數(shù)電脈沖波形變換與產(chǎn)生

1、概概 述述1、單元電路類型、單元電路類型: (1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時、延時，消除噪聲定時、延時，消除噪聲 (2)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器濾波整形，波形變換濾波整形，波形變換 (3)多諧振蕩器多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，時鐘脈沖波產(chǎn)生矩形波，時鐘脈沖波 (4)555定時器定時器多用途器件多用途器件2、電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：、電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)含有開關(guān)元件含有開關(guān)元件各種門電路各種門電路產(chǎn)生高低電平產(chǎn)生高低電平 (2)含有儲能元件含有儲能元件阻容延時元件等阻容延時元件等3、電路工作特點(diǎn)：、電路工作特點(diǎn)： 開關(guān)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致電路的過渡過程開關(guān)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致電路的過渡過程4、分析方法、分析方法

2、: 波形圖分析法波形圖分析法11、門坎電平（閾值電壓、門坎電平（閾值電壓)：VTHTTL與非門與非門 一般而言，開門電平一般而言，開門電平(VON)和關(guān)門電平和關(guān)門電平(VOFF)不相等。為分不相等。為分析方便，將其理想化處理，引入門坎電平（或閾值電平析方便，將其理想化處理，引入門坎電平（或閾值電平）的概念，記為）的概念，記為VTH。TTL與非門或反相器的電壓傳輸特性為：與非門或反相器的電壓傳輸特性為：TTL與非門的與非門的VTH=1.4V；預(yù)備知識：預(yù)備知識：開門電平開門電平VON：使與非門開通的輸入高電平的最小值。：使與非門開通的輸入高電平的最小值。關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF：使與非門關(guān)閉的

3、輸入低電平的最大值。：使與非門關(guān)閉的輸入低電平的最大值。輸出高電平（邏輯輸出高電平（邏輯1） 與非門關(guān)閉與非門關(guān)閉輸出低電平（邏輯輸出低電平（邏輯0） 與非門開通與非門開通2VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOv vO Ov vI IVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器反相器CMOS反相器的反相器的VTH= VDD /2。 同樣，同樣，CMOS反相器也有反相器也有門坎電平門坎電平或（閾值電壓或（閾值電壓)：VTH32、TTL與非門的輸出等效電路：與非門的輸出等效電路：&輸出為高電平（與非門關(guān)閉）時：輸出為高電平（與非門關(guān)閉）時：3.6VRo100 v vOH輸出為低

4、電平（與非門開通）時：輸出為低電平（與非門開通）時：0.3Vv vOL輸出輸出電阻電阻43、 TTL與非門的關(guān)門電阻和開門電阻與非門的關(guān)門電阻和開門電阻:&Rv vIv vO 輸入端懸空，相當(dāng)于接邏輯高電平；輸入端懸空，相當(dāng)于接邏輯高電平； 輸入端經(jīng)電阻接電源電壓，相當(dāng)于接邏輯高電平；輸入端經(jīng)電阻接電源電壓，相當(dāng)于接邏輯高電平； 輸入端經(jīng)電阻接地，輸入端的電平與電阻阻輸入端經(jīng)電阻接地，輸入端的電平與電阻阻值大小有關(guān)。值大小有關(guān)。Rv vI1.0VROFF1.4VRON輸出高電平輸出高電平 與非門關(guān)閉與非門關(guān)閉輸出低電平輸出低電平 與非門開通與非門開通5ROFF=0.85k RON=2.

