數(shù)字電子技術(shù)第五版閆石課件6

1、第6章上頁下頁返回 6.16.1 概述概述 6.26.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 6.36.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 6.46.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 6.56.5 555 555定時器定時器第六章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形（the production and form-modulation of pulse waveform ）本章小結(jié)第6章上頁下頁返回6.1 概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)脈沖波形參數(shù)矩形脈沖波常作為時鐘信號。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。為了定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。 第6章上頁下頁返回6.1 概述脈沖周期T

2、：周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖 之間的時間間隔。有時也使用頻率f表示單 位時間內(nèi)脈沖重復的次數(shù)。脈沖幅度Vm：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度tW：從脈沖前沿到達0.5Vm起，到脈沖后沿到 達0.5Vm為止的一段時間。trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT第6章上頁下頁返回上升時間tr：脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm 所需要的時間。下降時間tf：脈沖下降沿從0.9 Vm下降到0.1Vm所 需要的時間。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值，亦即qtWT。6.1 概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT第6章上頁下頁返回6.2 施密特觸發(fā)器(Schmitt Tr

3、igger)特點：能夠把變化非常緩慢的輸入脈沖波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖。而且由于具有回差電壓，所以抗干擾能力較強。6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用第6章上頁下頁返回21 21RRVVDDTH000IOLOIvVvv時 THIIIVvvv6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器G1，G2為CMOS門第6章上頁下頁返回DDOHOOOIVVvvvv1?Iv正向閾值電壓VT+ THIVv TTHIVRRRVv212 THTHTVRRVRRRV)1 ( 21221時 THIIIVvvv01OLOOOIVvvvv6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器第6章

4、上頁下頁返回?Iv負向閾值電壓VT- THIVv 212)( RRRVVVVvTDDDDTHIDDTHTVRRVRRRV21221R1R2VT-VDD+-+-IvDDTHVV21THTVRRV)1 (216.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器第6章上頁下頁返回TTTVVV回差電壓回差電壓同相輸出反相輸出6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器第6章上頁下頁返回6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器第6章上頁下頁返回6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用波形的變換脈沖的整形幅度鑒別脈沖展寬電路第6章上頁下頁返回一、用于波形變換把邊沿變化緩慢的信號變換成邊沿很陡的矩形脈沖。 6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用第

5、6章上頁下頁返回二、用于脈沖整形6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用第6章上頁下頁返回三、用于脈沖鑒幅6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用第6章上頁下頁返回四、用于脈沖展寬VCCvIvOG1RCvC (a) 原理圖原理圖vIvOvCVT+(b)波形圖波形圖脈沖展開電路脈沖展開電路6.2.2 施密特觸發(fā)器的應用第6章上頁下頁返回6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點： 1、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)。 2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn) 態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后自動返回穩(wěn)態(tài)。 3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路本身參數(shù)。用途：脈沖整形、延時、定時6.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

6、6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用第6章上頁下頁返回6.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC微分電路G1、G2是CMOS門對于CMOS門電路：DDTHOLDDOHVVVVV210、穩(wěn)態(tài)時：DDIIVvv2、0DDOOVvv1、0OIOdIvvvvv21RCeVutDDC )1 (12OOICvvvu第6章上頁下頁返回RCeVutDDC )1 (THCVu 電路回到穩(wěn)態(tài)tDDDDtDDTHeVVeVV)1 (DDTHDDtVVVeDDTHDDVVVtlnTHDDDDVVVRCtln2lnRCt DDTHVV21C充電等效電路6.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第6章上頁下頁

7、返回CRtONre)53(分辨時間td是指在保證電路正常工作的前提下，允許兩個相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時間間隔。reWdtttTHCCCVvvvRCt)()0()(ln6.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第6章上頁下頁返回二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC積分電路G1、G2是TTL門R的阻值不能太大穩(wěn)態(tài)時：OHOAOHOIVvvVvv106.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第6章上頁下頁返回暫穩(wěn)態(tài)時：OLOOLOvvvv、1電容C開始放電THOLOHOLWVVVVCRRtln)(0放電回路OLOHmVVVCRRtOre)(53(reTRdttt6.3.1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第6章上頁下頁返回

