数字电子技术第九章.pptx

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1、4、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。2、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能及主要指标计算。3、掌握555定时器的工作原理。教学基本要求第1页/共68页9.1单稳态触发器9.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发器9.1.2 集成单稳态触发器9.1.3 单稳态触发器的应用第2页/共68页 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作特点：在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一

2、段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与RC参数值有关。9.1单稳态触发器第3页/共68页V VI IV VO Ot tWW稳态稳态暂稳态暂稳态稳态稳态TrgTrgT TWWQ Q第4页/共68页 门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同单稳态触发器的分类工作特点划分第5页/共68页9.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器 1.电路CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器 CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器 暂稳态为1正脉冲触发暂稳态为0负脉冲触发 第6页/共68页电路

3、处于一种稳态：00110o=0 c=0a)没有触发信号时，I=0设定CMOS反相器的阈值电压2.工作原理：第7页/共68页b)外加触发信号电路进入暂稳态 电容充电I210第8页/共68页c)电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态01I2I2=VTH迅速使 o1=1 o=0电容放电c=0vo2vO1vR vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw第9页/共68页 当当ui的的宽宽度度很很宽宽时时，可可在在单单稳稳态态触触发发器器的的输输入入端端加加一一个个RC微微分分电电路路，否否则则，在在电电路路由由暂暂稳稳态态返返回回到到稳稳态态时时，由由于于门门G1被被

4、ui封封住住了了，会会使使uo2的下降沿变缓。的下降沿变缓。第10页/共68页 tw0.7RC（1）输出脉冲宽度tw(2)恢复时间tre tre (35)(3)最高工作频率 fmax 3.主要参数的计算 vC(0+)=0；vC()=VDD =RC,VTH=VDD/2=RCln2第11页/共68页4.讨论b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t=t2)瞬间，门G2的输入电压I2达到VDD+VTH，可能损坏G2门，怎么办？采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻R要小于0.7k。第12页/共68页9.1.2 集成单稳态触发器v vO Ov vI It tw wt tw wvOvI

5、twtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发第13页/共68页 1.不可重复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容输出缓冲电路输出缓冲电路第14页/共68页输出脉冲宽度：tw0.7RC 电路的不可重复触发特性工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态:Q=1 Q=01000第15页/共68页74121功能表 HHA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表不可

6、触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，在B端输入上升沿时电路被触发B 和A1、A2、中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发第16页/共68页第17页/共68页9.1.3 单稳态触发器的应用1.定时 该电路可用于频率计第18页/共68页 2.延时第19页/共68页3.组成噪声消除电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。如用I作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入,就会造成计数错误.第20页/共68页4.利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。第21页/共68页9.2 施密特触发器9.2.1

7、 用门电路组成的施密特触发器9.2.2 集成施密特触发器9.2.3 施密特触发器的应用 第22页/共68页普通反相器和施密特反相器的比较普通反相器和施密特反相器的比较AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4 VCMOS：施密特反相器施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：回差电压：9.2 施密特触发器第23页/共68页1、施密特触发器电压传输特性及工作特点 是具有滞后特性的反相器。是具有滞后特性的反相器。（1）电路有两个稳态，是双稳电路。（2）电路状态的翻转依赖于输入信号的维持。输出状态取决于输入信号的幅度。（3）具有滞后电压传输特性。

8、对正向增长和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平。第24页/共68页 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（VT-）。回差电压（滞后电压）：VT VTVT第25页/共68页同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 oVT+vO VOH VOL VT-vI 2、施密特触发器的两种电路形式第26页/共68页1、电路组成2、工作原理I19.2.1 用门电路组成的施密特触发器R1 R2I为三角波 假定：第27页/共68页 108 6 4 2 0 2 4 6 8

9、 10 VOH VDD B vI100 1(1)I上升当vI1=0，=0VvO正向阈值电压(VT+):I 值在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应I 的值。只要 I1 VTH，I1(4)当I下降,也下降则保持 =VOHo当 =VTH，电路产生如下正反馈：I1第29页/共68页vI1vovI第30页/共68页8.2.2 集成施密特触发器 第31页/共68页8.2.3 施密特触发器的应用 VT+VT_vT+vT-1.波形变换 第32页/共68页2.波形的整形第33页/共68页vovI合理选择回差电压，可消除干扰信号。3.消除干扰信号第34页/共68页4.幅度鉴别 oI第35页/共68页9.3 多