5、 5k RRON與非門開通，與非門開通，輸出低電平。輸出低電平。關(guān)門電阻關(guān)門電阻開門電阻開門電阻 而對于而對于CMOS門電路而言：門電路而言： (1)輸入端不許懸空；輸入端不許懸空； (2)輸入端經(jīng)電阻接電源時，與接邏輯高電輸入端經(jīng)電阻接電源時，與接邏輯高電平等效；平等效； (3)輸入端經(jīng)電阻接地時，與接邏輯低電平輸入端經(jīng)電阻接地時，與接邏輯低電平等效。等效。74LS系列：系列：RON=9k64、 電容的儲能作用：電容的儲能作用： (1)電容具有儲能作用，當(dāng)兩端電壓增大時，儲存電場能電容具有儲能作用，當(dāng)兩端電壓增大時，儲存電場能；當(dāng)兩端電壓減小時，釋放電場能。；當(dāng)兩端電壓減小時，釋放電場能。

6、(2)微分電路：微分電路： (3)積分電路：積分電路：CRv vIv vdv vc+ 電容上的電壓不能突變。電容上的電壓不能突變。換路定律：換路定律：v vC(0+)=v vC(0-)CRv vIv vc+ 穩(wěn)態(tài)時，電容相當(dāng)于開路。穩(wěn)態(tài)時，電容相當(dāng)于開路。78.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1) 電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài); 2) 在外加觸發(fā)信號的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；在外加觸發(fā)信號的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)； 3) 經(jīng)過一段時間，電路將自動由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)；經(jīng)過一段時間，電路將自動由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)； 4)暫態(tài)的持續(xù)時間只取決于電路參數(shù)，而與所加觸

7、發(fā)信號的寬度無暫態(tài)的持續(xù)時間只取決于電路參數(shù)，而與所加觸發(fā)信號的寬度無關(guān)。關(guān)。與基本與基本SR觸發(fā)器區(qū)別！觸發(fā)器區(qū)別！單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：注意注意:后者為雙穩(wěn)態(tài)電路后者為雙穩(wěn)態(tài)電路88.1.1 用用CMOS門電路組成的門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩個與非門兩個與非門(或非門或非門)+RC微分電路構(gòu)成微分電路構(gòu)成1、電路組成：、電路組成：注意與注意與P389 圖的不同：輸入端未加微分電路圖的不同：輸入端未加微分電路11v vO1v vOG2G1v vIVDDRCv vI2v vI2與作業(yè)類似與作業(yè)類似&v vO1v vOG2G1v vIRC與基本與

8、基本SR鎖存器鎖存器有何不同？有何不同？輸入為窄脈沖，輸出為寬脈沖輸入為窄脈沖，輸出為寬脈沖9v vIv vO1v vI2v vO(1) v vI未加單正脈沖未加單正脈沖 v vI =0穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時C開路開路v vI2=1 v vO=00V01012、或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理、或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理電容兩端電壓相等，電容兩端電壓相等， v vC=0V電路處于穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC+v vO1=VDD10v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(2) v vI加

9、觸發(fā)單正脈沖加觸發(fā)單正脈沖,電路進(jìn)入電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài);v vO1=0，電容電壓不能突變，電容電壓不能突變v vI2下跳變下跳變 v vO=1v vCv vO=1 v vO1=0v vO=1形成正反饋，即使形成正反饋，即使v vI正脈沖消失，正脈沖消失，輸出仍能維持輸出仍能維持自鎖。自鎖。010此狀態(tài)能否一此狀態(tài)能否一直保持下去？直保持下去？+11v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(3) VDD經(jīng)經(jīng)R向電容向電容C充電，充電，v vI2逐漸升高；逐漸升高；0VTH(4)當(dāng)當(dāng)v vI2閾值電壓閾值電壓Vth時，時，電路狀態(tài)將發(fā)生突變：電路

10、狀態(tài)將發(fā)生突變：+12v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VDD+VTHVDD+v vO由由1變變0v vO1=1(注意：注意：此此時時v vI的正脈沖已撤消的正脈沖已撤消)電容電壓不能突變電容電壓不能突變v vC=Vth v vI2上升到上升到VDD+Vthn如果如果G2是是CMOS門，由于保護(hù)二極管的鉗位作用門，由于保護(hù)二極管的鉗位作用 v vI2只能上升到只能上升到VDD+VTHVth0001暫態(tài)過程結(jié)束暫態(tài)過程結(jié)束+1311v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VTH+VDD+VDD+VTHv vIv vO1v vI2v