8、6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器extextextextWCRCRt69. 0 2ln第6章上頁下頁返回6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第6章上頁下頁返回6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用脈沖整形脈沖定時 脈沖延時第6章上頁下頁返回脈沖整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的幅度和寬度是確定的，利用這一性質(zhì)，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖串，整形為寬度和幅度一定的脈沖串，如圖所示。 tvI0tvO0 脈沖波形脈沖波形6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用第6章上頁下頁返回脈沖定時 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度Tw的矩形輸出脈沖，利用這個脈沖去控制某電路，使其在Tw時間內(nèi)動作（或不動作），起到了定時作用。例如，利用脈沖寬度為Tw的正

9、矩形脈沖作為門輸入的信號VB，而與門的另一個輸入端信號為VA。只有當矩形波VB為1的Tw時間內(nèi)，信號VA才能通過與門，輸出才有脈沖，如圖所示。6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用第6章上頁下頁返回 單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路vAvBvOvI(a)邏輯圖邏輯圖vOvIvBvA(b)波形圖波形圖 脈沖定時電路脈沖定時電路Tw6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用第6章上頁下頁返回脈沖延時Tw時間，稱這個時間為延時。邏輯圖和波形圖如圖所示。單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt 脈沖延時脈沖延時(a)邏輯圖邏輯圖(b)波形圖波形圖6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用第6章上頁下頁返回消除噪聲 噪聲一般表現(xiàn)為尖脈沖，寬

10、度較窄，而有用信號都具有一定寬度。利用單穩(wěn)電路，將輸出脈沖寬度調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號寬度，即可消除噪聲。6.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用產(chǎn)生方波第6章上頁下頁返回6.4 多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號，能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習慣又把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。6.4.1 對稱式多諧振蕩器 6.4.2 非對稱式多諧振蕩器 6.4.3 環(huán)形多諧振蕩器 6.4.4 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器 6.4.5 石英晶體多諧振蕩器 第6章上頁下頁返回6.4.1 對稱式多諧振蕩器 2211OIOIvvvvC1開始充電，C

11、2開始放電。充、放電回路1122OIOIvvvvTHCCCVvvvRCt)()0()(lnTHEIKEEVVVVCRT11111lnC1開始放電，C2開始充電。第6章上頁下頁返回6.4.2 非對稱式多諧振蕩器 221OIIvvvC開始放電。221OIIvvvC開始充電第6章上頁下頁返回6.4.3 環(huán)形多諧振蕩器 pdntT2第6章上頁下頁返回THOHTHOHVVVVRCT2ln1THTHOHVVVRCTln2)2ln(21THTHOHTHOHTHOHVVVVVVVRCTTTV4 . 1V3THOHVVRCT2 . 26.4.3 環(huán)形多諧振蕩器 第6章上頁下頁返回6.4.4 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的

12、多諧振蕩器 )ln(21TTTDDTDDVVVVVVRCTTT第6章上頁下頁返回6.4.5 石英晶體多諧振蕩器 在許多應用場合都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴格的要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時，要求頻率十分穩(wěn)定。 上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門電路的輸入電壓上升到轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）所需要的時間，所以頻率的穩(wěn)定性不可能很高。第一，轉(zhuǎn)換電平本身就不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第二，電路的工作方式容易受干擾，造成電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的提前或滯后；第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微的干擾都會嚴重影響振蕩周期。因此在對頻率要求很高時

13、，必須采取穩(wěn)頻措施。第6章上頁下頁返回6.4.5 石英晶體多諧振蕩器 目前，普遍采用的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體組成石英晶體多諧振蕩器。圖為石英晶體的阻抗頻率特性和符號。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。ff0 x0電電感感性性電電容容性性符號符號 石英晶體的阻抗頻率石英晶體的阻抗頻率 特性與符號特性與符號第6章上頁下頁返回6.4.5 石英晶體多諧振蕩器 vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3 石英晶體環(huán)形振蕩器石英晶體環(huán)形振蕩器CRSR石英晶體石英晶體把石英晶把石英晶體與體與RC多多諧振蕩器諧振蕩器中的電容中的電容串聯(lián)起來串聯(lián)起來就構(gòu)成了就構(gòu)成了

