1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY第第8 8章章 脈沖波形的產生與變換脈沖波形的產生與變換YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 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 多諧振蕩器多諧振蕩器 8.4 555定時器及其應用定時器及其應用第第8 8章章 脈沖波形的產生與變換脈沖波形的產生與變換YANGTZE NORMAL UNIVERSITY1、正確理解多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密、正確理解多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密特觸發器的電路組成及工作原理。特觸發器的電路組成及工作原理。2、掌握多諧、單穩、施密特、掌握多諧、單穩、施密特MS

2、I器件的邏輯功器件的邏輯功能及主要指標計算。能及主要指標計算。3、掌握、掌握555定時器的工作原理。定時器的工作原理。4、掌握由、掌握由555定時器組成的多諧、單穩、施密特定時器組成的多諧、單穩、施密特電路工作原理及外接參數及電路指標的計算。電路工作原理及外接參數及電路指標的計算。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY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集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用8.1 單穩態觸發器單穩態觸發器YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 電路有一個穩態，一個暫穩態。電路有一個穩態，一個暫穩態。

3、一、單穩態觸發器的工作特點：一、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，電路由穩態翻轉到暫穩態; 電路中電路中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決于持續時間僅取決于RC電路的參數值。電路的參數值。概概 述述YANGTZE NORMAL UNIVERSITY二、單穩態觸發器的組成：二、單穩態觸發器的組成：由門電路和由門電路和 R C電路組成電路組成三、三、單穩態觸發器的分類單穩態觸發器的分類根據根據RC

4、電路的不同接法電路的不同接法單穩態觸發器分為單穩態觸發器分為微分型和積分型兩大類。微分型和積分型兩大類。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY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 1. 電路電路 vO1vO2vcRvI&vO1vO2vcvI1 1 RCMOS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 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYvO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttpivthtwt1t22. 工作原理工作原理a)沒有觸發信

5、號時，沒有觸發信號時，電路處于一種穩態電路處于一種穩態 vO1vO2vcvI1 1 RvRvDD00011門電路組成的門電路組成的微分型單穩態觸發器微分型單穩態觸發器YANGTZE NORMAL UNIVERSITYvO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthttttvthtpitwt1t22. 工作原理工作原理vo1v RvO2vIvRvO2vO1vO1vO2vcvI1 RvRvDD11110b)外加觸發信號后，電路進入外加觸發信號后，電路進入暫穩態暫穩態c)電容放電，電路由暫穩態自電容放電，電路由暫穩態自動返回到穩態動返回到穩態1 0YANGTZE NORMAL UNIVERSITY3

6、. 主要參數的計算主要參數的計算vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttpivthtwt1t2DDwDDtlnhVtRCVVtw0.7RC (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 maxminwre11fTtt R(t)=VR( )VR(0+)VR( ) te R(0+) = 0 R( ) =VDD =RCYANGTZE NORMAL UNIVERSITY vO1vO2vcvI1 1 RvRVCC4. 討論討論CdRdvDvI1vo2如果輸入端采用微分電路時，如果輸入端采用微分電路時，R

7、d應大于應大于2k ，使得穩態時，使得穩態時 D大于大于G1的開門電平的開門電平(VON) 。電阻電阻R的取值可以是任意的的取值可以是任意的嗎？嗎？采用采用TTL與非門構成單穩電路時，電阻與非門構成單穩電路時，電阻R要小于要小于0.7k 。在暫穩態結束在暫穩態結束(t= t2)瞬間，門瞬間，門G2的輸入電壓的輸入電壓 R達到達到VDD+VT，可，可能損壞能損壞G2門，怎么辦？門，怎么辦？輸入的觸發脈沖的寬度可以是輸入的觸發脈沖的寬度可以是任意的嗎？如觸發脈沖的寬度任意的嗎？如觸發脈沖的寬度太寬會有什么問題？太寬會有什么問題？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY集成單穩態觸發器集成

8、單穩態觸發器(a)vOvItwtw(b)vOvItwtw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YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 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 741211G8 G4G1G2G3G5G6G7G9&B&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a觸發信號控制觸發信號控制電路電路微分型單穩觸微分型單穩觸發器發器輸出緩沖電路輸出緩沖電路1234567101112131498BCextRintCext/RextQQA1A2GNDNCNCNC

9、VCCNCYANGTZE NORMAL UNIVERSITY (1)工作原理工作原理1G8 G4G1G2G3G5G6G7G9&B&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a電路穩態電路穩態 : Q=0,1 Q01000 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。 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 741

10、21電路暫穩態電路暫穩態 : Q=1,1 Q輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度： tw0.7RC YANGTZE NORMAL UNIVERSITY（2） 功能表功能表74121功能表功能表 兩種觸發方式兩種觸發方式 1234567101112131498BCextRintCext/RextQQA1A2GNDNCNCNCVCCNC定時電容定時電容定時電阻定時電阻用內部用內部2k電阻電阻用外部電阻用外部電阻HHQA1A2BQLXHLXLHLXXLLHHHXLHHHHHHLXXL1. 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（3）電路連接）電路連接YANGTZE NORMA

11、L UNIVERSITY2. 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MC14528G11G12G10G13G14G15G16G1G2G3G4G5G6G7G8G9&111111111111RextvcvDDCextvDDTR+TRRDQQTPTNv12v10vo4vo7三態門三態門控制電路控制電路輸出緩沖電路輸出緩沖電路(1)電路電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 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功能表功能表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Q1Q11Cextc1

12、Rext/Cext1RD1TR+1TR_VssVDD2CextQ2Q22Rext/Cext2RD2TR+2TR_DRQ單單 穩穩單單 穩穩H禁禁 止止HLL禁禁 止止HLH清清 零零HLLQTRTR功能功能 輸輸 出出 輸輸 入入HHL引腳圖引腳圖YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 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MC14528G11G12G10G13G14G15G16G1G2G3G4G5G6G7G8G9&111111111111RextvavDDCextvDDTR+TRRDQQTPTNv12v10vo4vo7001001vcc異步清零異步清

13、零YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 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MC14528G11G12G10G13G14G15G16G1G2G3G4G5G6G7G8G9&111111111111RextvcvDDCextvDDTR+TRRDQQTPTNv12v10vo4vo7101 00101010101還未還未充電充電如果如果為為0合上電源時，合上電源時， v04=1當當TR+=1, TR_=0,時，電路處于穩定狀態時，電路處于穩定狀態YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 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

14、MC14528G11G12G10G13G14G15G16G1G2G3G4G5G6G7G8G9&111111111111RextvcvDDCextvDDTR+TRRDQQTPTNv12v10vo4vo71010110101100電路發生第一次翻轉，進入暫穩態。電路發生第一次翻轉，進入暫穩態。01001電路發生第二次翻轉，進入穩態。電路發生第二次翻轉，進入穩態。當當TR+=1, TR_輸入正脈沖時，電路發生翻轉輸入正脈沖時，電路發生翻轉YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 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工作波形工作波形Qt1TR+T

15、R0000VCVth13Vth9t2t3t4t5t6t7twtwt +twtttt(0 )( )ln( )( )fftf tfDD9wDDt 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。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用1. 定時定時 與與 門門 單穩態觸發器單穩態觸發器 vA vB vO vI tw t vI VOH 0 vB VOH 0 t tPo t vA VOH 0 t vO VOH 0 t wYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 延時延時 vO1vO2vRvIvDDv

16、DDvDD+ vthtttttpivthtwt1t2YANGTZE NORMAL UNIVERSITY單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R1C1 vccBA1 A2vccSR1R2C1C2CextCext/RextCextCext/RextQQ2Q1Q74121()74121()vovccvccB A1 A2vcc3. 組成多諧振蕩器組成多諧振蕩器 00HHQA1A2BQLXHLXLHLXXLLHHHXLHHHHHHLXXL011 01 0單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R2C2 1 0單穩單穩進入暫穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R1C1 單穩單穩進入暫

17、穩態，脈寬為進入暫穩態，脈寬為0.7R2C2 T=0.7(R1C1+R2C2)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY4. 組成噪聲消除電路組成噪聲消除電路 噪聲噪聲 (a) 邏邏輯輯圖圖 RCCextCext/RextQ74121vovccB A1 A2vIQC1DR (b) 波形圖波形圖 QvovIDCP(R) (b) 波形圖波形圖 QvovI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 而小于信號脈寬，才可消除噪聲。而小于信號脈寬，才可

18、消除噪聲。 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY門電路組成的施密特觸發器門電路組成的施密特觸發器集成施密特觸發器集成施密特觸發器CC401468.2 施密特觸發器施密特觸發器 電路的組成及工作原理電路的組成及工作原理 振蕩周期的計算振蕩周期的計算施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用YANGTZE NORMAL UNIVERSITY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，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。當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發生突變。

19、 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，電路的閾值電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壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性 。 o vI vO VOH VOL (a) VT+VT_ o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovI 1 vovIYANGTZE NORMAL UNIVERSITY門電路組成的施密特觸發器門電路組成的施密特觸發器 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 v I1 1 vovI21I1IO1212RRRRRRDDT2VV R1 R2 I為三角波為三角波 作如下假定：作如下假定

20、： YANGTZE NORMAL UNIVERSITY21I12120thRRRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR00只要只要vI1Vth，則保持，則保持vO=VOH當當vI1=Vth，電路產生如下正反饋，電路產生如下正反饋 ： 1T-th2(1)RVVR當當vI下降，下降， vI1也下降也下降01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差電壓回差電壓 vI vI1 vO1 vO VDD=2VthYANGTZE NORMAL UNIVERSITYvI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a) 工

21、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 vI1YANGTZE NORMAL UNIVERSITY集成施密特觸發器集成施密特觸發器CC40146 vovDDvITP1TN4TP2TP3TP7TP11TN5TN6TN8TN10TP9TN12vO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 o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovIYANGTZE NORMAL UNIVERSITY施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0ttpovOvI11. 波形的整形及變換波形

22、的整形及變換 vovIvovT2vT1ttt合理選擇回差電壓，可消除干擾信號。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？為去掉干擾信號回差電壓應如何選擇？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2. 幅度鑒別幅度鑒別 vovI00ttVth(VT+)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY3. 多諧振蕩器多諧振蕩器 CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tYANGTZE NORMAL UNIVERSITY門電路組成的多諧振蕩器

23、門電路組成的多諧振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器 電路的組成及工作原理電路的組成及工作原理 振蕩周期的計算振蕩周期的計算概概 述述YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，電路在接通電源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信號就能產生一定頻率和幅值的矩后無需外接觸發信號就能產生一定頻率和幅值的矩形波脈沖波或方波。形波脈沖波或方波。 多諧振蕩器多諧振蕩器 VCC概概 述述YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 開開關關電電路路 延時環節延時環節開關器件：產生高、低開關器件：產生高、低電平；電平；

24、多諧振蕩器電路應由哪幾部分組成？多諧振蕩器電路應由哪幾部分組成？反饋延遲環節：利用反饋延遲環節：利用RC電路的充放電特性實現延電路的充放電特性實現延時，將輸出電壓恰當地反時，將輸出電壓恰當地反饋給開關器件使之改變輸饋給開關器件使之改變輸出狀態，以獲得所需要的出狀態，以獲得所需要的振蕩頻率。振蕩頻率。概概 述述YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 1. 電路組成電路組成 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 開關器件：開關器件：反饋延遲環節：反饋延遲環節：由由CMOS門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器邏輯門電路邏輯門電路R、C 電路電路YANGTZE NORMA

25、L UNIVERSITY 2. 工作原理工作原理假定假定vO1 = 1，vO2 = 0 Vth=VON=VOFF=VDD/2 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC進入進入 第二暫穩態第二暫穩態 vIvO1vO2 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1) 第一暫穩態及第一暫穩態及電路自動翻轉過程電路自動翻轉過程 01 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VCvO1 = 0，vO2

