数字电路第八章-8--脉冲波形的变换与产生

8.1单稳态触发器8.2施密特触发器8.3多器谐振荡8.4555定时器及其应用8脉冲波形的变换与产生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8.1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8.1.2集成单稳态触发器8.1.3单稳态触发器的应用①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：②在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;③由于电路中RC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。暂稳态的持续时间仅取与RC参数值有关。8.1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8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器1.电路CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器稳态为1正脉冲触发稳态为0负脉冲触发RvOG2&CDvI2vC1RdvICdG1vdvO11vO1vOG2G1CDRVDDvIvI2vC1RdCdvd电路处于一种稳态：1vO1vOG2G1CDRVDDvIvI2vC1RdCdvd00110o=0c=0a)没有触发信号时，I=0设定CMOS反相器的阈值电压2THDDVV工作原理：b)外加触发信号dd=VTH产生如下正反馈过程：vOvIvO1vI2迅速使o1=0o=1vI0tvd0tvO1vOvI20ttt0VTHVDDt1t20电路进入暂稳态电容充电I2101vO1vOG2G1CDRVDDvIvI2vC1RdCdvdc)电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态1vO1vOG2G1CDRVDDvIvI2vC1RdCdvd01I2I2=VTH产生如下正反馈过程：vI2vOvO1迅速使o1=1o=0电容放电c=0vo2vO1vRvI0tvd0tvO1vOvI20ttt0VTHVDDt1t20twtw≈0.7RC（1）输出脉冲宽度tw(2)恢复时间tretre3d(3)最高工作频率fmax3、主要参数的计算vO1vIvOvI200tttttW0VTHVDDt1t2vd0t0TH0V)()()(tCCClnWRCvC(0+)=0；vC()=VDD=RC,VTH=VDD/2THDDDDw0VVVlnRCt=RCln2rew11ttTfminmax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。vO1G1≥11G2CvIRVDDvOCdRdvO≥1G3VD8.1.2集成单稳态触发器(a)vOvItwtw(b)vOvItwtw不可重复触发可重复触发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触发信号控制电路微分型单稳触发器电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容BA1A2G1&G2&G3&G4&aG5&≥1G6&CextRextRext/CextRintRintG71G81G91QQ触发信号控制电路微分型单稳态触发器输出缓冲电路(a)逻辑图输出脉冲宽度：tw≈0.7RC电路的不可重复触发特性(1)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=1Q=0BA1A2G1&G2&G3&G4&aG5&≥1G6&CextRextRext/CextRintRintG71G81G91QQ触发信号控制电路微分型单稳态触发器输出缓冲电路(a)逻辑图100074121功能表HHQA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑功能表不可触发，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8.1.3单稳态触发器的应用1.定时该电路可用于频率计vO与门vAvBtW单稳态触发器vIvIOvBOvAOvOOtWttttA1Rext/CextVCCCextA2BCextRext/CextA1A2BQQVCCVCCvIvOR1C1R2C274121（1）74121（2）vO1vItt10ttw1tw1vO10ttw2tw2vO02.延时4.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.vIQvO噪声CRVCCCextRext/Cext74121A1A2BvIQ1DC1RQvO8.2施密特触发器8.2.1用门电路组成的施密特触发器8.2.2集成施密特触发器8.2.3施密特触发器的应用8.2施密特触发器1、施密特触发器电压传输特性及工作特点：①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。②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-）。同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器1vIvO1vIvOOvIvoVT－VT+VOHVOLoVT+vOVOHVOLVT-vI1、电路组成2、工作原理11G1G2vIvOR2R1vO1I18.2.1用门电路组成的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2R1R2I为三角波假定：2THDDVV1086420vI/V246810VOH≈VDDvO/VB11G1G2vIvOR2R1vO1vI1O211I2121IRRRRRR001(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I1VTH，则保持=0VOVTHTVRRRVv212TH1ITH21+T1V)RR(VvI↑vI1↑vO1↓vO↑vO=VOH↓υI1υo(2)当=VTH，电路发生正反馈：υI111G1G2vIvOR2R1vO1vI1O211I2121IRRRRRR(3)υI1VTH电路,维持不变υO=VOHvI↓vI1↓vO1↑vO↓vO=VOL↓DDHH1VRRRVRRRV212121TTITH21-T1V)RR(VDD21TH21-TT2VRRVRRVVVT,只要υI1VTH，υI1(4)当υI下降,也下降则保持=VOHυo当=VTH，电路产生如下正反馈：υI111G1G2vIvOR2R1vO1vI11vovI传特性曲线工作波形vIVT＋VT－OvOVDDOttvOVDDOVT－VT＋vI8.2.2集成施密特触发器vIvOvO，VDDTP1TP2TP3TN5TN4TN6vS2vS5TP7TN8TP9TN10TN12TP11VDD施密特电路整形电路输出电路1vIvO8.2.3施密特触发器的应用ovIvO1VOHVOLVT+VT_vOVOHVOL0ttWovItvT+vT-1vIvO1.波形变换vIVT+VT–0tvOVOHVOL0t(b)vOvI12.波形的整形vOvI1vIVT+VT–0tvOVOHVOL0t(a)1vovIoVT+vOVOHVOLVT-合理选择回差电压，可消除干扰信号。vIOvOOvOOVT2VT1ttt3.消除干扰信号VT-vI0VT+0tvOVOHVOL01oυI4.幅度鉴别oVT+vOVOHVOLVT-vI8.3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：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。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vID1D2TPTNvO1RCD4D3TPTNvOG1G2+VDDVC11vIvO1vOCRG1G2组成的多谐振荡器.υo1=1,υo=0时,电容充电,υI增加;υo1=0,υo=1时,电容放电,υI下降;υo1与υo2反相,电容接在υo与υI之间:2.工作原理DDTH0O2NFFVVVV＝＝＝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=0vO1=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vIvO1vOG1G2VDDTPD3TPD1充电vID2TNTNvO1vO2D4RCvIVDDVTH0ttvOVDD0（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vCvIvI当=VTH时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态υO2=0υO1=12.工作原理vIvO1vOG1G2VDDTPD3TPD1放电vID2TNTNvO1vO2D4RCvIVTHOVDD＋V＋－V－tvO2VDDOT1T2t1t2第一暂稳态第二暂稳态tT＝RC1n4≈1.4RC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THDDDD1lnVVVRCTTHDD2n1VVRCTvI(0+)0；vC()VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0=RC,t=t3-t2T2:THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTTvIVTHOVDD＋V＋－V－tvO2VDDOT1T2t1t2第一暂稳态第二暂稳态tvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT--lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVCvovIR18.3.2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阻特性fXf0电感性电容性电容性当f=f0时,电抗X=02、石英晶体振荡器R:使G1工作在线性区C1:耦合电容C2:抑制高次谐波G11G21C1RC2RvO121&石英晶体振荡器＞1J1KVCCCPvOQQ&C1CPQ123、双相脉冲产生电路8.4555定时器及其应用8.4.1555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555定时器组成多谐振荡器555定时器是一种应用方便的中规模集成电路,广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。8.4555定时器及其应用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TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k5k5k&&1RDVCC(8)G1、电路结构8.4.1555定时器2、工作原理VCC5kΩvICvI1＋－C15kΩvI2＋－C25kΩvOTSRRD&&&1GvO不变不变1导通01截止11导通00××放电管T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输出输入CC31VCC31VCC31VCC32VCC32VCC32V3、555定时器功能表不变不变1导通01截止11导通00××放电管T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输出输入CC31VCC31VCC