数字电路第八章8脉冲波形的变换与产生.ppt

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1、8.1 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.3 多器多器谐振荡谐振荡8.4 555定时器及其应用定时器及其应用8 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生4 4、掌掌握握由由555555定定时时器器组组成成的的多多谐谐、单单稳稳、施施密密特特触触发发器器的的电电路路、工工作作原原理理及及外外接接参参数数及及电电路路指指标标的的计计算。算。1 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触、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。发器的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

2、件的逻辑功能及主要指标计算。功能及主要指标计算。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8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发器用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。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：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;由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，

3、暂稳态不能长保持延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与持续时间仅取与RC参数值有关。参数值有关。8.1单稳态触发器单稳态触发器 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不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 1.1.电路电路CMOS与

4、非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为稳态为0负脉冲触发负脉冲触发 电路处于一种稳态：电路处于一种稳态：0 00 01 11 10 0 o=0 c=0a)没有触发信号时，没有触发信号时，I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压工作原理：工作原理：b)b)外加触发信号外加触发信号 d d=VTH产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程：迅速使迅速使 o1=0 o=1电路进入暂稳态电路进入暂稳态 电容充电电容充电 I21 10 0 -+1 vO1 vO G

5、2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd c)c)电容充电电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态电路由暂稳态自动返回到稳态0 01 1 I2 I2=VTH产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程：迅速使迅速使 o1=1 o=0电容放电电容放电 c=0vo2 vO1 vR vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw tw0.7RC（1）输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2)恢复时间恢复时间tre tre 3 d(3)最高工作频率最高工作频率 fmax 3、主要参数的计算主要参数的计算 vC(0+)=0；vC()=VDD =RC,VTH=V

6、DD/2=RCln24.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？采用采用TTL与非门构成单稳电与非门构成单稳电路时，电阻路时，电阻R要小于要小于0.7k。8.1.2 集成单稳态触发器v vO Ov vI It tw wt tw wvOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发没有被重复触发没有被重复触发 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

7、电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容：外接电阻容输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：tw0.7RC 电路的不可重复触发特性电路的不可重复触发特性(1)工作原理工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于但由于G4门在此期间关闭门在此期间关闭，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暂稳态:Q=1 Q=0100074121功能表功能表 HHA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个

8、或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、中有一个或两个为中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发降沿时电路被触发8.1.3 单稳态触发器的应用1.定时定时 该电路可用于频率计该电路可用于频率计 2.延时延时4.组成噪声消除电路组成噪声消除电路 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。消除噪声。如用如用 I作为下降沿触发的计数器触发脉冲作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入干扰加入,就会造就会造成计数错误成计数错误.8.

9、2 施密特触发器8.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 8.2 施密特触发器1 1、施密特触发器、施密特触发器电压传输特性电压传输特性及工作特点：及工作特点：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。值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值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电压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（）

10、和负阈值电压（VT-）。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 oVT+vO VOH VOL VT-vI 1、电路组成、电路组成2、工作原理、工作原理 I18.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器R1R2 I为三角波为三角波 假假定定：108 6 4 2 0 vI/V 2 4 6 8 10 VOHVDD vO/V B vI100 1(1)I上升上升当当vI1=0，=0VvO正向阈值电压正向阈值电压(VT+):I 值在增加值在增加过程中，使输出电压产生跳变时过程中，使输出电压产生跳变时所对应所对应 I 的值。的值。只要只要 I1

11、VTH，I1(4)当当I下降下降,也下降也下降则保持则保持 =VOHo当当 =VTH，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈：I1vI1v vo ov vI I8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 VT+VT_v vT+T+v vT-T-1.1.波形变换波形变换 2.波形的整形波形的整形v vo ov vI I合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。3.3.消除干扰信号消除干扰信号 o oI I4.幅度鉴别幅度鉴别 8.3 多谐振荡器8.3.1 由门电路组成的多谐振荡器8.3.2 由门电路组成的多谐振荡器8.3.3 用施

12、密特触发器构成波形产生电路 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的基本组成：多谐振荡器的基本组成：开关器件：产生高、低电平开关器件：产生高、低电平反馈延迟环节（反馈延迟环节（RC电路）：利用电路）：利用RC电路的充放电特性实现电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态的输出状态,以获得所脉冲波形输出。以获得所脉冲波形输出。概述概述8.3 多谐振荡器8.3.1 由CMOS门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD

13、VC组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器.o1=1,o=0 时时,电容充电电容充电,I增加增加;o1=0,o=1 时时,电容放电电容放电,I下降下降;o1与与o2反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间:2.工作原理工作原理假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电电容充电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使迅速使G1导通、导通、G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态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）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD

14、0（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态）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电容放电vCvIvI当当=VTH 时时，迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2导通导通电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态O2=0 O1=1 2.工作原理工作原理vIvO1vO TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的由门电路组成的多谐振荡器的振振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算振荡周期的计算vI(0+)0；vC()VDD =RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0 =RC,t=t3-t2T2

15、:v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tC Cv vo ov vI IR R1 18.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3 石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电路符号电路符号 阻特性阻特性 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=02、石英晶体振荡器、石英晶体振荡器R:使使G1工作在线性区工作在线性区C1:耦合电耦合电容容C2:抑制高次谐波抑制高次谐波CPQf1f23、双相脉冲产生电路双相脉冲产生电路8.4 555定时器及其应用8.4.1 5

16、55定时器8.4.2 用555定时器组成施密特触发器8.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 8.4.4 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,广泛用于信号的产广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。生、变换、控制与检测。8.4 555定时器及其应用电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC

17、 (8)G1、电路结构、电路结构8.4.1 555定时器2、工作原理、工作原理不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电放电管管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入 3、555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入8.4.2 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如何改变电路的阈值电压和回差电压?施密特触发器的应用施密特触发器

18、的应用波形变换波形变换VT+VT_电路的频率可变电路的频率可变?占空比可变占空比可变?如何改变占空比如何改变占空比?回差电压减小回差电压减小,占空比如何变化占空比如何变化?波形产生电路波形产生电路(多谐振荡器多谐振荡器)C Cv vo ov vI IR R1 1v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tC Cv vo ov vI IR R1 18.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 1、电路VCCvI外加触发信号，电路转换到暂态，输出为外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动

19、转换到稳态输出为触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0没有触发信号时没有触发信号时(i )电路处于稳态，电路处于稳态，输出为输出为0 0 13VCCVCCvItw=RC1n31.1RC 4 4、）工作波形及输出脉宽的计算、）工作波形及输出脉宽的计算电路是可重复触发的单稳电路是可重复触发的单稳?如将如将5脚接电压脚接电压V,电路的脉宽会改变吗电路的脉宽会改变吗?V增加增加,脉宽脉宽如何改变如何改变?减小减小?脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器工作波形工作波形555组成的单稳态的应用组成的单稳态的应用:用用555555定时器组成定时器组成可重复触发单稳可重复触发单稳8.4.4 用用555定时

20、器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器1 1、电路组成电路组成R1R2 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R1 1、）、）电路第一暂态，输出为电路第一暂态，输出为1 1。电容充电，电路转换到。电容充电，电路转换到第二暂态第二暂态,输出为输出为0 02 2、工作原理、工作原理2 2、）、）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R3、工作波形与振荡频率计算工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 4 4、用用555555定时器组成定时器组成占空比可的调占空比可的调多谐振荡器多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC