8 脉冲波形的产生与变换(修改)

8 3多谐振荡器 8 1单稳态触发器 8 2施密特触发器 8 4555定时器及其应用 8脉冲波形的产生与变换 8脉冲波形的产生与变换 教学基本要求1 正确理解单稳态触发器 施密特触发器 多谐振荡器的电路组成及工作原理 2 掌握单稳 施密特 多谐MSI器件的逻辑功能及主要指标计算 3 掌握555定时器的工作原理 4 掌握由555定时器组成的多谐 单稳 施密特电路工作原理及外接参数及电路指标的计算 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 8 1 2集成单稳态触发器 8 1 3单稳态触发器的应用 8 1单稳态触发器 电路有一个稳态 一个暂稳态 一 单稳态触发器的工作特点 8 1单稳态触发器 在外来触发信号作用下 电路由稳态翻转到暂稳态 电路中RC延时环节的作用 暂稳态不能长久保持 经过一段时间后 电路会自动返回到稳态 暂稳态的持续时间仅取决于RC电路的参数值 概述 二 单稳态触发器的组成 8 1单稳态触发器 由门电路和RC电路组成 三 单稳态触发器的分类 概述 根据RC电路的不同接法单稳态触发器分为微分型和积分型两大类 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 1 电路 CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器 2 工作原理 a 没有触发信号时 电路处于一种稳态 vO1 vO2 vc vI R vR vDD 0 0 0 1 1 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 2 工作原理 vO1 vO2 vc vI R vR vDD 1 1 1 1 0 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 b 外加触发信号后 电路进入暂稳态 c 电容放电 电路由暂稳态自动返回到稳态 0 1 0 0 1 3 主要参数的计算 1 输出脉冲宽度tw 2 恢复时间tre tre 3 d 3 最高工作频率fmax 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 R t VR VR 0 VR R 0 0 R VDD RCVR t Vth 4 讨论 如果输入端采用微分电路时 Rd应大于2k 使得稳态时 D大于G1的开门电平 VON 8 1 1门电路组成的微分型单稳态触发器 电阻R的取值可以是任意的吗 采用TTL与非门构成单稳电路时 电阻R要小于0 7k 在暂稳态结束 t t2 瞬间 门G2的输入电压 R达到VDD VT 可能损坏G2门 怎么办 输入的触发脉冲的宽度可以是任意的吗 如触发脉冲的宽度太宽会有什么问题 为改善输出波形在输出端再加一级反相器 8 1 2集成单稳态触发器 不可重复触发 可重复触发 被重复触发 1 不可重复触发的集成单稳态触发器74121 触发信号控制电路 微分型单稳触发器 输出缓冲电路 8 1 2集成单稳态触发器 1 工作原理 电路稳态 Q 0 0 1 0 0 0 在暂稳态期间即使有触发信号输入 在a点不产生触发脉冲 只有等电路返回稳态后 电路才会被再次触发 电路属于不可重复触发单稳态触发器 8 1 2集成单稳态触发器 1 不可重复触发的集成单稳态触发器74121 电路暂稳态 Q 1 输出脉冲宽度 tw 0 7RC 74121功能表 逻辑功能 8 1 2集成单稳态触发器 1 不可重复触发的集成单稳态触发器74121 2 功能表 74121功能表 两种触发方式 定时电容 定时电阻 用内部2k电阻 用外部电阻 8 1 2集成单稳态触发器 1 不可重复触发的集成单稳态触发器74121 3 电路连接 8 1 3单稳态触发器的应用 1 定时 tw tw 8 1 3单稳态触发器的应用 2 延时 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R1C1 8 1 3单稳态触发器的应用 B A1 A2 Vi R1 R2 C1 C2 Cext Cext Rext Cext Cext Rext 74121 74121 Vo vcc vcc B A1 A2 vcc 2 延时电路 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R2C2 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R1C1 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R2C2 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R1C1 8 1 3单稳态触发器的应用 3 组成多谐振荡器 0 0 0 1 1 0 1 0 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R2C2 1 0 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R1C1 单稳 进入暂稳态 脉宽为0 7R2C2 T 0 7 R1C1 R2C2 Q2 QI 8 1 3单稳态触发器的应用 4 组成噪声消除电路 