

t

t

t

t第二暫穩(wěn)充電

第一

暫穩(wěn)假設(shè)VO1=0分析起點(diǎn)

多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器電路1.電路組成：

VC2.

原理

以CMOS器件為例分析

開機(jī)瞬間：v(0-)=0

?電路分析起點(diǎn)：

假設(shè)VO1=0

放電

vI1(∞)

=

VDDτ

=

(RON(P)

+Rf)C

≈

RfC數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.計(jì)算振蕩周期vI1

OvO1

OtvO2

OtVTH

ttw2tw1

（1）

計(jì)算tw1：充電VDD

2?VDDτ?t

vI1(0+)

=

?0.5VDD

vI1(t)

=VDD-1.5VDDe2VDD=

VTH∴tw1

=

τLn3=

RfCLn3

vI1(∞)

=0τ

=(RON(P)

+Rf)C

≈

RfCvI1(t)

=1.5VDDe=

VTHtw2t14vI1

OvO1

OtVDD32VTH

t

0Vτ?t

vI1(0+)

=1.5VDD

VDD

2

∴tw2

=

τLn3=

RfCLn3數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）

計(jì)算tw2：

放電vO2

tw1

O

周期T

=

tw1

+

tw2

=

2RfCLn315(vO)

O

3

環(huán)形振蕩器

1.電路組成：

2.波形分析:以VO從0變?yōu)?開始vI1tvI2

Ot

vI3

O數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)ttpdtpdtpd

3.周期：

T

=

6tpd4.推廣：其中：n為奇數(shù)，且n≥3

T

=

2ntpd數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)165.特點(diǎn)

：

?頻率高，獲取低頻脈沖困難。

?頻率不穩(wěn)定，且頻率不易調(diào)節(jié)。6.帶RC延時(shí)的環(huán)形振蕩器：

（1）原理性電路

目的：獲取較低振蕩頻率

（2）實(shí)用電路對于TTL要求：R<ROFF,RS<ROFF振蕩周期：

CMOS

T

=

2RCLn3≈

2.2RC

TTL（估算）

T

≈

2.2RC

與R、RS及TTL類型有

關(guān)VDD

?VT?

VT+數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)174

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路結(jié)構(gòu)VT-VT+

tt

OvO

OVOHVOL2.原理vI3.振蕩周期)

?VDD

?VT+

VT?T

=

RCln(4.改進(jìn)型

目的，調(diào)節(jié)占空比。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)20555定時(shí)器

555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與功能

應(yīng)用：

用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器

用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

用555定時(shí)器接成多諧觸發(fā)器輸入輸出RDVI1VI2VOTD狀態(tài)0××0導(dǎo)通R=0，S=1R=1，S=11R=1，S=0R=0，S=02>VCC31>VCC30導(dǎo)通2<VCC31>VCC3不變不變2<VCC31<VCC31截止2>VCC31<VCC31截止數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)21555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與功能二、功能表：（控制端VCO懸空）

一、結(jié)構(gòu)圖閾值端觸發(fā)端放電端復(fù)位端RS輸入輸出RDVI1VI2VOTD0××0導(dǎo)通ⅠⅡⅢ1Ⅳ2>VCC31>VCC30導(dǎo)通2<VCC31>VCC3不變不變2<VCC31<VCC31截止2>VCC31<VCC31截止O字系統(tǒng)設(shè)計(jì)Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ數(shù)22用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器vIt2/3VCC1/3VCC

OvOtⅡ

Ⅲ?原理?電壓傳輸特性>

VCC>

VCC<

VCC<

VCC>

VCC>

VCC<

VCC<

VCC數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)23用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸111不變

不變1

截止1

截止23232313

1

3

1

3RD

0

1′

VI1X

2

3入

VI2

X

1

3VO

0

0輸出

TD

導(dǎo)通

導(dǎo)通若通電后Q

=

0

→TD導(dǎo)通

→VC

=

0

C1若通電后Q

=1→TD截止→

C充電至VC

=

VCC→VC1

=

0

→

Q

=

0

→TD導(dǎo)通

→

C放電→

C1數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)2413→

Q

=

0保持→

Q

=

0保持

2

3

V

=1

VC2

=1

V

=1

VC2

=1穩(wěn)態(tài)：VI

=1,VO

=

0,TD導(dǎo)通1

VC1

=1

VC2

=

0

VC2

=1→Q

=

0,TD導(dǎo)通

→C開始放電至0

VC1

=1數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)25213

3

Q

=

0保持

VC2

=1

VC1

=

0則

→

Q

=1,TD截止

→

C開始充電觸發(fā)時(shí)VI只要VI降至

VCC,則

3

vC(∞)

=

VCCτ

=

RC)

=

VCC261/3VCCvI

OvO

O

vC

O

t2/3VCC

tVI2

VI

1VCC?tw)τ?t?計(jì)算tw

vC(0+)

=0

VC(t)

=

VCC(1?e23VC(tw)

=

VCC(1?eτ?tW

tw

=

RCln3=1.1RC數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

VC1

=1

VC2

=

0數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)28→

Q

=1,TD截止→

C開始充電

穩(wěn)態(tài)：VI

=1,VO

=

0,TD導(dǎo)通觸發(fā)時(shí)VI只要VI降至

VCC,則

3RDVI1VI2VOTD0××0導(dǎo)通12>VCC31>VCC30導(dǎo)通2<VCC31>