学术讨论—第八篇-脉冲波形的变换及产生.ppt

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 多多谐振荡器谐振荡器8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)8 脉冲脉冲(michng)波形的变换与产生波形的变换与产生第一页，共五十五页。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(zhbio)(zhbio)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发器的电路组成(z chn)(z chn)及工作原理。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器件的逻辑器件的逻辑功能及主要指标功能及主要指标(zhbio)(zhbio)计算。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第二页，共五十五页。8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成用门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器8.1.2 集成集成(j chn)单稳态触发器单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)第三页，共五十五页。电路电路(dinl)(dinl)在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。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单稳态触发器的工作(gngzu)(gngzu)特特点：点：在外来触发在外来触发(chf)(chf)信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态信号作用下，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，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第四页，共五十五页。门电路组成门电路组成(z chn)的单稳态触发器的单稳态触发器MSI集成集成(j chn)单稳态触发器单稳态触发器不可不可(bk)(bk)重复触发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用555定时器组成的单稳态触发器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第五页，共五十五页。8.1.1 用用CMOS门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发的微分型单稳态触发器器 1.1.电路电路(dinl)(dinl)CMOS与非门构成与非门构成(guchng)的微分型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 第六页，共五十五页。电路电路(dinl)处于一种稳态：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工作(gngzu)原理：原理：第七页，共五十五页。b)b)外加外加(wiji)(wiji)触发信号触发信号 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 G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 1第八页，共五十五页。c)c)电容电容(dinrng)(dinrng)充电充电,电路电路(dinl)(dinl)由暂稳态自动返回到稳态由暂稳态自动返回到稳态0 01 1 I2 I2=VTH产生如下产生如下(rxi)正反馈过程：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第九页，共五十五页。tw0.7RC（1）输出输出(shch)脉冲宽度脉冲宽度tw(2)恢复恢复(huf)时间时间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(j sun)vC(0+)=0；vC()=VDD =RC,VTH=VDD/2=RCln2第十页，共五十五页。4.讨论讨论(toln)b)用用TTL门电阻门电阻R的取值可以的取值可以(ky)是任意的吗？是任意的吗？a)在暂稳态结束在暂稳态结束(t=t2)瞬间，门瞬间，门G2的输入的输入(shr)电压电压 I2达到达到VDD+VTH，可能损坏，可能损坏G2门，怎么办？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。第十一页，共五十五页。8.1.2 集成集成(j chn)单稳态触发器单稳态触发器v vO Ov vI It tw wt tw wvOvItwtw不可重复不可重复(chngf)(chngf)触发触发可重复可重复(chngf)(chngf)触发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第十二页，共五十五页。1.不可重复触发不可重复触发(chf)的集成单稳态触发的集成单稳态触发(chf)器器 74121触发触发(chf)信号控制电路信号控制电路微分微分(wi fn)型单稳触发型单稳触发器器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容：外接电容第十三页，共五十五页。输出输出(shch)脉冲宽度：脉冲宽度：tw0.7RC 电路电路(dinl)的不可重复触发特的不可重复触发特性性(1)工作工作(gngzu)原理原理在暂稳态期间即使有触发信号输入，但由于在暂稳态期间即使有触发信号输入，但由于G4门在此期间关闭门在此期间关闭，不会不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器被再次触发，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=01000第十四页，共五十五页。74121功能表功能表 HHA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑逻辑(lu j)功能表功能表不可触发，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第十五页，共五十五页。8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)1.定时定时(dn sh)该电路该电路(dinl)可用于频率计可用于频率计第十六页，共五十五页。2.延时延时第十七页，共五十五页。4.组成噪声消除组成噪声消除(xioch)电路电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号(xnho)脉宽，才可脉宽，才可消除噪声。消除噪声。如用如用 I作为作为(zuwi)下降沿触发的计数器触发脉冲下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入干扰加入,就会造成计就会造成计数错误数错误.第十八页，共五十五页。8.2 施密特触发器施密特触发器8.2.2 集成集成(j chn)施密特触发器施密特触发器8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)(yngyng)第十九页，共五十五页。8.2 施密特触发器施密特触发器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及工作(gngzu)(gngzu)特点：特点：施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号(xnho)(xnho)达到某一定电压值达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。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。输入信号输入信号(xnho)(xnho)增加和减少时，电路的阈值电压分增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（）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 第二十页，共五十五页。1、电路、电路(dinl)组成组成2、工作、工作(gngzu)原理原理 I18.2.1 用门电路组成用门电路组成(z chn)的施密特触发器的施密特触发器R1 R2 I为三角波为三角波 假定：假定：第二十一页，共五十五页。108 6 4 2 0 vI/V 2 4 6 8 10 VOHVDD vO/V B vI1001(1)I上升上升(shngshng)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，使输出电压过程中，使输出电压(diny)产生跳产生跳变时所对应变时所对应 I 的值。的值。只要只要 I1 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：I1第二十三页，共五十五页。vI1v vo ov vI I第二十四页，共五十五页。8.2.2 集成集成(j chn)施密特触发器施密特触发器 第二十五页，共五十五页。8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)(yngyng)VT+VT_v vT+T+v vT-T-1.1.波形波形(b xn)(b xn)变换变换 第二十六页，共五十五页。2.波形波形(b xn)(b xn)的整形的整形第二十七页，共五十五页。v vo ov vI I合理选择合理选择(xunz)(xunz)回差电压，可消除干扰信号。