清华大学数电脉冲电路学习教案.pptx

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1、会计学1清华大学清华大学(qn hu d xu)数电脉冲电数电脉冲电路路第一页，共25页。2低低导通导通1低低导通导通1导通导通低低（不变）（不变）高高截止截止(jizh)11高高截止截止(jizh)（不变）（不变）VCOVCO 2电路电路(dinl)的功能：的功能：当在当在VCO端外接控端外接控制电压时，阈值电制电压时，阈值电压将变化：压将变化：变为变为VCO;变为变为VCO/2。有两个阈值电压：有两个阈值电压：VR1=2VCC/3 VR2=VCC/3 随着随着TH端和端和TR端的电压不同，其端的电压不同，其工作状态将发生变化：工作状态将发生变化：2VCC/3VCC/30 RD TH TR

2、TD状态状态注意修改表注意修改表10.5.1及前面的论述及前面的论述第1页/共25页第二页，共25页。3二、构成(guchng)施密特触发器（Schmitt Trigger）（一）施密特触发器的特点（一）施密特触发器的特点(tdin)：1.输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换(zhunhun)时时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入电平对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入电平不同。不同。2.在电路状态转换时，在电路状态转换时，通过电路内部通过电路内部 的正反的正反馈过程使输出电压波形馈过程使输出电压波形的边沿很

3、陡。见的边沿很陡。见457页页（二）（二）工作原理：工作原理：分析输入电压分析输入电压由由0V上升到上升到VCC和由和由VCC下降到下降到0V时，电时，电路状态如何变化。路状态如何变化。将将TH端和端和TR端并联作端并联作输入端，接输入电压输入端，接输入电压第2页/共25页第三页，共25页。40t0tVCCVCC/32VCC/3V T+:正向正向(zhn xin)阈值电压或上限阈值电压或上限阈值电压阈值电压VT-:负向阈值电压或下限负向阈值电压或下限(xixin)阈值电阈值电压压V=VT+-VT-：回差回差电压(diny)传输特性若改变若改变VCO值值VT+,VT-的值将改变。的值将改变。VO

4、H0.01特点：特点：由于有比较器，允许输入由于有比较器，允许输入信号信号慢变化慢变化；由于有触发器，输出端边沿好。由于有触发器，输出端边沿好。V T+V T-IO请记录458页第3页/共25页第四页，共25页。5（三）施密特触发器的应用（三）施密特触发器的应用（三）施密特触发器的应用（三）施密特触发器的应用(yngyng)(yngyng)（见（见（见（见464464页）页）页）页）1.波形波形(b xn)变换变换2.脉冲脉冲(michng)整形整形3.脉冲鉴幅脉冲鉴幅波形变换脉冲整形脉冲鉴幅第4页/共25页第五页，共25页。6（四）其他（四）其他（四）其他（四）其他(qt)(qt)类型的施密

5、特触发器类型的施密特触发器类型的施密特触发器类型的施密特触发器用门电路也可构成用门电路也可构成用门电路也可构成用门电路也可构成(guchng)(guchng)施密特施密特施密特施密特触发器；触发器；触发器；触发器；还有集成的施密特触发器。还有集成的施密特触发器。还有集成的施密特触发器。还有集成的施密特触发器。用门电路构成用门电路构成(guchng)的施密特触发器已的施密特触发器已很少使用，这里不作介绍。很少使用，这里不作介绍。集成施密特触发器既有集成施密特触发器既有TTL型，也有型，也有CMOS型。型。如如74LS14是集成施密特触发六反相器；是集成施密特触发六反相器；74LS132是施密特是

6、施密特触发的四触发的四2输入与非门。输入与非门。如如CC40106是集成施密特触发六反相器；是集成施密特触发六反相器；CC4093是施密特触是施密特触发的四发的四2输入与非门。输入与非门。第5页/共25页第六页，共25页。7三、构成(guchng)单稳态触发器(Monostable Multivibration)（一）单稳态触发器的特点(tdin)1.有两个有两个(lin)状态状态稳态、暂稳态；稳态、暂稳态；2.在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回；暂稳态维持一段时间后，再自动返回；3.暂稳态维持时间长短取

7、决于电路本身参数，与触发脉冲暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。的宽度和幅度无关。单稳态触发器tWtW由电路内部参数决定暂稳态稳态第6页/共25页第七页，共25页。8（二）工作（二）工作(gngzu)原理原理1.稳态稳态=VH,设设TD工作工作(gngzu)在饱和状态，则：在饱和状态，则：VC=VTH=0V,555电路电路(dinl)处于保持状态，处于保持状态，且一定是且一定是VO=VL，这是因为若假设这是因为若假设TD截截止，则不合理。止，则不合理。2.触发触发555电路状态翻转为电路状态翻转为VO=VH此时此时TD截止截止，VC保持保持0V不变。不变。3.暂稳