11、 vO(5) 恢復(fù)過程恢復(fù)過程:電路返回穩(wěn)態(tài)電路返回穩(wěn)態(tài): v vI=0 v vI2= VDD v vO=0 v vO1=1電容放電，電容放電，v vC恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值 ;等待下一次觸發(fā)等待下一次觸發(fā)特點(diǎn)特點(diǎn): 輸入窄脈沖，輸入窄脈沖， 輸出寬脈沖。輸出寬脈沖。14(1)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tWVDD+VTHv vI2v vOVTHVDD+11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI20tWtW=0.7RC 只取決于電路參數(shù)，與輸入只取決于電路參數(shù)，與輸入脈沖寬度無關(guān)。調(diào)節(jié)脈沖寬度無關(guān)。調(diào)節(jié)R或或C，可改可改變變tW寬度。寬度。tW+3、主要參數(shù)計(jì)算：、主要參數(shù)計(jì)算： 根據(jù)

12、根據(jù)RC電路瞬態(tài)分析的電路瞬態(tài)分析的三要素法：三要素法：RVTH=VDD/215(2)恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre0tre 一般認(rèn)為經(jīng)過一般認(rèn)為經(jīng)過(35)RC時間，時間，電容已經(jīng)放電完畢，即：電容已經(jīng)放電完畢，即：(3)最大工作頻率：最大工作頻率： 則，觸發(fā)脈沖的間隔則，觸發(fā)脈沖的間隔(周期周期)最小不能小于最小不能小于tw+tre， 即：即：Tmintw+treVDD+VTHv vRv vOVTHVDD+tWtre=(35)RC164 4、討論：、討論：11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC (1)為保證觸發(fā)脈沖為窄脈沖，為保證觸發(fā)脈沖為窄脈沖，輸入端加輸入端加RC微分電路微

13、分電路Cdv vIv vdRd (2)為避免在瞬態(tài)結(jié)束瞬間為避免在瞬態(tài)結(jié)束瞬間v vI2上跳變上跳變時損壞時損壞CMOS門，在器件內(nèi)部有二極門，在器件內(nèi)部有二極管保護(hù)電路。管保護(hù)電路。 (3)與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)窄脈沖觸發(fā)與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)窄脈沖觸發(fā)，輸出負(fù)寬脈沖！，輸出負(fù)寬脈沖！ (4)用用TTL與非門組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與非門組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(圖圖8.1.1a)，考慮到，考慮到輸入電流，則應(yīng)輸入電流，則應(yīng)R Roff，而，而Rd Ron。CMOS門組成的單穩(wěn)態(tài)觸門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中發(fā)器中R、 Rd 不受此限制。不受此限制。17補(bǔ)充：補(bǔ)充： 積分型單穩(wěn)

14、態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理：工作原理：1) 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)： v vI=0，未加觸發(fā)正脈沖，未加觸發(fā)正脈沖G1、G2封鎖封鎖,v vO1=v vO=1；2) v vI加觸發(fā)正脈沖加觸發(fā)正脈沖,電路由穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀簯B(tài)：變?yōu)闀簯B(tài)： v vI G1開啟開啟,v vO1由由1 0v vc=1不能突變，不能突變，G2全全1出出0， v vO由由1 0兩個與非門兩個與非門+RC積分電路積分電路011100v vIv vOG1G2v vcv vO11&RvO1經(jīng)經(jīng)R向向C充電至充電至vc=vO1=118v vIv vOG1G2v vcv vO11&R1003) v vc經(jīng)經(jīng)R和導(dǎo)通

15、和導(dǎo)通G1放電，電路自放電，電路自動返回穩(wěn)態(tài)。動返回穩(wěn)態(tài)。v vc c v vthth時時G2封鎖封鎖v vO由由0 1即使即使 v vI正脈正脈沖仍存在沖仍存在4) 恢復(fù)過程恢復(fù)過程v vI下跳變下跳變 G1封鎖封鎖,v vO1由由0 1，v vO1又經(jīng)又經(jīng)R向向C充電，經(jīng)充電，經(jīng)3RC后，后， v vc=1 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)vth1119v vIv vO1v vcv vOn穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)n 觸發(fā)觸發(fā)n電容放電電容放電n輸出翻轉(zhuǎn)輸出翻轉(zhuǎn)n輸入消失輸入消失n電容充電電容充電n恢復(fù)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)tI波形圖波形圖tWv vIv vOG1G2v vcv vO1&1特點(diǎn)特點(diǎn): 輸入寬脈沖，輸入寬脈沖， 輸出窄