10、谐振荡器9.3.1 门电路组成的多谐振荡器9.3.2 用施密特触发器构成多谐振荡器9.3.3 石英晶体多谐振荡器第36页/共68页 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的基本组成：开关器件：产生高、低电平反馈延迟环节（RC电路）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。9.3 多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。第37页/共68页9.3.1 门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成 vID1 D2

11、TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD VCCMOS门组成的多谐振荡器.o1=1,o=0 时,电容充电,I增加;o1=0,o=1 时,电容放电,I下降;o1与o反相,电容接在o与I之间:第38页/共68页 2.工作原理假定 电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电vCvIvI当=VTH 时，迅速使G1导通、G2截止电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0第39页/共68页（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电vC

12、vIvI当=VTH 时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态O=0 O1=1 2.工作原理vIvO1vO第40页/共68页 TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和 VTH，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算vI(0+)0；vC()VDD =RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0 =RC,t=t3-t2T2:第41页/共68页vovIVT+VT_VOLVOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tCvovIR9.3.2 用施密特触发器构成多谐振荡器第42页/共68页9.3.3 石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电

13、路符号 阻抗特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f =f0 时时,电抗电抗 X=0第43页/共68页2、石英晶体振荡器R1和R2:使对应门工作在线性区C1:耦合电容C2:抑制高次谐波第44页/共68页AQf1f23、双相脉冲产生电路第45页/共68页9.4 555定时器及其应用9.4.1 555定时器9.4.2 用555定时器组成施密特触发器9.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 9.4.4 用555定时器组成多谐振荡器第46页/共68页9.4.1 555定时器 555 555定时器定时器是一种将模拟功能与逻辑功能是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路

14、。该电路巧妙结合在一起的中规模集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成配置，即可构成单稳触发器单稳触发器、多谐振荡器多谐振荡器或或施密特触发器施密特触发器，因而可在定时、检测、控制、因而可在定时、检测、控制、报警等方面。报警等方面。第47页/共68页电阻分压器电压比较器基本SR锁存器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管1、电路结构第48页/共68页低低电平触发端高高电平触发端电压控制端4.516V复位端低低电平有效输出端放电端第49页/共68页2、工作原理RD=0时，时，Q=1，vo=0，T导通。导通。010第50页/共68页2、

15、工作原理RD=0时，时，Q=1，vo=0，T导通。导通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3时时Q=1,vo=0，T导通导通2VCC/3VCC/30100第51页/共68页2、工作原理RD=0时，时，Q=1，vo=0，T导通。导通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3时时Q=1,vo=0，T导通导通RD=1、vI12VCC/3、vI22VCC/3、vI2VCC/3时时Q=1,vo=0，T导通导通RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/31RD=1、vI1VCC/3时时Q、vo、T状态不变状态不变1第53页/共68页 3、555定时器功能表不变不变1导通01截止11导通0

16、0放电管T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输 出输 入第54页/共68页9.4.2 用555定时器组成施密特触发器vI如何改变电路的阈值电压和回差电压?第55页/共68页 施密特触发器的应用波形变换VT+VT_电路的频率可变?占空比可变?如何改变占空比?回差电压减小,占空比如何变化?第56页/共68页CvovIR 波形产生电路(多谐振荡器)第57页/共68页vovIVT+VT_VOLVOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tCvovIR第58页/共68页9.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 1、电路VCCvI第59页/共68页外加触发信号，电路转换

17、到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0没有触发信号时(i )电路处于稳态，输出为0 13VCCVCCvI第60页/共68页tw=RC1n31.1RC 工作波形及输出脉宽的计算电路是可重复触发的单稳?如将5脚接电压V,电路的脉宽会改变吗?V增加,脉宽如何改变?减小?第61页/共68页 脉冲宽度调制器工作波形555组成的单稳态的应用:第62页/共68页 用555定时器组成可重复触发单稳第63页/共68页9.4.4 用555定时器组成多谐振荡器1、电路组成R1R2C)(-CCV-1R-2R TC1C2+-+(4)RS5 k 5 k 5 k RDVCC(8)(1)(2)(5

18、)(6)(7)第64页/共68页接接通通VCC后后，VCC经经R1和和R2对对C充充电电。当当vc上上升升到到2VCC/3时时，vo=0，T导导通通，C通通过过R2和和T放放电电，vc下下降降。当当vc下下降降到到VCC/3时时，vo又又由由0变变为为1，T截截止止，VCC又又经经R1和和R2对对C充充电电。如此重复上述过程，在输出端如此重复上述过程，在输出端vo产生了连续的矩形脉冲。产生了连续的矩形脉冲。2、工作原理第65页/共68页3、工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 第66页/共68页4、用555定时器组成占空比可的调多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页