8、态暂稳态电容电容C充电充电 =VIL充充其三要素为：其三要素为：(0)=0V,()=VCC，=RCVCC+下页下页RC第7页/共25页第八页，共25页。9充充+RC当当 =2/3 VCC时，时，555电电路翻转为输出路翻转为输出VL,而而 保保持不变。持不变。5.恢复恢复(huf)由于由于TD导通，电容导通，电容C向向TD放放电，使电，使 迅速下降为迅速下降为0V。4.自动(zdng)返回上页上页VCC放放用三要素法描述用三要素法描述(mio sh)过渡过程过渡过程:第8页/共25页第九页，共25页。10（三）参数计算（以脉冲(michng)宽度为主）VCCtW1.脉冲脉冲(michng)宽度

9、宽度tW得到得到(d do)公式：公式：tWVCC0V2.恢复时间恢复时间tre:tre=(35)rcec3.分辨时间分辨时间td:td=tw+tretre*该电路特点：该电路特点：窄脉冲触发。窄脉冲触发。触发脉冲的最小周期触发脉冲宽度要小于输出脉冲宽度RC2/3VCC第9页/共25页第十页，共25页。11t0VCC若条件不满足若条件不满足(mnz)可在输入可在输入端加微分电路端加微分电路 （供参考）（供参考）2uRC第10页/共25页第十一页，共25页。12（四）应用(yngyng)（请记录）1.整形整形(zhng xng)改变输入脉改变输入脉冲的占空比。冲的占空比。2.定时定时(dn sh

10、)（延时）（延时）控制脉冲控制脉冲被测脉冲被测脉冲例例1：数字频率计。：数字频率计。例例2：延时触发：延时触发ttt000tW2tW1能输出固定宽度的脉冲。能输出固定宽度的脉冲。宽度为1秒的正脉冲延迟时间为延迟时间为tW1，输出脉宽为，输出脉宽为Tw2.单单 稳稳 计数器CP输出频率值单单稳稳一一单单稳稳二二第11页/共25页第十二页，共25页。13（五）其他(qt)类型的单稳态触发器用门电路可构成(guchng)单稳态触发器；也有集成(j chn)的单稳态触发器。1.集成单稳态触发器集成单稳态触发器 既有既有TTL电路产品，也有电路产品，也有CMOS电路产品。介绍电路产品。介绍74121。只

11、介绍如何。只介绍如何使用。（见使用。（见471页）页）有三个输入端：有三个输入端：A1,A2为下降沿触发输入端；为下降沿触发输入端；B为上升沿触发输入端。为上升沿触发输入端。有两个互补的输出端有两个互补的输出端VO、VO。电容需外接；电阻可选择内部的，电容需外接；电阻可选择内部的，也可外接。接法如图。也可外接。接法如图。可用功能表或波形图说明其工作原理。可用功能表或波形图说明其工作原理。使用内部电阻第12页/共25页第十三页，共25页。14保保持持A端端触触发发(chf)B端端触触发发(chf)10第13页/共25页第十四页，共25页。15工作工作(gngzu)波形：波形：输出输出(shch)

12、脉宽的计算：脉宽的计算：从器件从器件(qjin)手册可查到计算公手册可查到计算公式。式。74121的公式如下：的公式如下：tW 0.69RextCextRext的取值在的取值在2K 到到30K 之间；之间；Cext的取值在的取值在10pF到到10 F之间。之间。tW的范围在的范围在20nS到到200mS之间。之间。也可使用内部电阻也可使用内部电阻Rint代替外代替外接电阻接电阻Rext。Rint约为约为2K 。74121是不可重复触发的。而是不可重复触发的。而74122是可重复触发的。见图示。是可重复触发的。见图示。第14页/共25页第十五页，共25页。16RD2.CMOS微分(wi fn)型

13、单稳态触发器（1）工作(gngzu)原理 输入端微分电路提取输入端微分电路提取 的上升沿。的上升沿。稳态：稳态：=VDD，=0，=0。触发触发(chf)：暂稳态：暂稳态：=0，=VDD，=VDD。i充充C充电充电 VDD三要素为：三要素为：(0)=0，()=VDD，=RC。自动返回：自动返回：条件：条件：VTH。+第15页/共25页第十六页，共25页。17VDD=0，=VDD，VDD。恢复恢复(huf)过程：过程：电容电容C放电放电(fng din)至至起始状态。所用时间为：起始状态。所用时间为：Tre=(35)CRON（2）计算）计算(j sun)脉宽脉宽tW 等于等于 由由0V上升上升到到

14、VTH所用的时间：所用的时间：门G1的输出电阻0.5VDD取消输入微分电路会使输出后沿变坏。取消输入微分电路会使输出后沿变坏。RDi充充+第16页/共25页第十七页，共25页。18不需输入信号不需输入信号(xnho)即可产生矩形即可产生矩形脉冲。脉冲。四、构成(guchng)多谐振荡器(Astable multivibrator)t2（一）多谐振荡器的特点(tdin)（二）电路的原理（二）电路的原理刚接通电源：刚接通电源：=0V,TD截止。截止。此时为此时为暂稳态暂稳态1：i充充C充电充电VCC三要素为：三要素为：(0)=0V1/3VCC()=VCC充充=(R1+R2)C在在t1时刻时刻 =2

