第八章 脉冲波形的变形与产生.ppt

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1、8.1.1 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8.1 单稳态触发器单稳态触发器 电路有一个稳态，一个暂稳态。电路有一个稳态，一个暂稳态。一、单稳态触发器的工作特点一、单稳态触发器的工作特点：8.1 单稳态触发器单稳态触发器 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;电路中电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长久保持延时环节的作用，暂稳态不能长久保持,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

2、。暂稳态的 持续时间仅取决于持续时间仅取决于RC电路的参数值。电路的参数值。概述概述 二、单稳态触发器的组成：二、单稳态触发器的组成：8.1 单稳态触发器单稳态触发器 由门电路和由门电路和 R C电路组成电路组成 三、三、单稳态触发器的分类单稳态触发器的分类 概述概述 根据根据RC电路的不同接法电路的不同接法单稳态触发器单稳态触发器 分为微分型和积分型两大类。分为微分型和积分型两大类。8.1.1 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.电路电路vO1 vO2 vc R vI&vO1 vO2 vc vI R CMOS与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

3、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 vO1 vO2 vR vI vDD vDD vDD+vthtttttpi vth tw t1 t2 2.工作原理工作原理a)没有触发信号时，没有触发信号时，电路处于一种稳态电路处于一种稳态 vO1 vO2 vc vI R vR vDD 0 00 00 01 11 18.1.1 门电路组成的门电路组成的 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 vO1 vO2 vR vI vDD vDD vDD+vthttttvth tpi tw t1 t2 2.工作原理工作原理v o1 v R v O2 vI v R v O 2 v

4、 O1 vO1 vO2 vc vI R vR vDD 1 11 11 11 10 08.1.1 门电路组成的微分门电路组成的微分型单稳态触发器型单稳态触发器 b)外加触发信号后，电路进入外加触发信号后，电路进入暂稳态暂稳态 c)电容放电，电路由暂稳态自电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态动返回到稳态 0 03.主要参数的计算主要参数的计算vO1 vO2 vR vI vDD vDD vDD+vthtttttpi vth tw t1 t2 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 8.1.1 门电路组成的微

5、分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 R(t)=VR()VR(0+)VR()R(0+)=0 R()=VDD =RCvO1 vO2 vc vI R vR VCC 4.讨论讨论Cd Rd vDvI1vo2 如果输入端采用微分电路时，如果输入端采用微分电路时，Rd应大于应大于2k，使得稳态时使得稳态时 D大于大于G1的开门电平的开门电平(VON)。8.1.1 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 电阻电阻R的取值可以是任意的吗的取值可以是任意的吗？采用采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻与非门构成单稳电路时，电阻R要小于要小于0.7k。在暂稳态结束在暂稳态结束(t=

6、t2)瞬间，门瞬间，门G2的输入电压的输入电压 R达到达到VDD+VT，可能损坏可能损坏G2门，怎么办？门，怎么办？输入的触发脉冲的宽度可以是输入的触发脉冲的宽度可以是任意的吗？如触发脉冲的宽度任意的吗？如触发脉冲的宽度太宽会有什么问题？太宽会有什么问题？8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器vO vI tw tw vO vI tw tw 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不可重复触发不可重复触发 1.不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 741211 G8 G4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 G9&B&1 1 1 1 Rext

7、 Rint Cext Rint Cext/Rext A1 A2 a 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输出缓冲电路输出缓冲电路B Cext Rint Cext/Rext A1 A2 GND NC NC NC VCC NC 8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 (1)工作原理工作原理1 G8 G4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 G9&B&1 1 1 1 Rext Rint Cext Rint Cext/Rext A1 A2 a 电电路路稳态稳态 :Q=0,0 01 10 00 00 0 在暂稳态期间即使有触发信号输入，在在暂稳态期间即使有触发信号输入，

8、在a点不产生触发脉冲，只有等电路返点不产生触发脉冲，只有等电路返回稳态后，电路才会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器。回稳态后，电路才会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器。8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 1.不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121 电电路路暂稳态暂稳态 :Q=1,输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：tw0.7RC(2)功能表功能表74121功能表功能表 两种触发方式两种触发方式 B Cext Rint Cext/Rext A1 A2 GND NC NC NC VCC NC 定时电容定时电容定时电阻定时电阻用内部用内部2

9、k电阻电阻用外部电阻用外部电阻H H A1A2B Q L X H L XL H L XXL L H H H XL H H H H H H L XXL 8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 1.不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121（3）电路连接）电路连接2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528G11 G12 G10 G13 G14 G15 G16 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9&1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rext vc vDD Cext vDD TR+TR-RD TP TN