16、脈沖。輸出窄脈沖。1 23 4 5 6 7 20輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tW取決于取決于電容從電容從v vOH=3.6v放電至放電至閾值電平閾值電平1.4V的過渡時的過渡時間。間。v vO1v vcv vO2123 4 5 6 7 tWtpitWRO=100 TTL與非門的輸出電阻與非門的輸出電阻v vIv vOG1G2v vcv vO11&RC21(1)電路中無反饋電路中無反饋電路狀態(tài)轉(zhuǎn)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程較慢換過程較慢輸出波形上升輸出波形上升沿較差，沿較差，(2)電路要正常工作必須電路要正常工作必須tpi tW 適用于寬脈沖觸發(fā)的電路。適用于寬脈沖觸發(fā)的電路。v vIv vOG1G2v

17、 vcv vO11&RC兩點(diǎn)說明：兩點(diǎn)說明：為此，后面再加一級整形電路。為此，后面再加一級整形電路。觸發(fā)脈沖最小周期觸發(fā)脈沖最小周期 Tmin5RC v vO1v vcv vO123 4 5 6 7 tWtpitW22積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：寬脈沖觸發(fā)，觸發(fā)脈沖寬度要求寬脈沖觸發(fā)，觸發(fā)脈沖寬度要求tpitW，尖峰脈沖干擾不會引，尖峰脈沖干擾不會引起誤動作起誤動作抗干擾能力較強(qiáng)?？垢蓴_能力較強(qiáng)。但是由于沒有正反饋，輸出波形的邊沿不理想。但是由于沒有正反饋，輸出波形的邊沿不理想。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：窄脈沖觸發(fā)，容易引起誤動作；窄脈沖觸發(fā)，容易引起誤動作；

18、電路中有正反饋，所以輸出的邊沿比較好。電路中有正反饋，所以輸出的邊沿比較好。兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較：兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較：23分為可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩類。分為可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩類。不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(被觸發(fā)狀態(tài)被觸發(fā)狀態(tài))時，不受觸發(fā)輸入時，不受觸發(fā)輸入影響，只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再次觸發(fā)。影響，只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再次觸發(fā)?？芍貜?fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入，可以被重復(fù)電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入，可以被重復(fù)觸發(fā)，每觸發(fā)一次，電路暫穩(wěn)態(tài)會繼續(xù)保持觸發(fā)，每觸發(fā)一次，電路暫穩(wěn)態(tài)會繼續(xù)保持tW。不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)tWt

19、WtWtW可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)t（74121、74221、74LS221）（74122、74123、74LS122）8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器24 1、 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)觸發(fā)器定時元件的連接：定時元件的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容：外接電容輸出緩沖電路輸出緩沖電路(1)電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：25Rext/Cext,Cext,Rint外接電阻外接電阻/電容電容/內(nèi)接電阻引腳內(nèi)接電阻引腳QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCR

20、ext/CextCextRint74121741211234567141312111098A1、A2、B觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入Q、Q 輸出輸出74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L不可不可觸發(fā)觸發(fā)下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā)上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā)(2)引腳圖和功能表引腳圖和功能表26(3)工作波形：工作波形：A1A2=0B有上升沿有上升沿B=1, A1A2=1并并A2有下降沿有下降沿B=1, A1A2=1并并A1有下降沿有下降沿27外接電容接在外接電容接在10，11引腳引腳(Cext, Rext/Cext)之間，之間，如果如果C有極性，正極接有極性，正極接

