1、8.1 單穩態觸發器單穩態觸發器8.2 施密特觸發器施密特觸發器8.3 多多諧諧器器振蕩振蕩8.4 555定時器及其應用定時器及其應用8 脈沖波形的變換與產生脈沖波形的變換與產生8.1單穩態觸發器單穩態觸發器8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩門電路組成的微分型單穩態觸發器態觸發器8.1.2 集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器8.1.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用 電路在沒有觸發信號作用時處于一種穩定狀態。電路在沒有觸發信號作用時處于一種穩定狀態。單穩態觸發器的工作特點：單穩態觸發器的工作特點： 在外來觸發信號作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。在外來觸發信號作用下，電路由穩態翻

2、轉到暫穩態。 由于電路中由于電路中RC延時環節的作用，暫穩態不能長久保持延時環節的作用，暫穩態不能長久保持,經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的持續時間僅取持續時間僅取與與RC參數值有關。參數值有關。8.1單穩態觸發器單穩態觸發器 門電路組成的單穩態觸發器門電路組成的單穩態觸發器MSI集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器不可重復觸發不可重復觸發單穩態觸發器單穩態觸發器可重復觸發可重復觸發單穩態觸發器單穩態觸發器用用555定時器組成的單穩態觸發器定時器組成的單穩態觸發器按電路形式不同按電路形式不同單穩態觸發器的單穩態觸發器的分類：分類：按工作特

3、點劃分按工作特點劃分8.1.1 用用CMOS門電路組成的微分型單穩態觸發器門電路組成的微分型單穩態觸發器(難點難點) 1. 1. 電路電路CMOS與非門構成的微分型與非門構成的微分型單穩態觸發器單穩態觸發器 CMOS或非門構成的微分型或非門構成的微分型單穩態觸發器單穩態觸發器 穩態為穩態為1負脈沖觸發負脈沖觸發穩態為穩態為0正脈沖觸發正脈沖觸發 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 VDD 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 1 vO1 vO G2 G1 C R VDD vI vI2

4、vC 1 Rd Cd vd 2. 2. 工作原理工作原理vth vO1 vO vI2 vI VDD VDD tpi a)沒有觸發信號時，電路處于一種穩態沒有觸發信號時，電路處于一種穩態 0 00 00 01 11 1t1t2tw0 0 1 vO1 vO G2 G1 C R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 2. 2. 工作原理工作原理vth vO1 vO vI2 vI VDD VDD tpi a)沒有觸發信號時，電路處于一種穩態沒有觸發信號時，電路處于一種穩態 t1t2tw1 11 10 00 01 11 10 00 01 11 1b)外加觸發信號后，電路進入暫穩態外加觸發信號

5、后，電路進入暫穩態 0 00 0 1 vO1 vO G2 G1 C R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 2. 2. 工作原理工作原理vth vO1 vO vI2 vI VDD VDD tpi a)沒有觸發信號時，電路處于一種穩態沒有觸發信號時，電路處于一種穩態 t1t2twb)外加觸發信號后，電路進入暫穩態外加觸發信號后，電路進入暫穩態 0 01 10 01 10 01 10 00 01 1vI2電位是多少電位是多少c)電路由暫穩態自動返回到穩態，電容放電電路由暫穩態自動返回到穩態，電容放電3. 3. 主要參數的計算主要參數的計算DDwDDtlnhVtRCVVtw0.7RC

6、(1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw (2) 恢復時間恢復時間tre tre 3 d (3) 最高工作頻率最高工作頻率 fmax minwre11Ttt-( )( )(0 )-( ) CCCtCvtvvve C(0+) = 0; C( ) =VDD =RCvth vO1 vO vI2 VDD VDD VDD+ Vthtttttpi t1t2tw 1 vO1 vO G2 G1 C R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 4. 4. 討論討論1電阻R的取值可以是任意值嗎？在暫穩態結束(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？輸入的觸發脈沖的寬度可

7、以是任意的嗎？如觸發脈沖的寬度太寬會有什么問題？(a)vO vI twtw不可重復觸發不可重復觸發可重復觸發可重復觸發被重復觸發被重復觸發不可重復觸發不可重復觸發(b) twtwvOvI8.1.2 集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器1G8 G7 & & & & 1 QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1a觸發信號控制電路觸發信號控制電路微分型單穩觸發器微分型單穩觸發器輸出緩沖電路輸出緩沖電路 1.不可重復觸發的集成單穩態觸發器不可重復觸發的集成單穩態觸發器74121(重點會用重點會用)RintCextVDDRextCext / Rext C

