8 脈沖波形的產(chǎn)生與變換(修改)

8 3多諧振蕩器 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8 2施密特觸發(fā)器 8 4555定時器及其應用 8脈沖波形的產(chǎn)生與變換 8脈沖波形的產(chǎn)生與變換 教學基本要求1 正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器 多諧振蕩器的電路組成及工作原理 2 掌握單穩(wěn) 施密特 多諧MSI器件的邏輯功能及主要指標計算 3 掌握555定時器的工作原理 4 掌握由555定時器組成的多諧 單穩(wěn) 施密特電路工作原理及外接參數(shù)及電路指標的計算 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)器的應用 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電路有一個穩(wěn)態(tài) 一個暫穩(wěn)態(tài) 一 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 在外來觸發(fā)信號作用下 電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用 暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持 經(jīng)過一段時間后 電路會自動返回到穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取決于RC電路的參數(shù)值 概述 二 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成 8 1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 由門電路和RC電路組成 三 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類 概述 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與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS或非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2 工作原理 a 沒有觸發(fā)信號時 電路處于一種穩(wěn)態(tài) vO1 vO2 vc vI R vR vDD 0 0 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 8 1 1門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 b 外加觸發(fā)信號后 電路進入暫穩(wěn)態(tài) c 電容放電 電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài) 0 1 0 0 1 3 主要參數(shù)的計算 1 輸出脈沖寬度tw 2 恢復時間tre tre 3 d 3 最高工作頻率fmax 8 1 1門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 R t VR VR 0 VR R 0 0 R VDD RCVR t Vth 4 討論 如果輸入端采用微分電路時 Rd應大于2k 使得穩(wěn)態(tài)時 D大于G1的開門電平 VON 8 1 1門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電阻R的取值可以是任意的嗎 采用TTL與非門構成單穩(wěn)電路時 電阻R要小于0 7k 在暫穩(wěn)態(tài)結束 t t2 瞬間 門G2的輸入電壓 R達到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)脈沖的寬度太寬會有什么問題 為改善輸出波形在輸出端再加一級反相器 8 1 2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 不可重復觸發(fā) 可重復觸發(fā) 被重復觸發(fā) 1 不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 觸發(fā)信號控制電路 微分型單穩(wěn)觸發(fā)器 輸出緩沖電路 8 1 2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 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)信號輸入 在a點不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖 只有等電路返回穩(wěn)態(tài)后 電路才會被再次觸發(fā) 電路屬于不可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8 1 2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 電路暫穩(wěn)態(tài) Q 1 輸出脈沖寬度 tw 0 7RC 74121功能表 邏輯功能 8 1 2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 2 功能表 74121功能表 兩種觸發(fā)方式 定時電容 定時電阻 用內(nèi)部2k電阻 用外部電阻 8 1 2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 不可重復觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 3 電路連接 8 1 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 1 定時 tw tw 8 1 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 2 延時 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R1C1 8 1 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 B A1 A2 Vi R1 R2 C1 C2 Cext Cext Rext Cext Cext Rext 74121 74121 Vo vcc vcc B A1 A2 vcc 2 延時電路 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R2C2 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R1C1 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R2C2 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R1C1 8 1 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 3 組成多諧振蕩器 0 0 0 1 1 0 1 0 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R2C2 1 0 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R1C1 單穩(wěn) 進入暫穩(wěn)態(tài) 脈寬為0 7R2C2 T 0 7 R1C1 R2C2 Q2 QI 8 1 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用 