21、10腳腳(Cext)若使用內(nèi)部電阻若使用內(nèi)部電阻(2k)，把，把9引腳引腳(Rint)接接VCC若使用外部電阻若使用外部電阻(1.440k)，電阻兩端分別接，電阻兩端分別接11,14腳腳(Rext,VCC)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw=0.7RC(4)定時方式：定時方式：外接電阻外接電阻內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻+288.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時、定時利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出一定寬度的脈沖，控制其它電路，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出一定寬度的脈沖，控制其它電路，使之在使之在tW時間內(nèi)動作或不動作。時間內(nèi)動作或不動作。用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制脈沖的定時通過用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制脈沖的定時通過&

22、;單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器v vIv vAv vBv vOv vAv vIv vBv vOtW29 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 v vO的上升沿相對于的上升沿相對于v vI的上升沿延遲了的上升沿延遲了tW1的時間，其寬度由的時間，其寬度由R1、C1決定！決定！2、延時、延時將輸入信號延遲一定時間之后輸出。將輸入信號延遲一定時間之后輸出。303、消除噪聲電路、消除噪聲電路(脈寬鑒別電路脈寬鑒別電路)只要設(shè)置只要設(shè)置tW，使之小于有用信號寬，使之小于有用信號寬度，而大于噪聲寬度。度，而大于噪聲寬度。對有用信號，在輸入仍保對有用信號，在輸入仍保持

23、階段，持階段，CP有上升沿，可以有上升沿，可以輸出信號；輸出信號；對干擾，在對干擾，在CP上升沿到來時上升沿到來時，已經(jīng)消失，所以被消掉。，已經(jīng)消失，所以被消掉。VCCA1A2BCext Rext/CextQ1DRC1v vIv vO7412174121(1) v vI =0D=0，R=0，觸發(fā)器清零觸發(fā)器清零;(2) v vI =1 D=1，R=1， CP無上升沿，觸發(fā)器輸出不無上升沿，觸發(fā)器輸出不變變;(3) v vI =1 D=1，R=1， CP上升沿，觸發(fā)器輸出上升沿，觸發(fā)器輸出1。v vIQv vOD觸發(fā)器：觸發(fā)器：D、R接接v vI；CP接接Q干擾脈沖干擾脈沖tW干擾脈沖干擾脈沖3

24、18.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器n具有兩個穩(wěn)態(tài)；具有兩個穩(wěn)態(tài)；n電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與維持均依賴于外加觸電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與維持均依賴于外加觸 發(fā)發(fā)電平，輸入電壓在某一點(diǎn)上會導(dǎo)致輸出電平，輸入電壓在某一點(diǎn)上會導(dǎo)致輸出 電壓電壓的突變；的突變；n輸入信號電壓上升和下降對應(yīng)的閾值電輸入信號電壓上升和下降對應(yīng)的閾值電 壓不壓不同。同。VT+VT-v vIv vOv vIv vOVT+VT-輸入信號為上升趨勢的電壓，對應(yīng)閾值電輸入信號為上升趨勢的電壓，對應(yīng)閾值電壓壓VT+輸入信號為下降趨勢的電壓，對應(yīng)閾值電輸入信號為下降趨勢的電壓，對應(yīng)閾值電壓壓VT-電壓傳輸特性具有滯回特性：電壓傳輸特性具有滯回特性：VT+

25、VT-VT=稱為回差稱為回差電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：328.2.1 門電路組成的施密特觸發(fā)器門電路組成的施密特觸發(fā)器 1、電路組成：圖反相器組成的施密特觸發(fā)器、電路組成：圖反相器組成的施密特觸發(fā)器G1、G2：CMOS反相器；反相器；設(shè)閾值電壓設(shè)閾值電壓Vth=VDD/2， R1R2v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2顯然顯然, G1門的輸入門的輸入v vI1決定著電路的狀態(tài)。決定著電路的狀態(tài)。狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的臨界時刻為狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的臨界時刻為v vI1 = Vth根據(jù)疊加原理有根據(jù)疊加原理有33(1)當(dāng)當(dāng)v vI=0V時時 G1門截止，門截止， G2門導(dǎo)通門導(dǎo)通 v vO=0V。設(shè)輸入為

