数字逻辑电路脉冲信号的产生与整形2剖析.pptx

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1、 9.4单稳态触发器9.4.1单稳态触发器的特性和符号 单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：（1）有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态（双稳态有两个稳态）。（2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持时间tW以后再自动返回稳态，并在其输出端产生一个宽度为tW的矩形脉冲。（3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。第1页/共27页 单稳态触发器可分为不可重复触发型和可重复触发型。暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度仍从第一次触发开始计算的称为不可重复触发型单稳态触发器；而可重复触发型单稳态触发器在暂稳态期间再次被触发

2、时，输出脉冲宽度在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。图9-10和图9-11所示分别为两种单稳态触发器的逻辑符号和波形图。其中，Q1是不可重复触发型单稳态触发器输出波形；Q2是可重复触发型单稳态触发器输出波形。由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都符合要求的脉冲）、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等场合。第2页/共27页图9-10两种单稳态触发器逻辑符号(a)不可重复触发型;(b)可重复触发型 图9-11两种单稳态触发器波形图 第3页/共27页9.4.2用555定时器构成单稳态触发器的方法 在555定时器的外

3、部加接几个阻容元件，就可构成单稳态电路。它所形成的单脉冲持续宽度可以从几微秒到几个小时。图9-12所示是由555定时器所构成的单稳态触发器，其中，R、C是定时元件。图9-12由555定时器构成的单稳态触发器 第4页/共27页第5页/共27页图9-13由555定时器构成的单稳态电路波形图 第6页/共27页 由以上分析可知，这种单稳态电路为不可重复触发器，要求输入触发脉冲宽度一定要小于tW。当输入触发脉冲宽度大于tW时，要在输入端加RC微分电路。若触发脉冲是周期性的，则其周期应大于tW。第7页/共27页9.4.3单稳态触发器应用举例利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持续一定的

4、时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态电路用于对脉冲信号的宽度进行波形变换、脉冲整形、定时、延时等场合。1.用于脉冲整形 在图9-14所示例子中，将波形不规则的UI加到单稳态电路的输入端，输出端就得到了规则的脉冲信号UO，输出脉冲宽度即为暂稳态维持时间，主要取决于充、放电元件R和C。2.用于定时 利用单稳态触发器脉冲宽度取决于电路元件R和C，且输出脉冲宽度一定的特点，可以实现电路定时。图9-15所示是单稳态触发器组成的定时电路和其相应的工作波形。UC是与门G开通与否的控制信号。当UC为高电平时，门G开通，信号UB通过门G输入；当UC为低电平时，门G关闭，UB不能输出。通过计算在tW时间内与门输出

5、脉冲的个数可得到定时时间。第8页/共27页图9-14脉冲整形 图9-15单稳态触发器组成的定时电路和工作波形 第9页/共27页3.用于脉冲延迟 在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为T0的信号延迟一段时间T1后再输出。利用两个单稳态触发器可以很方便地实现这种脉冲延时，其电路图和波形图如图9-16和图9-17所示。从波形图可以看出，UO脉冲的下降沿相对输入信号UI的上升沿延迟了TW1时间。图中：图9-16单稳态触发器组成的脉冲延时电路 第10页/共27页图9-17脉冲延时波形图【例9.2】用555定时器构成的单稳态触发器输出定时时间为1 s的正脉冲，设R=27k，试确定定时元件C的取值。解因为t

6、W1.1RC，故 从而可取标称值为33F。第11页/共27页 9.5多谐振荡器 9.5.1多谐振荡器的工作原理图9-18所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由两个反相器G1和G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反馈振荡回路。为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，在静态下（电路没有振荡时），它的状态必须是不稳定的。下面以图9-18所示电路为例分析多谐振荡器的工作原理。第12页/共27页图9-18对称式多谐振荡器电路第13页/共27页假定由于某种原因（例如电源波动或外界干扰）使UI1有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程：使UO1迅速跳变为低电平，UO2迅速跳变为高电平，电路

7、进入第一个暂稳态。同时，电容C1开始充电而C2开始放电。因为C1同时经RF1和RF2两条支路充电，所以充电速度较快，UI2首先上升到G2的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程：第14页/共27页第15页/共27页图9-19各点电压波形图 第16页/共27页9.5.2石英晶体多谐振荡器由于在RC振荡器中，决定振荡频率的主要因素是电路的定时元件RC以及门电路的阈值电压UTH，而它们都容易受温度影响，因此频率稳定性只有约10-3或更差。因此，在对频率稳定性要求较高的场合，普遍采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器是将切成薄片的石英晶体置于两平板之间构成的，石英晶体可将振荡器的频率稳定性提高到10-61

8、0-8。高质量的石英晶体振荡器，其晶片置于恒温盒中，其频率稳定性可达10-11，足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。目前家用电子钟表几乎都采用具有石英晶体谐振器的方波发生器，由于它的频率稳定性高，所以走时准确，在通常的气温条件下，很容易保证每天的精度误差小于0.5s。第17页/共27页由石英晶体的电抗频率特性可知，当外加电压的频率为谐振频率f0时，石英晶体的阻抗最小，所以和C1、C2构成选频网络，形成正反馈，振荡频率约等于晶体频率，与外接电阻、电容无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。因此，将石英晶体接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振

9、频率，而与RC无关。在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率决定。第18页/共27页图9-20石英晶体多谐振荡器电路 第19页/共27页9.5.3用555定时器构成多谐振荡器的方法用555定时器构成的多谐振荡器如图9-21所示。将555与三个阻容元件如图连接，就构成了无稳态多谐振荡模式，它与构成单稳态触发器的不同之处仅在于触发器TR接在充、放电回路的电容C上，而不是受外部触发控制。图9-21 用555构成多谐振荡器电路第20页/共27页图9-22 多谐振荡器的波形图第21页/共27页第22页/共27页第23页/共27页从而可得到输出方波的周期和振荡频率为 输出方波的占空比为 第24页/共27页【例9.3】设计一个由石英晶体多谐振荡器产生两相时钟的电路。解电路如图9-23所示，其产生的波形如图9-24所示。图9-23两相时钟产生电路 第25页/共27页图9-24两相时钟产生电路的工作波形 第26页/共27页感谢您的观看。第27页/共27页