1、第8章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換,8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.2 施密特觸發(fā)器,8.3 多諧振蕩器,8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用,第8章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換,教學(xué)基本要求 1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。 2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特MSI器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。 3、掌握555定時(shí)器的工作原理。 4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特電路工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計(jì)算。,8.1.1 門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用,8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。,一、單穩(wěn)態(tài)觸

2、發(fā)器的工作特點(diǎn)：, 在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);, 電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持, 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的 持續(xù)時(shí)間僅取決于RC電路的參數(shù)值。,概 述,二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成：,由門電路和 R C電路組成,三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類,根據(jù)RC電路的不同接法單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為 微分型和積分型兩大類。,8.1.1 門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1. 電路,CMOS與非門構(gòu)成的微分型 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,CMOS或非門構(gòu)成的微分型 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2. 工作原理,a)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)， 電路處于一種穩(wěn)態(tài),vO1,vO2,vc,vI,R,vR,vDD,0,0

3、,0,1,1,8.1.1 門電路組成的 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2. 工作原理,vO1,vO2,vc,vI,R,vR,vDD,1,1,1,1,0,b)外加觸發(fā)信號(hào)后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),c)電容放電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài),0,3. 主要參數(shù)的計(jì)算,tw0.7RC,(1) 輸出脈沖寬度tw,(2) 恢復(fù)時(shí)間tre,tre 3d,(3) 最高工作頻率 fmax,R(t)=VR()VR(0+)VR(),R(0+) = 0 R() =VDD =RC,4. 討論,如果輸入端采用微分電路時(shí)，Rd應(yīng)大于2k，使得穩(wěn)態(tài)時(shí)D大于G1的開門電平(VON) 。,電阻R的取值可以是任意的嗎？,采用TTL與非門構(gòu)成單穩(wěn)電

4、路時(shí)，電阻R要小于0.7k。,在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t= t2)瞬間，門G2的輸入電壓R達(dá)到VDD+VT，可能損壞G2門，怎么辦？,輸入的觸發(fā)脈沖的寬度可以是任意的嗎？如觸發(fā)脈沖的寬度太寬會(huì)有什么問(wèn)題？,8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,不可重復(fù)觸發(fā),可重復(fù)觸發(fā),被重復(fù)觸發(fā),1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121,觸發(fā)信號(hào)控制電路,微分型單穩(wěn)觸發(fā)器,輸出緩沖電路,(1)工作原理,電路穩(wěn)態(tài) : Q=0,0,1,0,0,0,在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入，在a點(diǎn)不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，只有等電路返回穩(wěn)態(tài)后，電路才會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 7412

5、1,電路暫穩(wěn)態(tài) : Q=1,輸出脈沖寬度： tw0.7RC,（2） 功能表,74121功能表,兩種觸發(fā)方式,定時(shí)電容,定時(shí)電阻用內(nèi)部2k電阻,用外部電阻,1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121,（3）電路連接,2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,三態(tài)門,控制電路,輸出緩沖電路,(1)電路,2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,功能表,引腳圖,2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,0,0,1,0,0,1,vcc,異步清零,2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,1,0,1,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,還未充電,如果為0,合

6、上電源時(shí)， v04=1,當(dāng)TR+=1, TR_=0,時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài),2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,1,0,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,電路發(fā)生第一次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。,0,1,0,0,1,電路發(fā)生第二次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。,當(dāng)TR+=1, TR_輸入正脈沖時(shí)，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn),2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC14528,工作波形,脈沖寬度包括電容充電和放電兩段。,8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用,1. 定時(shí),tw,t w,2. 延時(shí),單穩(wěn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R1C1,3. 組成多諧振蕩器,0,0,0,1,1,0,1,0,單穩(wěn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R2

7、C2,1,0,單穩(wěn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R1C1,單穩(wěn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，脈寬為0.7R2C2,T=0.7(R1C1+R2C2),4. 組成噪聲消除電路,D,CP,(R),噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)的寬度較寬。,注意：?jiǎn)畏€(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度 而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。,8.2.1 門電路組成的施密特觸發(fā)器,8.2.2 集成施密特觸發(fā)器CC40146,8.2 施密特觸發(fā)器, 電路的組成及工作原理, 振蕩周期的計(jì)算,8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：, 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，適用于緩慢變化的信號(hào)， 當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生