26、三角波設(shè)輸入為三角波由此求得正閾值電壓由此求得正閾值電壓VT+2、工作原理：、工作原理：tv vIVTHVT+IIvRRRv2121 VT+VTHv vI1=v vI從從0V逐漸逐漸,只要只要v vI1 VTH，即，即vI VT+時，時，v vO=0V不變。不變。tv vOv vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2vI從從0V逐漸逐漸,當(dāng)當(dāng)vI上升到使上升到使vI1=VTH時時34tv vIVTHVT+tv vO(2) v vI繼續(xù)繼續(xù),當(dāng)使當(dāng)使v vI1 Vth時，時， 電路發(fā)生如下正反饋過程：電路發(fā)生如下正反饋過程：v vI1 v vo1 v vo 電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)

27、很快轉(zhuǎn)換為v vo VDD ，由此負(fù)閾值電壓由此負(fù)閾值電壓VT-v vO=VDDVT-VTHVT-(3) v vI，到達(dá)最大值后，到達(dá)最大值后，只要，只要v vIVT-，v vO保持保持VDD不變。不變。v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G235tv vIVTHVT+tv vOVT-(4) v vI繼續(xù)繼續(xù)，當(dāng)，當(dāng)v vIVT-時，電路時，電路發(fā)生如下正反饋過程：發(fā)生如下正反饋過程：v vI1 v vo1 v vo 電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為v vo= 0V 。(5) v vI ，到達(dá)最小值后上，到達(dá)最小值后上升，只要升，只要v vI vth電容反向充電電容反向充電

28、v vA下降下降在在v vR vth時，時，v vo不翻轉(zhuǎn)。不翻轉(zhuǎn)。v vo=0v vo1=1v vo2=0v vR vthv vC經(jīng)經(jīng)R放電放電(或或v vo1向向C反向充電反向充電)v vA0tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth111RRSCAv vov vo1v vo2v vR第一暫態(tài)第一暫態(tài)55(2)當(dāng)當(dāng)v vRv vth時，時，v vo翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)v vo1、v vo2也隨著一起翻轉(zhuǎn)。也隨著一起翻轉(zhuǎn)。注意注意: 由于電容電壓不能突變由于電容電壓不能突變, ,當(dāng)當(dāng)v vo1o1 發(fā)發(fā)生下跳變時生下跳變時, ,v vR R下跳變同樣的值下跳變同樣的值。V111RRSCAv

29、 vov vo1v vo2v vR0tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth56只要只要v vRv vth，v vo就就不不翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。(3)(3)由于由于v vo1R，忽略與非門輸出電阻，且，忽略與非門輸出電阻，且VOL0 ，則有則有60補(bǔ)充補(bǔ)充:實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路2積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11v vIv vo1v vCRv voCv vIv vcv vo1v vo輸入寬脈沖，輸入寬脈沖，輸出窄脈沖。輸出窄脈沖。61補(bǔ)充補(bǔ)充:實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路3微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1G2G3整形作用整形作用穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：V Vi未加觸發(fā)負(fù)脈沖，未加觸發(fā)負(fù)脈沖，C斷路，

30、斷路，R=510 Ron(相當(dāng)于輸入高電平相當(dāng)于輸入高電平)G1開通開通v vo1=0為什么為什么?R1為什么取為什么取10K?微分電路微分電路將寬脈沖變?yōu)閷捗}沖變?yōu)檎}沖窄脈沖注意注意兩個微分電路的不同！兩個微分電路的不同！62v vIttv vdttttv vo1v vRv vo2v voG1G2G3波形圖波形圖tW100oR其中其中638.4 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用預(yù)備知識：電壓比較器預(yù)備知識：電壓比較器模擬電子中有詳述模擬電子中有詳述電壓比較器是運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用（開環(huán)）電壓比較器是運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用（開環(huán)） 運(yùn)算放大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增益、運(yùn)算放