10、v12v10vo4vo7三态门三态门控制电路控制电路输出缓冲电路输出缓冲电路(1)电路电路8.1.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528功能表功能表 1 Cextc 1Rext/Cext 1RD 1TR+1TR_ Vss VDD 2Cext 2Rext/Cext 2RD 2TR+2TR_ 单单 稳稳 单单 稳稳 H 禁禁 止止 H L L 禁禁 止止 H L H 清清 零零 H L L Q TR TR 功能功能 输 出出 输 入入 H H L 引脚图引脚图8.1.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器 2.可重复触发的集成单稳

11、态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528G11 G12 G10 G13 G14 G15 G16 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9&1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rext va vDD Cext vDD TR+TR-RD TP TN v12v10vo4vo70 00 01 10 00 01 1vcc异步清零异步清零8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528G11 G12 G10 G13 G14 G15 G16 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9&1 1

12、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rext vc vDD Cext vDD TR+TR-RD TP TN v12v10vo4vo71 10 01 1 0 00 01 10 01 10 01 10 01 10 01 1还未充电还未充电如果为如果为0合上电源时，合上电源时，v04=1当当TR+=1,TR_=0,时，电路处于稳定状态时，电路处于稳定状态8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528G11 G12 G10 G13 G14 G15 G16 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9&1 1 1 1

13、1 1 1 1 1 1 1 1 Rext vc vDD Cext vDD TR+TR-RD TP TN v12v10vo4vo71 10 01 10 01 11 1 0 01 10 01 11 10 00 0电路发生第一次翻转，进入暂稳态。电路发生第一次翻转，进入暂稳态。0 01 10 00 01 1电路发生第二次翻转，进入稳态。电路发生第二次翻转，进入稳态。当当TR+=1,TR_输入正脉冲时输入正脉冲时，电路发生翻转，电路发生翻转8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528工作波形工作波形t1 TR+TR-0 0 0

14、 0 VCVth13 Vth9 t2 t3 t4 t5 t6 t7 tw tw t+twt t t t 脉冲宽度包括电容充电和放电两段。脉冲宽度包括电容充电和放电两段。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1.定时定时 twt w8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用2.延时延时 vO1 vO2 vR vI vDD vDD vDD+vthtttttpi vth tw t1 t2 单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用vccB A1 A2 vccS R1 R2

15、C1 C2 Cext Cext/Rext Cext Cext/Rext 74121 74121()74121 74121()vovccvccB A1 A2 vcc3.组成多谐振荡器组成多谐振荡器 0 00 0H H A1A2B Q L X H L XL H L XXL L H H H XL H H H H H H L XXL 0 01 11 1 0 01 1 0 0单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2 1 1 0 0单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2 T=0.7(R1C1+R2C2)8.1

16、.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用R C Cext Cext/Rext 7412174121 vovccB A1 A2 vIC1 D R 4.组成噪声消除电路组成噪声消除电路 噪声噪声 vovID CP(R)vovI噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度注意：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。而小于信号脉宽，才可消除噪声。8.2.1 门电路组成的施密特触发器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CC401468.2

17、 施密特触发器施密特触发器 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 振荡周期的计算振荡周期的计算8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用8.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器的工作特点：施密特触发器的工作特点：施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。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。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性压不同，电路具有如下图所示

18、的传输特性。VT+VT_ VT+VT_ vovIvovI8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器v I1vovIR1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定：8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器vI10 00 0只要只要vI1Vth，则保持，则保持vO=VOH 当当vI1=Vth，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈：当当vI下降下降，vI1也也下降下降 0 0回差电压回差电压 v I v I 1 v O 1 v O 8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器vI VT+VT_ vO 0 0 t t 0 vI vO VT

19、+VT_ VDD(a)工作波形工作波形(b)传输特性曲线传输特性曲线vI1 8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器-CC40146vovDDvITP1 TN4 TP2 TP3 TP7 TP11 TN5 TN6 TN8 TN10 TP9 TN12 vO施密特触发器施密特触发器 整形级整形级 输出缓冲级输出缓冲级 VT+VT_ vovI8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形的整形及变换波形的整形及变换 vovIvovT2vT1t t t 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。为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差电压应如何选择？回差电压应如何选择？8

20、.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用2.幅度鉴别幅度鉴别vovI0 0 t t Vth(VT+)8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用2.多谐振荡器多谐振荡器 C vovIR 1 vovIVT+VT_ VOL VOH T1 T2 0 t 0 t 8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器8.3.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器8.3 多谐振荡器多谐振荡器 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 振荡周期的计算振荡周期的计算 多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩后无需外

21、接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波。形波脉冲波或方波。多谐振荡器多谐振荡器 VCC 8.3 多谐振荡器多谐振荡器 8.3.0 概概 述述 开开关关电电路路 延时环节延时环节 8.3 多谐振荡器多谐振荡器 开关器件：开关器件：产生高、低产生高、低电平；电平；多谐振荡器电路应由哪几部分组成？多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：反馈延迟环节：利用利用RC电路的充放电特性实现延电路的充放电特性实现延时，将输出电压恰当地反时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输馈给开关器件使之改变输出状态，以获得所需要的出状态，以获得所需要的振荡频率。振荡频率。8.3.0 概概 述述 8