26、 = 1 Vth=VON=VOFF=VDD/2(2) 第二暫穩態及第二暫穩態及電路自動翻轉過程電路自動翻轉過程 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2vI vO1vO210 2. 工作原理工作原理YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 3. 振蕩周期振蕩周期T的計算的計算 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2thDDDD1lnVVVRCT thDD2lnVVRCT ththDD221)(lnVVVVRCTTTDDTRC1n41.4RC T = T1(充充) + T2(放放)( )( )(0 )( )e

27、ttvvvv (0 )( )ln( )( )vvtv tvYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4、加補償電阻的、加補償電阻的CMOS多諧振蕩器多諧振蕩器 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 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）（分布電容），RsR (一般取一般取 Rs=10R )。 當當2DDthVV YANGTZE NORMAL UNIVERSITY由門電路組成的多諧振蕩器，周期由門電路組成的多諧振蕩器，周期 T 取決于取決于R C 和和 Vth，頻率穩定性較差。，頻率穩定

28、性較差。 X 0 fs fp 電感性 電容性 f 電路符號電路符號 阻抗頻率特性阻抗頻率特性 1 1 G1 G2 C1 R R C2 R：使反相器工作在線性放大區：使反相器工作在線性放大區 C1：兩個反相器間的耦合：兩個反相器間的耦合 C2：抑制高次諧波，以保證穩定的頻率輸出。：抑制高次諧波，以保證穩定的頻率輸出。 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器優點：振蕩頻率穩定性高，常用作基準信號源優點：振蕩頻率穩定性高，常用作基準信號源1、石英晶體振蕩器電路、石英晶體振蕩器電路YANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、石英晶體振蕩器應用、石英晶體振蕩器應用 1 2 1 & 石 英 晶 體

29、 振 蕩 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ12YANGTZE NORMAL UNIVERSITY定時器定時器定時器應用舉例定時器應用舉例8.4 555定時器及其應用定時器及其應用 電路的組成電路的組成 用用555定時器組成單穩態觸發器定時器組成單穩態觸發器 用用555定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器 用用555定時器組成施密特觸發器定時器組成施密特觸發器 工作原理工作原理YANGTZE NORMAL UNIVERSITY555定時器是一種應用方便的中規模集成電路定時器是一種應用方便的中規模集成電路,只需外只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施

30、密特觸接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。發器。廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。 定時器定時器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 TvovICvI1vI2voC1C2+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G1、電路組成、電路組成YANGTZE NORMAL UNIVERSITY010定時器定時器 TvovICvI1vI2voC1C2+(1)(

31、2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G CC32VCC31V如果懸空如果懸空CC32V CC31V 01010CC32V CC31V 101101CC32V CC31V 11保保持持保保持持2、工作原理、工作原理YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 555定時器功能表定時器功能表不變不變不變不變1導通導通01截止截止11導通導通00放電管放電管T輸出輸出(VO)復位復位(RD)觸發輸入觸發輸入(VI2)閾值輸入閾值輸入(VI1)輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V

32、 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY定時器應用舉例定時器應用舉例 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 一、用一、用555定時器組成單穩態觸發定時器組成單穩態觸發器器不可重復觸發單穩不可重復觸發單穩不變不變不變不變導通導通0截止截止1導通導通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V vO vI o v o C t t2 t1 )(CCVa、接通電源電路進入穩態、接通電源電路進入穩態 O =0t t 2 3 VCC o Vc=0 23 VCC 13 VCC1

33、、工作原理、工作原理定時器應用舉例定時器應用舉例 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 一、用一、用555定時器組成單穩態觸發定時器組成單穩態觸發器器不可重復觸發單穩不可重復觸發單穩不變不變不變不變導通導通0截止截止1導通導通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V vO vI o v o C t t2 t1 )(CCVa、接通電源電路進入穩態、接通電源電路進入穩態 O =0t t 2 3 VCC o Vc=0 23 VCC 13 VCC1、工作原理、工作原理YANGTZE NORMAL UNIVERSITY t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555