31、大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多級放大器。低漂移的直耦式多級放大器。C+v vI+v vI-v vO符號符號同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端當(dāng)當(dāng)v vI+ v vI-時，時，v vO= +VOmax輸出為邏輯輸出為邏輯1；當(dāng)當(dāng)v vI+V-輸出輸出1V-V+輸出輸出0門控放電管：受門控放電管：受Q控制的放電開關(guān)控制的放電開關(guān)RD輸出緩沖級：提高帶負(fù)載能力，隔離輸出緩沖級：提高帶負(fù)載能力，隔離負(fù)載的影響負(fù)載的影響RS控制電壓控制電壓閾值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入放電端放電端復(fù)位端復(fù)位端電源電源接地接地輸出端輸出端1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu):芯片有八個管腳芯片有八個

32、管腳閾值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入控制電壓控制電壓放電端放電端輸出端輸出端復(fù)位端復(fù)位端電源電源接地接地65(2)v vI12/3VCC;v vI21/3VCCR=0,S=0Q=1v vO=1，TD截止截止;(3)v vI11/3VCCR=1,S=1Q保持保持v vO保持，保持，TD保持保持;(4)v vI12/3VCC;v vI22/3VCC;v vI21/3VCC R=0,S=1Q=0 v vO=0，TD導(dǎo)通導(dǎo)通2、工作原理工作原理RD=0時，時，TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，v vO=0RD1/3VCC2/3VCC設(shè)設(shè)RD=1、VCO懸空，懸空，由于三個電阻的分壓關(guān)由于三個電阻的分壓關(guān)系，系，RS66

33、輸輸 入入輸輸 出出RDv vI1v vI2v vOTD狀態(tài)狀態(tài)0低電平低電平導(dǎo)通導(dǎo)通1低電平低電平導(dǎo)通導(dǎo)通1不變不變不變不變1高電平高電平截止截止CCV32CCV31CCV32CCV31CCV32CCV311高電平高電平截止截止CCV32CCV31555 定時器的功能表定時器的功能表則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。思考：思考：RD=1時，若加控制電壓時，若加控制電壓VCO，如何？，如何？閾值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=067則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。思考：思考：RD=1時，若加

34、控制電壓時，若加控制電壓VCO，如何？，如何？vI1=VCOvI2=1/2VCO683、555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用a. v. vI1/3VCC時，時，C1輸出高電平，輸出高電平，C2輸出低電平，輸出低電平，v vO1=1c. 1/3VCC v vI2/3VCC時，時，C1輸出低電平輸出低電平，C2輸出高電平，輸出高電平，v vO1=0RS69如果如果v vI從小變大，從小變大，v vI1/3VCCv vO1=11/3VCC v vI2/3VCCv vO1=0如果如果v vI從大變小，從大變小，v vI2/3VCCv vO1=01/3VCCv vI2/3VCCv vO1=0 v vI1/3V

35、CCv vO1=1設(shè)設(shè)v vI輸入為三角波輸入為三角波v vIv vO1VCC12348765VCOVCC1v vO2VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCC反相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器RS70v vIv vO1 若在若在5引腳上加控制電壓，引腳上加控制電壓，可以改變可以改變VT+,VT-電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：VT+VT-v vO1=0時，時，v vO2=0V; v vO1=1時，時，v vO2=VCC1v vIv vO1VCC12348765VCOVCC1v vO2RS71tv vOVT+2/3 VCCVT-1/3 VCCv vIt波形圖波形圖三角波三角波矩形波矩形

36、波波形變換波形變換72v vOVCCR1Cv vC0.01uF12348765R2(2)構(gòu)成構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器:a.初始初始Vc=0，電源合閘，電源合閘，VCC經(jīng)經(jīng)R1、 R2向向C充電，充電， v vC增大，在增大，在v vC2/3 VCC時，時， v vO=1，放電管放電管TD截止；截止；b. v vC繼續(xù)增大，當(dāng)繼續(xù)增大，當(dāng)v vC2/3 VCC時，時， v vO=0，放電管，放電管TD導(dǎo)通；導(dǎo)通；c. v vC經(jīng)經(jīng)R2 和放電管和放電管TD放電，放電， v vC下降，當(dāng)下降，當(dāng)v vC1/3 VCC時，時， v vO=1，放電管，放電管TD又截止；又截止；d. VCC又經(jīng)又經(jīng)R1