15、/3VCC，555电路翻转。电路翻转。t1C放电放电0i放放=VH，进入进入暂稳态暂稳态2 =VL，TD导通。导通。+先接成施密特触发器第17页/共25页第十八页，共25页。19三要素为：三要素为：(0)=2/3VCC，()=0V，放放=R2C在在t2时刻时刻 =1/3VCC，555电路翻转。电路翻转。（三）计算（三）计算(j sun)周期周期T=T1+T2i充充i放放充充1/3vcc2/3vcc占空比：占空比：+f =1/TVCCt10t2VCCt10t2给施密特触发器输入锯齿波可产生(chnshng)矩形波第18页/共25页第十九页，共25页。20（四）改进(gijn)电路占空比可调的多谐

16、振荡器占空比可调的多谐振荡器T1=R1Cln2T2=R2Cln2q=T=(R1+R2)Cln2解：解：可选可选VCC=5V由由q公式公式(gngsh)，且，且q=2/3可求出：可求出：R1=R2由于由于(yuy)T=(R1+2R2)Cln2R1=48K选选C=10 F代入上式求出代入上式求出R2=R1=48K上述电路占空比始终大于上述电路占空比始终大于50%,且不可调。且不可调。例：用例：用CB555设计多谐振荡器。要求设计多谐振荡器。要求T=1s,3vvM5v,占空比占空比q=2/3。C选择原则:过大则漏电流大过小则电阻太大二者均可使周期不准第19页/共25页第二十页，共25页。21（五）用

17、门电路构成(guchng)的多谐振荡器1.非对称式多谐振荡器(1)工作工作(gngzu)原原理理采用采用(ciyng)CMOS门；门；RF使门使门1工作在转折区。工作在转折区。因此门因此门2也工作在转折也工作在转折区，电容区，电容C引入正反馈，引入正反馈，使电路振荡。使电路振荡。设设t1时刻时刻G1输出低电平、输出低电平、G2输输出高电平。定为暂稳态出高电平。定为暂稳态2。当当 VTH时，产生连锁反应：时，产生连锁反应：随之电路进入暂稳态随之电路进入暂稳态1。见下页图。见下页图。C充电充电 VDD0i充充第20页/共25页第二十一页，共25页。22C放电放电(fng din)=VDD，=0，=

18、VTHVDD。在在t2时刻时刻(shk)：在暂稳态在暂稳态1：t1t2i放放三要素为：三要素为：放放=RFC。t3在在t3时刻时刻 VTH，又发生，又发生连锁反应，进入暂稳态连锁反应，进入暂稳态2：(0)=VTHVDD，在暂稳态在暂稳态2，C充电充电(chng din)的三要的三要素为：素为：(0)=VTHVDD，()=VDD，充充RFC()=0VDD0回前页第21页/共25页第二十二页，共25页。23(2)周期周期(zhuq)计算：计算：T=T1+T2RFC1.1=ttWIIIIW)()()0()(ln1111-=uuuut将前面将前面(qin mian)的三要素代入下面的公式，即可求出的三

19、要素代入下面的公式，即可求出T1和和T2：V00VTHVDDRFCTHln-=T2RFC1.1=VVDDVDDVTH+VDDRFCTHln-=T1T=2.2RFC思考：若将思考：若将RP短路，会发生短路，会发生(fshng)什么情况什么情况？用用TTL门构成这种多谐电路也可，但分析较复杂。门构成这种多谐电路也可，但分析较复杂。(0)=VTHVDD，暂稳态暂稳态2，C充电的三要素为：充电的三要素为：充充RFC()=0()=VDD，放放=RFC。(0)=VTHVDD，暂稳态暂稳态1中，中，C放电三要素：放电三要素：第22页/共25页第二十三页，共25页。242.石英(shyng)晶体多谐振荡器符号

20、(fho)构成：在对称式多谐构成：在对称式多谐振荡器的反馈振荡器的反馈(fnku)回回路中串入石英晶体。路中串入石英晶体。石英晶体电抗的频率特性如石英晶体电抗的频率特性如图。图。f0 称为称为固有频率固有频率。特点：特点：f0的稳定度极高可达的稳定度极高可达10101011（f0/f0）。因）。因此可构成高精度多谐振荡器。此可构成高精度多谐振荡器。从而克服了其他振荡器频率稳从而克服了其他振荡器频率稳定度低、抗干扰能力差的缺点。定度低、抗干扰能力差的缺点。原理：原理：只有振荡频率等于只有振荡频率等于f0时，晶体的阻抗为时，晶体的阻抗为0（最小），（最小），电路才能产生振荡。因此输电路才能产生振荡。因此输出频率一定为出频率一定为f0。用用TTL或或CMOS门都可构成石英门都可构成石英晶体多谐振荡器。晶体多谐振荡器。第23页/共25页第二十四页，共25页。25【题题6.31】振荡振荡(zhndng)频率：代入公式频率：代入公式得得9.66KHz.延迟时间：延迟时间：=11S第24页/共25页第二十五页，共25页。