单稳施密特触发器的电路工作原理及电路主要参数的估课件.ppt

4 4、重点掌握由、重点掌握由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及电路主要参数的估算。触发器的电路、工作原理及电路主要参数的估算。1 1、熟练掌握多谐振荡电路、单稳态电路、施密特触、熟练掌握多谐振荡电路、单稳态电路、施密特触发电路的工作特点；正确理解其电路组成及工作原理。发电路的工作特点；正确理解其电路组成及工作原理。2 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSIMSI器件的逻辑器件的逻辑功能及主要参数的估算。功能及主要参数的估算。3 3、掌握、掌握555555定时器的工作原理。定时器的工作原理。教学基本要求教学基本要求第第9章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形脉冲幅度脉冲幅度Vm：脉冲电压波形的高、低电平之差。：脉冲电压波形的高、低电平之差。脉冲宽度脉冲宽度tm：从脉冲前沿的：从脉冲前沿的0.5Vm到达脉冲后沿到达脉冲后沿0.5Vm所需的时间。所需的时间。上升时间上升时间tr：脉冲上升沿从：脉冲上升沿从0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需要的时间。所需要的时间。下降时间下降时间tf：脉冲下降沿从：脉冲下降沿从0.9Vm下降到下降到0.1Vm所需要的时间。所需要的时间。脉冲周期脉冲周期T：相邻两个脉冲之间的时间间隔。：相邻两个脉冲之间的时间间隔。占空比占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值。：脉冲宽度与脉冲周期的比值。脉冲波形的获取，通常有两种方法脉冲波形的获取，通常有两种方法: :1 1、将已有的非脉冲波形通过波形变换电路、将已有的非脉冲波形通过波形变换电路获得；如单稳态电路、施密特触发电路。获得；如单稳态电路、施密特触发电路。2 2、采用脉冲信号产生电路直接获得；如多、采用脉冲信号产生电路直接获得；如多谐振荡电路。谐振荡电路。1、电路组成：、电路组成：2、工作原理、工作原理O211I212AvRRRvRRRv I为三角波为三角波 根据叠加原理：根据叠加原理：由由CMOS反相器组成反相器组成O1v21DDTHOLDDOH210RRVVVVV，且，设(1) I上升上升当当 I =0时时， 正向阈值电压正向阈值电压 (VT+): 输入信号输入信号在在上升上升过程中，使过程中，使输出输出电平发生电平发生跳跳变变时所对应时所对应 I 的值。的值。只要只要 A VTH， (4)当当I下降下降, 也下降也下降A施密特触发电路的施密特触发电路的电压传输特性电压传输特性：同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 O vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI施密特触发电路的工作特点：施密特触发电路的工作特点：强调强调：施密特触发器属于：施密特触发器属于电平触发电平触发器件。器件。电平触发：电路状态的维持和转换都取决于输入信号的电平。电平触发：电路状态的维持和转换都取决于输入信号的电平。 1 1、 电路具有两个不同的阈值电压，存在回差。电路具有两个不同的阈值电压，存在回差。输入信号输入信号在上升过程中，使输出电平发生跳变时所对应在上升过程中，使输出电平发生跳变时所对应 I 的值的值正向阈值电压正向阈值电压 (VT+)；输入信号输入信号在下降过程中，使输出电平发生跳变时所对应在下降过程中，使输出电平发生跳变时所对应 I 的值的值负向阈值电压负向阈值电压 (VT-)。 2 2、 由于输出状态转换时有正反馈过程发生，所以输出电压由于输出状态转换时有正反馈过程发生，所以输出电压波形的边沿很陡，可以得到比较理想的矩形输出脉冲。波形的边沿很陡，可以得到比较理想的矩形输出脉冲。集成施密特触发器 2. TTL集成施密特触发器74LS14 12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVD DSSCC401061. CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YG N D8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS141、用于波形变换、用于波形变换例：例：已知已知UI为半为半波，波，UI m= 9V，电路的电路的VT+ =6V， VT-=3VUOH =VDD，试画试画UO波形。波形。963VT+VT-VDDVDD11UI（V）totUOotUOo9.2.2 施密特触发电路的应用施密特触发电路的应用 2、用于脉冲整形、用于脉冲整形UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-113、用于脉冲、用于脉冲鉴幅鉴幅9.4 多谐振荡电路多谐振荡电路多谐振荡器的工作特点：多谐振荡器的工作特点：1、电路没有稳态，只有两个暂稳态。、电路没有稳态，只有两个暂稳态。2、在接通电源后，不需要外加触发信号，在、在接通电源后，不需要外加触发信号，在RC电路电路的充、放电作用下，电路在两个暂稳态间自动转换，的充、放电作用下，电路在两个暂稳态间自动转换，从而产生矩形脉冲。从而产生矩形脉冲。用途：产生矩形脉冲。用途：产生矩形脉冲。1、组成、组成2、工作原理、工作原理（1）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知的。）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知的。9.4.1 对称式和非对称式多谐振荡电路对称式和非对称式多谐振荡电路一一. 对称式多谐振荡电路对称式多谐振荡电路由由CMOS反相器组成反相器组成开开始始放放电电。