8、extRint1G8 G7 & & & & 1 QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1aRintCextVDDCext/Rext B Cext Rint QQA1 A2 GND NC NC NC VCC NC 1234567101112131498Cext / Rext CextRint觸發信號控制電路觸發信號控制電路微分型單穩觸發器微分型單穩觸發器輸出緩沖電路輸出緩沖電路 1.不可重復觸發的集成單穩態觸發器不可重復觸發的集成單穩態觸發器74121(重點會用重點會用) (1) 工作原理電路穩態電路穩態 : Q=0, 1 Q0 01 10

9、0 在暫穩態期間即使有觸發信號輸入，在在暫穩態期間即使有觸發信號輸入，在a點不產生觸發脈沖，只有等電路點不產生觸發脈沖，只有等電路返回穩態后，電路才會被再次觸發，電路屬于不可重復觸發單穩態觸發器返回穩態后，電路才會被再次觸發，電路屬于不可重復觸發單穩態觸發器電路暫穩態電路暫穩態 : Q=1, 0Q G4門打開，可再次觸發，脈沖寬度：門打開，可再次觸發，脈沖寬度： tw0.7RC 1G8 G7 & & & & 1 Rint QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1a0 00 0CextVDD1 11 1Vth0 00 00 01 10 01

10、11 1 1.不可重復觸發的集成單穩態觸發器不可重復觸發的集成單穩態觸發器74121(重點會用重點會用)74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L不可觸發，保持穩態不變不可觸發，保持穩態不變A1、A2中有一個或兩個為低電平，中有一個或兩個為低電平，B端上升沿時電路被觸發端上升沿時電路被觸發B 和和A1、A2 中有一個或兩個為中有一個或兩個為高電平，輸入端有一個或兩個下高電平，輸入端有一個或兩個下降沿時電路被觸發降沿時電路被觸發 1.不可重復觸發的集成單穩態觸發器不可重復觸發的集成單穩態觸發器74121(重點會用重點會用)三態門三態門控制電路控制

11、電路輸出緩沖電路輸出緩沖電路(1)電路電路G11 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 vc TR+ TR- RD QQv12v10vo4vo7VDDVDDCextRextTPTN 2.可重復觸發的集成單穩態觸發器可重復觸發的集成單穩態觸發器MC14528(重點會用重點會用)LXX L H X H XX X H L QRDTR+Q TR-輸輸 入入輸輸 出出功能功能LHHL H L H 清除清除禁止禁止禁止禁止單穩單穩單穩單穩(2)功能

12、表功能表 2.可重復觸發的集成單穩態觸發器可重復觸發的集成單穩態觸發器MC14528(重點會用重點會用)Qt1 TR+ TR- 0 0 0 0 VCVth13 Vth9 t2 t3 t4 t5 t6 t7 tw tw t +twt t t t DD9wDDt 13lnthhVVtRCVV脈沖寬度包括電容充電和放電兩段脈沖寬度包括電容充電和放電兩段LXX L H X H XX X H L QRDTR+Q TR-輸輸 入入輸輸 出出功能功能LHHL H L H 清除清除禁止禁止禁止禁止單穩單穩單穩單穩 2.可重復觸發的集成單穩態觸發器可重復觸發的集成單穩態觸發器MC14528(重點會用重點會用)t

13、 vIVOH 0 vB VOH 0 t twt vA VOH 0 t vO VOH 0 tw與與 門門 單穩態觸發器單穩態觸發器 vA vB vO vI 1. 定時8.1.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用(了解了解) A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tW1 tW1 vO1 0 t tW2 tW2 vO 0 2. 延時8.1.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用(了解了解)單穩單穩進

14、入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R1C1 v vccB A1 A2 v vccS R1 R2 C1 C2 Cext Cext/Rext Cext Cext/Rext QQ2Q1Q74121 74121 ( () ) 74121 74121 ( () ) vov vccv vccB A1 A2 v vcc0 00 0H H QA1A2B 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單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R2C2 1 1 0 0單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈

15、寬為0.7R1C1 單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R2C2 T=0.7(R1C1+R2C2) 3. 多諧振蕩器8.1.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用(了解了解) (a) 邏輯圖邏輯圖 R C Cext Cext/Rext Q7412174121 vov vccB A1 A2 vIQC1 D R 噪聲噪聲 噪聲多表現為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號的寬度較寬。噪聲多表現為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號的寬度較寬。 注意：單穩觸發器的輸出脈寬應大于噪聲寬度注意：單穩觸發器的輸出脈寬應大于噪聲寬度 而小于信而小于信號脈寬，才可消除噪聲號脈寬，才可消除噪聲QvovI (b

16、) 波形圖波形圖 CP D(R) 4. 噪聲消除電路8.1.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用(了解了解)施密特觸發器的工作特點：施密特觸發器的工作特點： 施密特觸發器屬于電平觸發器件，適用于緩慢變化的信號，當施密特觸發器屬于電平觸發器件，適用于緩慢變化的信號，當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發生突變。輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發生突變。 電路有兩個閾值電壓。電路有兩個閾值電壓。 輸入信號增加和減少時，電路的閾值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。電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性。 1 vovI 1 vovIVT+ VT_ o

17、 vI vO VOH VOL (a)VT+ VT_ o vI vO1 VOH VOL (b)8.2 施密特觸發器施密特觸發器(重點掌握工作特點重點掌握工作特點) 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 v I121I1IO1212RRRRRRDDT2VV R1 R2 I為三角波為三角波 作如下假定：作如下假定： 1 vIvo疊加定理疊加定理 8.2.1用門電路組成的施密特觸發器用門電路組成的施密特觸發器 1.電路組成21thI12120RRVRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR0 00 0只要只要vI1Vth，則保持

18、，則保持vO=1 1T-th2(1)RVVR當當vI下降下降， vI1也也下降下降 0 01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差電壓回差電壓v I v I 1 v O 1 v O Vth1ITvV令：令：1 1當當 vI1 = Vth，電路產生如下正反饋，電路產生如下正反饋 ： 8.2.1用門電路組成的施密特觸發器用門電路組成的施密特觸發器3.工作原理 vI VT+ VT_ vO 0 0 t t 0 vI vO VT+ VT_ VDD (a) 工作波形工作波形(b) 傳輸特性曲線傳輸特性曲線 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 8.2.1用門電路組

19、成的施密特觸發器用門電路組成的施密特觸發器 3.工作波形及電壓傳輸特性 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 8.2.1用門電路組成的施密特觸發器用門電路組成的施密特觸發器 3.工作波形及電壓傳輸特性例例8.2.1 上圖所示電路中，電源電壓VDD10V，G1、G2選用CC4069反相器，其負載電流最大允許值IOH(max)=1.3mA,門的閾值電壓VTH5V，且R1:R20.5。求：VT+、VT-和VT和R2的取值范圍。施密特觸發器施密特觸發器 整形級整形級 輸出緩沖級輸出緩沖級 vov vDDvITP1 TN4 TP2 TP3 TP7 TP11 TN5 TN6 TN8

20、TN10 TP9 TN12 vO o vI vO1 VOH VOL (b) VT+ VT_ 1 vovI 8.2.2 8.2.2 集成施密特觸發器集成施密特觸發器vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0tvOvI1vOvI1vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0t 1. 波形變換 8.2.3 施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用( (了解了解) ) vI VT+ VT 0 t O VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t O VOH VOL 0 t (a) 2. 波形的整形與抗干擾 8.2.3 施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用( (了解了

21、解) ) vovIvot t t v vT2v vT1TVTVTIVvOvI1在波形的整行時，要在波形的整行時，要合理的選擇回差電壓合理的選擇回差電壓2. 波形的整形與抗干擾 8.2.3 施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用( (了解了解) ) VT- vI 0 VT+ 0 t VO VO H VO L O 1 o oI I o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 3. 幅度鑒別 8.2.3 施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用( (了解了解) ) 8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器（了解）（了解）8.3.1 由門電路組成的多諧振蕩器由門電路組成的多諧振蕩器8.3.2 用施密特觸發器構成