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 而有用的信號的寬度較寬 注意 單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應大于噪聲寬度而小于信號脈寬 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 振蕩周期的計算 8 2 3施密特觸發(fā)器的應用 8 2施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器的工作特點 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 當輸入信號達到某一定電壓值時 輸出電壓會發(fā)生突變 電路有兩個閾值電壓 輸入信號增加和減少時 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 vI1 vo vI 8 2 1門電路組成的施密特觸發(fā)器 vI1 0 0 只要vI1 Vth 則保持vO 0V 當vI1 Vth 電路發(fā)生正反饋 1 當vI1 0 vO 0V 當vI上升 vI1也上升 8 2 1門電路組成的施密特觸發(fā)器 vI1 1 只要vI1 Vth 則保持vO VOH 當vI1 Vth 電路產(chǎn)生如下正反饋 當vI下降 vI1也下降 0 回差電壓 8 2 1門電路組成的施密特觸發(fā)器 vI1 8 2 2集成施密特觸發(fā)器 CC40146 施密特觸發(fā)器 整形級 輸出緩沖級 8 2 3施密特觸發(fā)器的應用 1 波形的整形及變換 合理選擇回差電壓 可消除干擾信號 為去掉干擾信號回差電壓應如何選擇 8 2 3施密特觸發(fā)器的應用 2 幅度鑒別 VT 8 2 3施密特觸發(fā)器的應用 2 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 振蕩周期的計算 多諧振蕩器是一種自激振蕩器 電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形波脈沖波或方波 8 3多諧振蕩器 8 3 0概述 8 3多諧振蕩器 開關器件 產(chǎn)生高 低電平 多諧振蕩器電路應由哪幾部分組成 反饋延遲環(huán)節(jié) 利用RC電路的充放電特性實現(xiàn)延時 將輸出電壓恰當?shù)胤答伣o開關器件使之改變輸出狀態(tài) 以獲得所需要的振蕩頻率 8 3 0概述 8 3 1門電路組成的多諧振蕩器 1 電路組成 開關器件 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 進入第二暫穩(wěn)態(tài) 1 第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)過程 VC 8 3 1門電路組成的多諧振蕩器 vO1 0 vO2 1 Vth VON VOFF VDD 2 2 第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉(zhuǎn)過程 二 T1 T2 2 工作原理 3 振蕩周期T的計算 T1 T2 T RC1n4 1 4RC T T1 充 T2 放 8 3 1門電路組成的多諧振蕩器 4 加補償電阻的CMOS多諧振蕩器 R RON P RON N 電源電壓波動時 會使振蕩頻率不穩(wěn)定 RS C C分布 分布電容 8 3 1門電路組成的多諧振蕩器 補償電阻Rs可減小電源電壓波動對振蕩頻率的影響 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RC和Vth 頻率穩(wěn)定性較差 電路符號 阻抗頻率特性 R 使反相器工作在線性放大區(qū) C1 兩個反相器間的耦合 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 振蕩頻率穩(wěn)定性高 常用作基準信號源 1 石英晶體振蕩器電路 電路的振蕩頻率f fs 2 石英晶體振蕩器應用 雙相時鐘發(fā)生器 8 3 2石英晶體振蕩器 8 4 1555定時器 8 4 2定時器應用舉例 8 4555定時器及其應用 電路的組成 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 用555定時器組成多諧振蕩器 用555定時器組成施密特觸發(fā)器 工作原理 555定時器是一種將模擬電路與數(shù)字電路功能巧妙地結合在一起的中規(guī)模集成電路 該電路靈活 適用范圍廣 只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰?就可以很方便地構成施密特觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器 完成脈沖信號的產(chǎn)生 定時和整形等功能 因而在控制 定時 檢測 仿聲 報警等方面有著廣泛的應用 555定時器是一種應用方便的中規(guī)模集成電路 只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn) 多諧和施密特觸發(fā)器 廣泛用于信號的產(chǎn)生 變換 控制與檢測 8 4 1555定時器 電阻分壓器 電壓比較器 基本RS鎖存器 復位輸入端 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 1555定時器 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定時器功能表 不變 不變 1 導通 0 1 截止 1 1 導通 0 0 放電管T 輸出 VO 腳 復位 RD 腳 觸發(fā)輸入 VI2 腳 閾值輸入 VI1 腳 輸出 輸入 8 4 1555定時器 010 011 8 4 2定時器應用舉例 一 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 不可重復觸發(fā)單穩(wěn) a 接通電源電路進入穩(wěn)態(tài) O 0 1 工作原理 8 4 2定時器應用舉例 一 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 b 當輸入信號下降沿到達時 電路進入暫穩(wěn)態(tài) tW tw RC1n3 1 1RC c 電容放電 電路自動返回到穩(wěn)態(tài) 1 工作原理 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用舉例 觸摸定時控制開關 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 只要用手觸摸一下金屬片P 由于人體感應電壓相當于在觸發(fā)輸入端 管腳2 加入一個負脈沖 555輸出端輸出高電平 燈泡 RL 發(fā)光 當暫穩(wěn)態(tài)時間 tW 結束時 555輸出端恢復低電平 燈泡熄滅 該觸摸開關可用于夜間定時照明 定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié) 8 4 2定時器應用舉例 一 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2 用555定時器組成可重復觸發(fā)單穩(wěn)電路 該電路可用作失落脈沖檢測 或?qū)﹄姍C轉(zhuǎn)速或人體的心率進行監(jiān)測 如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或人體的心率不齊時 輸出的低電平可用作報警信號 8 4 2定時器應用舉例 二 用555定時器組成多諧振蕩器 v 2 3 V CC 1 3 V CC v C 0 t 1 t 2 tPL tPH tPL R2C1n2 0 7R2C tpH R1 R2 C1n2 0 7 R1 R2 C 不變 不變 導通 0 截止 1 導通 0 T VO VI2