回差电压，可消除干扰信号。3.3.消除消除(xioch)(xioch)干扰信号干扰信号第二十八页，共五十五页。o oI I4.幅度幅度(fd)(fd)鉴别鉴别 第二十九页，共五十五页。8.3 多谐振荡器多谐振荡器8.3.1 由门电路组成由门电路组成(z chn)的多谐振荡器的多谐振荡器8.3.2 由门电路组成由门电路组成(z chn)的多谐振荡器的多谐振荡器8.3.3 用施密特触发器构成波形用施密特触发器构成波形(b xn)产生电路产生电路第三十页，共五十五页。开开关关电电路路 RC延时环节延时环节多谐振荡器的基本多谐振荡器的基本(jbn)组成：组成：开关开关(kigun)器件：产生高、低电器件：产生高、低电平平反馈延迟反馈延迟(ynch)环节（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，改变电路的反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态输出状态,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 多谐振荡器多谐振荡器第三十一页，共五十五页。8.3.1 由由CMOS门门电路电路(dinl)组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器 1.电路电路(dinl)组成组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD VC组成组成(z chn)的多谐振荡器的多谐振荡器 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o反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间:第三十二页，共五十五页。2.工作工作(gngzu)原理原理假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvI=0V电容电容(dinrng)充充电电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速迅速(xn s)使使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=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vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0第三十三页，共五十五页。（2）第二暂稳态电容放电）第二暂稳态电容放电(fng din)，电路自动翻转到第一暂稳态，电路自动翻转到第一暂稳态电容电容(dinrng)放放电电vCvIvI当当=VTH 时时，迅速迅速(xn s)使得使得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O=0 O1=1 2.工作原理工作原理vIvO1vO第三十四页，共五十五页。TRC1n41.4RC 由门电路组成由门电路组成(z chn)的多谐振荡器的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(j sun)vI(0+)0；vC()VDD =RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0 =RC,t=t3-t2T2:第三十五页，共五十五页。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用施密特触发器构成(guchng)波形产生电路波形产生电路第三十六页，共五十五页。8.3.3 石英石英(shyng)晶体振荡器晶体振荡器1、石英、石英(shyng)晶体电路符号和选频特性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(dinkng)X=0第三十七页，共五十五页。2、石英、石英(shyng)晶体振荡器晶体振荡器R:使使G1工作工作(gngzu)在线性区在线性区C1:耦合电容耦合电容(dinrng)C2:抑制高次谐波抑制高次谐波第三十八页，共五十五页。CPQf1f23、双相脉冲产生双相脉冲产生(chnshng)(chnshng)电电路路第三十九页，共五十五页。8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)8.4.1 555定时器定时器8.4.2 用用555定时器组成定时器组成(z chn)施密特触发器施密特触发器 8.4.3 用用555定时器组成定时器组成(z chn)单稳态触发器单稳态触发器 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第四十页，共五十五页。555定时器是一种应用方便的中规模定时器是一种应用方便的中规模(gum)集成电路集成电路,广泛用于信号的广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。产生、变换、控制与检测。8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)电阻电阻(dinz)分压分压器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 (8)G1、电路结构8.4.1 555定时器定时器第四十一页，共五十五页。2、工作、工作(gngzu)原理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 入入第四十二页，共五十五页。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 入入第四十三页，共五十五页。8.4.2 用用555定时器组成定时器组成(z chn)施密特触发器施密特触发器vI如何改变电路如何改变电路(dinl)的阈值电压和回差电压的阈值电压和回差电压?第四十四页，共五十五页。施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)波形波形(b xn)变换变换VT+VT_电路电路(dinl)的频率可变的频率可变?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?第四十五页，共五十五页。8.4.3 用用555定时器定时器组成组成(z chn)单稳态触发器单稳态触发器 1、电路、电路(dinl)VCCvI第四十六页，共五十五页。外加触发信号外加触发信号(xnho)，电路转换到暂态，输出为，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动触发信号消除后，电容充电电路自动(zdng)转换到稳态输出为转换到稳态输出为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 13VCCVCCvI第四十七页，共五十五页。tw=RC1n31.1RC 4 4、）工作波形及输出、）工作波形及输出(shch)(shch)脉宽的计算脉宽的计算电路电路(dinl)(dinl)是可重复触发的单稳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(zngji),脉宽脉宽如何改变如何改变?减小减小?第四十八页，共五十五页。脉冲脉冲(michng)宽度调制器宽度调制器工作工作(gngzu)波形波形555组成组成(z chn)的单稳态的应用的单稳态的应用:第四十九页，共五十五页。用用555555定时器组成定时器组成(z chn)(z chn)可重复触发单稳态触发可重复触发单稳态触发器器第五十页，共五十五页。8.4.4 用用555定时器定时器组成组成(z chn)(z chn)多谐振荡器多谐振荡器1 1、电路电路(dinl)(dinl)组成组成R1R2 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R第五十一页，共五十五页。1 1、）、）电路第一暂态，输出为电路第一暂态，输出为1 1。电容。电容(dinrng)(dinrng)充电，电路转换到充电，电路转换到第二暂态第二暂态,输出为输出为0 02 2、工作、工作(gngzu)(gngzu)原理原理2 2、）、）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换电路第二暂稳态，电容放电，电路转换(zhunhun)(zhunhun)到第一到第一暂态暂态 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R第五十二页，共五十五页。3、工作波形与振荡频率工作波形与振荡频率(pnl)计算计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 第五十三页，共五十五页。4 4、用用555555定时器组成定时器组成(z chn)(z chn)占空比可调的多占空比可调的多谐振荡器谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 第五十四页，共五十五页。内容(nirng)总结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。在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转(fn zhun)到暂稳态。8.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器。电路由暂稳态自动返回到稳态。b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗。1.不可重复触发的集成单稳态触发器 74121。R：外接电阻或采用内部电阻。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。vI(0+)0第五十五页，共五十五页。