22、波形產生電路用施密特觸發器構成波形產生電路8.3.3 石英晶體石英晶體振蕩器振蕩器 開開關關電電路路 RC延時環節延時環節多諧振蕩器的組成？多諧振蕩器的組成？8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器1 10 01 10 00 0開關器件開關器件反饋延遲環節反饋延遲環節8.3.1 由由CMOS門門電路組成的多諧振蕩器電路組成的多諧振蕩器 1. 1. 電路組成電路組成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 組成的多諧振蕩器組成的多諧振蕩器O1 =1, O =0 時時,電容充電電容充電, I增加增加;O1 =

23、0, O =1 時時,電容放電電容放電, I下降下降;O1與與o2反相反相,電容接在電容接在O與與I之間之間:D1D2vITPTNvO1RD3D4TPTNvO2C1 1假定假定vO1 = 1， v I v O 1 v O2 (1) 第一暫穩態及電路自動第一暫穩態及電路自動翻轉過程翻轉過程 Vth=VON=VOFF=VDD/2 0 0VDD0 0VCvO1 VDD 0 tttvO2 VDD 0 VDD VthvI0 01 11 1(2) 第二暫穩態及電路自動第二暫穩態及電路自動翻轉過程翻轉過程 v I v O 1 v O2 t1t2t3T1T2DDVVV1 10 00 0 2. 2. 工作原理工

24、作原理vO1 VDD 0 tttvO2 VDD 0 VDD VthvIt1t2t3T1T2充電時間充電時間：T1放電時間放電時間：T2振蕩周期振蕩周期： T T1 T2DD1DDthlnVTRCVVDD2thlnVTRCV212DDththln()DDVTTTRCVVVTRC 1n41.4RC ( )( )(0 )( )eCttvvvCCCv (0 )( )ln( )( )CCCCvvtvtv3 3. . 振蕩周期的計算振蕩周期的計算加補償電阻的CMOS多諧振蕩器R RON(P)+RON(N)電源電壓波動時，會使振蕩頻率不穩定電源電壓波動時，會使振蕩頻率不穩定。RSC C分布分布（分布電容）（

25、分布電容），RsR (一般取一般取 Rs=10R )。 當當 2DDthVV 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 +12DDTTDDTT+DDTT+DDTTlnl)n(nlTTTVVVRCRCRCVVVVVVVVV8.3.2 用施密特觸發器構成波形產生電路用施密特觸發器構成波形產生電路 COR1 1I VDD O VT+ C VT t t t1 t2 O O 8.3.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器(了解了解)1. 石英晶體電路符號和選頻特性石英晶體電路符號和選頻特性電路符號電路符號 阻特性阻特性 fXf0電電感感性性電電容容性性電電容容性性當當 f = f0 時時,電抗電抗 X

26、= 0 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器R: 使反相器使反相器G1工作在線性區工作在線性區C1 : 耦合電容耦合電容C2 : 抑制高次諧波抑制高次諧波 G1 1 G2 1 C1 R C2 R vO 221sRC f1102sf C 1 2 1 & 石 英 晶 體 振 蕩 器 1J 1K 1 A vO Q Q & C1 AQ 1 1雙相時鐘發生器雙相時鐘發生器 2 21AQ2AQ電阻分壓器電阻分壓器電壓比較器電壓比較器基本基本RS觸發器觸發器復位輸入端復位輸入端(0)輸出緩沖反相器輸出緩沖反相器集電極開路輸出三極管集電極開路輸出三極管 T vovICvI1vI2vo C2 + - -

27、 + (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) R S & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD VCC (8) G C1 8.4.1 555定時器定時器8.4 555定時器及其應用定時器及其應用(重點，難點重點，難點)1.1.電路組成電路組成 T vovICvI1vI2vo C2 + - - + (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) R S & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD VCC (8) G C1 閾值輸入閾值輸入觸發輸入觸發輸入放電端放電端控制電壓控制電壓 8.4.1 555定時器定時器1.1

28、.電路組成電路組成1/3VCC2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC011/3VCC112/3VCC 2/3VCC 1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC ,R=0,基本觸發器被復位基本觸發器被復位:Q=0T將導通，電容通過三極管將導通，電容通過三極管T放電，使放電，使VC為低電平為低電平0，即，即vI1為低電平為低電平01 11 10 0 1 11 10 0 T vovI1vI2vo C2 + - - + (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) R & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD 1 VCC(8) G C1 QV IRCVCvo11 11 10 00 01 1穩態時: R=S=1 ;Q=0; T導通;vo00 0v v O V OH I o t V C 1