14、石英晶體石英晶體多諧振蕩多諧振蕩器。器。第6章上頁下頁返回6.5 555定時器及其應用6.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能6.5.2 用555定時器接成的施密特觸發(fā)器6.5.3 用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.4 用555定時器接成的多諧振蕩器 第6章上頁下頁返回C1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43TD8UCCUCOU6(TH )5(TR )6217UoRDU2放電端控制電壓輸入端閾值端觸發(fā)端置零輸入端C1、C2是比較器01CCvvvvvv6.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能第6章上頁下頁返回12348765地U2UoRDUCC放電端U6UC

15、O555 U623Ucc、U213Ucc，C1為0，C2為1， RS置0，TD導通，U0為低電平。 U623Ucc、U213Ucc，C1為1，C2為0， RS置1，TD截止，U0為高電平。 6.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能第6章上頁下頁返回 U623Ucc、U213Ucc，C1為1，C2為1， RS不變，TD和U0也保持不變。 U623Ucc、U213Ucc，C1為0，C2為0， TD截止，U0為高電平。6.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能12348765地U2UoRDUCC放電端U6UCO555第6章上頁下頁返回RD(4)U6(TH) U2(TR)UO(3) TD01111 2/

16、3UCC 1/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 1/3UCC 2/3UCC 1/3UCC 0 導通 0 導通 1 截止不變 不變 1 截止48762315UCCUoUiRUCC0.01555555第6章上頁下頁返回TW=1.1RC6.5.3 用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器48762315UCCUoUi(a)RTUi13UCC0Uo0TWTW

17、UC023UCCttt(b)UCC0.01555555UCC第6章上頁下頁返回6.5.4 用555定時器接成的多諧振蕩器 利用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器。T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C48762315C(a)UC13UCCUo0T123UCCtt(b)UCCR1R2555555UCCT2Uo0.010第6章上頁下頁返回本章小結(jié)本章小結(jié) 施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將輸入的周期信號整形成符合的整形電路，可將輸入的周期信號整形成符合要求的同周期矩形脈沖。要求的同周期矩形脈沖。 施密特觸發(fā)器具有施密特觸發(fā)器具有回差特性回差特性，它有

18、兩個穩(wěn)態(tài)，它有兩個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個不同的觸發(fā)電平。狀態(tài)，有兩個不同的觸發(fā)電平。施密特觸發(fā)器可將任意波形變換成矩形脈沖，施密特觸發(fā)器可將任意波形變換成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來進行幅度鑒別、構(gòu)成大小。施密特觸發(fā)器還可用來進行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。實用中，常選用集單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。實用中，常選用集成施密特觸發(fā)器或成施密特觸發(fā)器或 采用采用555 定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。器。第6章上頁下頁返回 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)

19、定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定時元定時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。輸入信號只起到件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。輸入信號只起到觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變 R、C 定時元件定時元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常用于度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常用于脈沖的定時、整形和展寬等。脈沖的定時、整形和展寬等。實用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或?qū)嵱弥校＿x用集成

20、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或 采用采用 555 定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 本章小結(jié)本章小結(jié)第6章上頁下頁返回在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器。 多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。因此，多諧振蕩器接通電源后就能放電自動完成。因此，多諧振蕩器接通電源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變輸出周期性的矩形脈沖。改變 R、C定時元件數(shù)值定時元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。 本章小結(jié)本章小結(jié)第6章上頁下頁返回 555 定時器是一種多用途的集成電路。只需外定時器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸接少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其它多種發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其它多種實用電路。由于實用電路。由于 555 定時器使用方便、靈活，有較定時器使用方便、靈活，有較