开开始始充充电电，电电路路进进入入第第二二个个暂暂稳稳态态迅迅速速跳跳变变为为低低。迅迅速速跳跳变变为为高高，而而使使时时，引引起起如如下下正正反反馈馈：，当当到到逐逐渐渐的的放放电电随随着着12O2O1O2I2O1I1THI12,)3(CCvvvvvvVvC 开开始始放放电电。开开始始充充电电，电电路路进进入入第第一一个个暂暂稳稳态态迅迅速速跳跳变变为为高高。迅迅速速跳跳变变为为低低，而而使使，则则有有：有有微微小小由由于于干干扰扰使使21O2O1O2I2O1I1I1,)2(CCvvvvvvv 电压波形：电压波形：振荡周期计算：振荡周期计算：的的时时间间从从充充电电开开始始到到充充至至的的时时间间从从充充电电开开始始到到充充至至THI2THI1VvVvT CRCRTRRRVVVVVVVCRRRTFFON(P)ON(N)FDDTHTHDDDDTHDDON(P)ON(N)F2 . 23ln22/)/()(ln()(2 的条件下，的条件下，和和远大于远大于、在在二二. 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器CRCRTFF2 . 23ln2 振荡周期：振荡周期：三三. 石英晶体多谐振荡电路石英晶体多谐振荡电路1、石英晶体、石英晶体当要求多谐振荡器的振荡频率十分稳定（如数字钟的当要求多谐振荡器的振荡频率十分稳定（如数字钟的秒脉冲频率）时，上述电路的都达不到要求。最简便的稳秒脉冲频率）时，上述电路的都达不到要求。最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体石英晶体，构成，构成石英晶体多石英晶体多谐振荡器。谐振荡器。石英晶体的固有振荡频率石英晶体的固有振荡频率 fo 由晶体由晶体切片的几何尺寸和结晶方向所确定，几切片的几何尺寸和结晶方向所确定，几乎不受环境温度和时间变化的影响，具乎不受环境温度和时间变化的影响，具有极高的稳定度。有极高的稳定度。fo电容性电感性fXO电抗电抗-频率特性频率特性符号符号2、石英晶体振荡器、石英晶体振荡器（1）、组成）、组成将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。当外加电压的频率当外加电压的频率f = fo 时，其电抗时，其电抗 X=0 。（2）、工作原理）、工作原理只有输出电压中的频率只有输出电压中的频率为为 fo 的分量最容易通过石的分量最容易通过石英晶体并使电路产生振荡英晶体并使电路产生振荡。（3）、参数选择）、参数选择各种固有振荡频率各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，可根的石英晶体已做成成品，可根据需要选购。据需要选购。fo一般都很高，应利用分频器将一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。分频为所需频率。例如，需要频率为例如，需要频率为1Hz的秒脉冲，的秒脉冲，可选购可选购 fo=32768Hz的的晶振，通过晶振，通过15次二分频获得次二分频获得1Hz。结果：结果： 电路的振荡频率就等于电路的振荡频率就等于 fo 。 对称式和非对称式多谐振荡电路都是利用闭合回路的正反对称式和非对称式多谐振荡电路都是利用闭合回路的正反馈作用产生振荡的。而利用闭合环路中的延迟负反馈作用同馈作用产生振荡的。而利用闭合环路中的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡。样也能产生自激振荡。1、组成、组成利用门电路的传输延迟时间利用门电路的传输延迟时间t tpd ，将，将奇数奇数个反相器首尾相接。个反相器首尾相接。2、工作波形、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、计算、计算tW = nt tpd ；T=2tW ；f =1/T一般，般，t tpd = =TTL类几十类几十 nsCMOS类几百类几百nstWn是门的数目。是门的数目。9.4.2 环形振荡电路环形振荡电路最简单的环形振荡电路：最简单的环形振荡电路：缺点：输出频率太高，且不可调节。缺点：输出频率太高，且不可调节。改进的环形振荡电路改进的环形振荡电路在在G2的输出端接入的输出端接入RC延迟环节延迟环节T 2.2RC为了获得较低的、可调的为了获得较低的、可调的f ，可在环形回路中增加，可在环形回路中增加RC延时环节。延时环节。1、组成、组成2、工作原理、工作原理接通接通VCC瞬间，瞬间，C中无电荷，所以：中无电荷，所以：1）UC=0 3、电压波形、电压波形2）UO=1 C充电 UI ，3）UO=0 C放电 UI ，tUOtUI00VT+VT-若是若是CMOS电路电路，T1T2TUI =VT+ UO=0UI =VT- UO=1T1= RC ln VDD -VDD -T=T1+T2 ；f =1/T； q =T1/TUI =0 UO=1VT-VT+T2= RC ln 0 -0 -VT+VT-则：则：9.4.3 利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路4、电路改进、电路改进占空比可调电路如图：占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经过充电经过R2 ，放电经过，放电经过R1 ，T1= R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2= R1C ln VT+VT-q =T1/TT=T1+T2调节调节R1 或或 R2 ，即可调节，即可调节q注意：注意：若采用若采用TTL集成门电路构成上述电路时，则计算振集成门电路构成上述电路时，则计算振荡周期时必须考虑输入电流，不能简单地套用上述计算式。荡周期时必须考虑输入电流，不能简单地套用上述计算式。小小 结结掌握各种多谐振荡电路的振荡周期的估算方法。掌握各种多谐振荡电路的振荡周期的估算方法。作作 业业P249 9.5 、 9.14 熟练掌握施密特触发电路的工作特点。熟练掌握施密特触发电路的工作特点。