22、.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成电路组成开关器件：开关器件：反馈延迟环节：反馈延迟环节：由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器逻辑门电路逻辑门电路R、C 电路电路8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器 2.工作原理工作原理假定假定vO1=1，vO2=0 Vth=VON=VOFF=VDD/2 VC 进入进入 第二暂稳态第二暂稳态 v I v O 1 v O2 vO1 VDD 0 vI VDD Vth 0 vO2 VDD 0(1)第一暂稳态及第一暂稳态及电路自动翻转过程电路自动翻转过程 0 1 VC 8.3.1 门电路组成的多

23、谐振荡器门电路组成的多谐振荡器vO1=0，vO2=1 Vth=VON=VOFF=VDD/2(2)第二暂稳态及第二暂稳态及电路自动翻转过程电路自动翻转过程 二二vO1 VDD 0 vI VDD Vth 0 vO2 VDD 0 T1 T2 v I v O 1 v O 1 0 2.工作原理工作原理 3.振荡周期振荡周期T的计算的计算vO1 VDD 0 vI VDD Vth 0 vO2 VDD 0 T1 T2 TRC1n41.4RC T =T1(充充)+T2(放放)8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器8.3.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器由门电路组成的多谐振荡器，周期由门电路组成

24、的多谐振荡器，周期 T 取决于取决于R C 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。电路符号电路符号 阻抗频率特性阻抗频率特性 R：使反相器工作在线性放大区：使反相器工作在线性放大区 C1：两个反相器间的耦合：两个反相器间的耦合 C2：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。石英晶体振荡器石英晶体振荡器优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源1、石英晶体振荡器电路、石英晶体振荡器电路2、石英晶体振荡器应用、石英晶体振荡器应用8.3.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 8.4.1 555定时器定时器 8.4.2 定时

25、器应用举例定时器应用举例8.4 555定时器及其应用定时器及其应用 电路的组成电路的组成 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 工作原理工作原理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,只需外只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。8.4.1 555定时器定时器电阻分压器电阻分压器电压比较

26、器电压比较器基本基本RS触发器触发器复位输入端复位输入端(0)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T vovICvI1vI2vo C1 C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)R S&5 k 5 k 5 k&1 RD VCC(8)G 1、电路组成、电路组成0 01 10 08.4.1 555定时器定时器 T vovICvI1vI2vo C1 C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)R S&5 k 5 k 5 k&1 RD VCC(8)G 如果悬空如果悬空0 01 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 1保持保持

27、保持保持2、工作原理、工作原理 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 0 1 1/3Vcc 2/3Vcc截止截止 1 1 1/3Vcc 1/3Vcc 2/3Vcc8.4.2 定时器应用举例定时器应用举例一、一、用用555定时器组成单稳态触发定时器组成单稳态触发器器不可重复触发单稳不可重复触发单稳 不变不变 不变不变 导通导通 0 截止截止 1 导通导通 0 T VO VI2 VI1 输输 出出 输输 入入 v O v I o v o C t t 2 t 1 )(-CC V a、接通电源电路进入稳态、接通电源电路进入稳态 O=0t t 2 3 V CC o Vc=02/

28、3Vcc 1/3Vcc 1、工作原理、工作原理 t v O V OH o v I o t v C o 1 3 V CC 2 3 V CC t t 2 t 1 0 8.4.2 定时器应用举例定时器应用举例C1_C2+一、一、用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 不变不变 不变不变 导通导通 0 截止截止 1 导通导通 0 T VO VI2 VI1 输输 出出 输输 入入 b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降沿到达时,电路进入暂稳态电路进入暂稳态 C1+tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电,电路自动返回到稳态电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理8.4

29、.2 定时器应用举例定时器应用举例一、一、用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 2、用用555定时器组成定时器组成可重复触发单稳可重复触发单稳555 7 6 218435RR1CT+-vovIVCC 0.01 FvIvCvO0 0 0 t t t VCC VCC tW8.4.2 定时器应用举例定时器应用举例二、二、用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 R1 R2 v 2 3 V CC 1 3 V CC v C 0 t 1 t 2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 不变不变 不变不变 导通导通 0 截止截止 1 导通导通 0 T VO VI2 VI1 输输 出出 输输 入入 截止截止导通导通8.4.2 定时器应用举例定时器应用举例二、二、用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 占空比可调占空比可调8.4.2 定时器应用举例定时器应用举例三、用三、用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 不变不变 不变不变 导通导通 0 截止截止 1 导通导通 0 T VO VI2 VI1 输输 出出 输输 入入 0 1 3 V CC 2 3 V CC v I v O V OH