8、突變。, 電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性 。,8.2.1 門電路組成的施密特觸發(fā)器,v I1,vo,vI,vI1,0,0,只要vI1Vth，則保持vO=0V,當(dāng)vI1=Vth，電路發(fā)生正反饋 ：,1,當(dāng)vI1=0，vO=0V,當(dāng)vI上升， vI1也上升,vth =,vI1,1,只要vI1Vth，則保持vO=VOH,當(dāng)vI1=Vth，電路產(chǎn)生如下正反饋 ：,當(dāng)vI下降， vI1也下降,0,回差電壓,VDD=2Vth,vI1,8.2.2 集成施密特觸發(fā)器-CC40146,施密特觸發(fā)器,整形級(jí),輸出緩沖級(jí),8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,

9、1. 波形的整形及變換,合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。,為去掉干擾信號(hào)回差電壓應(yīng)如何選擇？,2. 幅度鑒別,(VT+),3. 多諧振蕩器,8.3.1 門電路組成的多諧振蕩器,8.3.2 石英晶體振蕩器,8.3 多諧振蕩器, 電路的組成及工作原理, 振蕩周期的計(jì)算,8.3.0 概 述,多諧振蕩器是一種自激振蕩器，電路在接通電源后無(wú)需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形波脈沖波或方波。,8.3.0 概 述,開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平；,多諧振蕩器電路應(yīng)由哪幾部分組成？,反饋延遲環(huán)節(jié)：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)胤答伣o開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻率。,8

10、.3.0 概 述,1. 電路組成,開關(guān)器件： 反饋延遲環(huán)節(jié)：,由CMOS門電路組成的多諧振蕩器,邏輯門電路,R、C 電路,8.3.1 門電路組成的多諧振蕩器,2. 工作原理,假定vO1 = 1，vO2 = 0,Vth=VON=VOFF=VDD/2,VC,進(jìn)入 第二暫穩(wěn)態(tài),(1) 第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程,VC,vO1 = 0，vO2 = 1,Vth=VON=VOFF=VDD/2,(2) 第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程,T1,T2,2. 工作原理,3. 振蕩周期T的計(jì)算,T1,T2,TRC1n41.4RC,T = T1(充) + T2(放),4、加補(bǔ)償電阻的CMOS多諧振蕩器,R RON(P)

11、+RON(N),電源電壓波動(dòng)時(shí)，會(huì)使振蕩頻率不穩(wěn)定。,RS,C C分布（分布電容）,8.3.2 石英晶體振蕩器,由門電路組成的多諧振蕩器，周期 T 取決于R C 和 Vth，頻率穩(wěn)定性較差。,電路符號(hào),阻抗頻率特性,R：使反相器工作在線性放大區(qū),C1：兩個(gè)反相器間的耦合,C2：抑制高次諧波，以保證穩(wěn)定的頻率輸出。,石英晶體振蕩器,優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率穩(wěn)定性高，常用作基準(zhǔn)信號(hào)源,1、石英晶體振蕩器電路,2、石英晶體振蕩器應(yīng)用,8.4.1 555定時(shí)器,8.4.2 定時(shí)器應(yīng)用舉例,8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用, 電路的組成, 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用555定時(shí)器組成多諧振蕩器,用555定時(shí)器組

12、成施密特觸發(fā)器, 工作原理,555定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路,只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。,8.4.1 555定時(shí)器,電阻分壓器,電壓比較器,基本RS觸發(fā)器,復(fù)位輸入端(0),輸出緩沖反相器,集電極開路輸出三極管,1、電路組成,0,1,0,8.4.1 555定時(shí)器,如果懸空,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1,1,1,保持,保持,2、工作原理,555定時(shí)器功能表,8.4.2 定時(shí)器應(yīng)用舉例,一、用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn),v,O,o,o,t,t,2,a、接通電源電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)O =0,t,t,1、工作原理,8.4.2 定時(shí)器應(yīng)用舉例,一、用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn),v,O,o,o,t,t,2,a、接通電源電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)O =0,t,t,1、工作原理,C1_,C2+,一、用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,b、當(dāng)輸入信號(hào)下降沿到達(dá)時(shí), 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),C1+,tW,tw=RC1n31.1RC,c、電容放電, 電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài),1、工作原理,一、用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2、用555定時(shí)器組成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn),tW,二、用555定時(shí)器組成多諧振蕩器,v,2,3,V,CC,1,3,V,CC,v,C,0,t,1,t,2,tPL,t