37、、 R2向向C充電，充電， v vC增大增大周而復(fù)始，周而復(fù)始，v vO輸出矩形波。輸出矩形波。RS73VT+VT-v vCv vOtPLtPH占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=(R2+R1)/(2R2+R1) * 100%VCC經(jīng)經(jīng)R1 、R2向向C充電充電VC經(jīng)經(jīng)R2和放電管和放電管TD放電放電可見占空比只與電阻有關(guān)系可見占空比只與電阻有關(guān)系74vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充電路徑：充電路徑：tPH=RACln2放電路徑：放電路徑：tPL=RBCln2占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=RA/

38、(RA+RB) * 100%占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器 利用利用D單向?qū)щ娞匦?，將充單向?qū)щ娞匦?，將充、放電回路分開，再加上電、放電回路分開，再加上電位器調(diào)節(jié)，便構(gòu)成了占空比位器調(diào)節(jié)，便構(gòu)成了占空比可調(diào)的多諧振蕩器可調(diào)的多諧振蕩器75VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765電路組成：電路組成：觸發(fā)信號從觸發(fā)輸入端觸發(fā)信號從觸發(fā)輸入端v vI2 (2) 輸入，輸入，將放電端將放電

39、端(7)與閾值輸入端與閾值輸入端(6)v vI1相連，相連，同時對電源和對地分別接入同時對電源和對地分別接入R和和C，76VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765a.電路的穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)態(tài):vc=0，vo=0， R=S=1v vI=1(未加觸發(fā)負(fù)脈沖未加觸發(fā)負(fù)脈沖)：1 1）v vO=0， TD導(dǎo)通導(dǎo)通，vC迅速放電至迅速放電至0V， R=S=1 v vO保持低電平不變保持低電平不變 2）v vO

40、=1，TD截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R向向C充電，充電，當(dāng)當(dāng)v vC2/3 VCC時，時，R=0，S=1 v vO=0VTD導(dǎo)通，導(dǎo)通， v vC迅速放電至迅速放電至0V R=S=1 v vO保持低電平不變保持低電平不變 。b. v vI加觸發(fā)負(fù)脈沖，電路翻轉(zhuǎn)為加觸發(fā)負(fù)脈沖，電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài)：暫態(tài)： v vI下跳變，當(dāng)下跳變，當(dāng)v vI 1/3 VCC時，時，S=0，R=1 Q=1, v vO跳變?yōu)楦咛優(yōu)楦唠娖?，與此同時，電平，與此同時， TD截止，電截止，電容被充電容被充電 。77VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & &a

41、mp; 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765c. 當(dāng)當(dāng)C充電至充電至2/3VCC時，時， R=0。如輸。如輸入端觸發(fā)負(fù)脈沖已消失，即入端觸發(fā)負(fù)脈沖已消失，即S=1 Q=0，于是，于是v vO跳變?yōu)榈碗娖剑瑫r跳變?yōu)榈碗娖?，同時TD導(dǎo)通，電容迅速放電至導(dǎo)通，電容迅速放電至0V，電路恢，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。復(fù)到穩(wěn)態(tài)。78波形圖：波形圖：v vItv vCtVTHVCCv vOttW該觸發(fā)器是不可重復(fù)觸發(fā)型該觸發(fā)器是不可重復(fù)觸發(fā)型因?yàn)橛|發(fā)器回因?yàn)橛|發(fā)器回0的唯一條件是的唯一條件是v vC上升至上升至2/3VCC時，時，R=0。79在暫態(tài)過程中，在暫態(tài)過程中，即使即使v vI有新的負(fù)脈沖，有新的負(fù)脈沖，vo仍保持為仍保持為1，電路狀態(tài)，電路狀態(tài)不變，不變，直至?xí)簯B(tài)結(jié)束。直至?xí)簯B(tài)結(jié)束。2/3VCCRv vCv vI(S)v v