D CP R 噪声多表现为尖脉冲 宽度较窄 而有用的信号的宽度较宽 注意 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽 才可消除噪声 8 2 1门电路组成的施密特触发器 8 2 2集成施密特触发器 CC40146 8 2施密特触发器 电路的组成及工作原理 振荡周期的计算 8 2 3施密特触发器的应用 8 2施密特触发器 施密特触发器的工作特点 施密特触发器属于电平触发器件 适用于缓慢变化的信号 当输入信号达到某一定电压值时 输出电压会发生突变 电路有两个阈值电压 输入信号增加和减少时 电路的阈值电压不同 电路具有如下图所示的传输特性 8 2 1门电路组成的施密特触发器 vI1 vo vI 8 2 1门电路组成的施密特触发器 vI1 0 0 只要vI1 Vth 则保持vO 0V 当vI1 Vth 电路发生正反馈 1 当vI1 0 vO 0V 当vI上升 vI1也上升 8 2 1门电路组成的施密特触发器 vI1 1 只要vI1 Vth 则保持vO VOH 当vI1 Vth 电路产生如下正反馈 当vI下降 vI1也下降 0 回差电压 8 2 1门电路组成的施密特触发器 vI1 8 2 2集成施密特触发器 CC40146 施密特触发器 整形级 输出缓冲级 8 2 3施密特触发器的应用 1 波形的整形及变换 合理选择回差电压 可消除干扰信号 为去掉干扰信号回差电压应如何选择 8 2 3施密特触发器的应用 2 幅度鉴别 VT 8 2 3施密特触发器的应用 2 多谐振荡器 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 8 3 2石英晶体振荡器 8 3多谐振荡器 电路的组成及工作原理 振荡周期的计算 多谐振荡器是一种自激振荡器 电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波 8 3多谐振荡器 8 3 0概述 8 3多谐振荡器 开关器件 产生高 低电平 多谐振荡器电路应由哪几部分组成 反馈延迟环节 利用RC电路的充放电特性实现延时 将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态 以获得所需要的振荡频率 8 3 0概述 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 1 电路组成 开关器件 反馈延迟环节 由CMOS门电路组成的多谐振荡器 逻辑门电路 R C电路 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 2 工作原理 假定vO1 1 vO2 0 Vth VON VOFF VDD 2 VC 进入第二暂稳态 1 第一暂稳态及电路自动翻转过程 VC 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 vO1 0 vO2 1 Vth VON VOFF VDD 2 2 第二暂稳态及电路自动翻转过程 二 T1 T2 2 工作原理 3 振荡周期T的计算 T1 T2 T RC1n4 1 4RC T T1 充 T2 放 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 4 加补偿电阻的CMOS多谐振荡器 R RON P RON N 电源电压波动时 会使振荡频率不稳定 RS C C分布 分布电容 8 3 1门电路组成的多谐振荡器 补偿电阻Rs可减小电源电压波动对振荡频率的影响 8 3 2石英晶体振荡器 由门电路组成的多谐振荡器 周期T取决于RC和Vth 频率稳定性较差 电路符号 阻抗频率特性 R 使反相器工作在线性放大区 C1 两个反相器间的耦合 C2 抑制高次谐波 以保证稳定的频率输出 石英晶体振荡器 优点 振荡频率稳定性高 常用作基准信号源 1 石英晶体振荡器电路 电路的振荡频率f fs 2 石英晶体振荡器应用 双相时钟发生器 8 3 2石英晶体振荡器 8 4 1555定时器 8 4 2定时器应用举例 8 4555定时器及其应用 电路的组成 用555定时器组成单稳态触发器 用555定时器组成多谐振荡器 用555定时器组成施密特触发器 工作原理 555定时器是一种将模拟电路与数字电路功能巧妙地结合在一起的中规模集成电路 该电路灵活 适用范围广 只要在外部配上几个适当的阻容元件 就可以很方便地构成施密特触发器 单稳态触发器和多谐振荡器 完成脉冲信号的产生 定时和整形等功能 因而在控制 定时 检测 仿声 报警等方面有着广泛的应用 555定时器是一种应用方便的中规模集成电路 只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳 多谐和施密特触发器 广泛用于信号的产生 变换 控制与检测 8 4 1555定时器 电阻分压器 电压比较器 基本RS锁存器 复位输入端 0 输出缓冲反相器 集电极开路输出三极管 1 电路组成 0 1 0 8 4 1555定时器 如果悬空 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 保持 保持 2 工作原理 555定时器功能表 不变 不变 1 导通 0 1 截止 1 1 导通 0 0 放电管T 输出 VO 脚 复位 RD 脚 触发输入 VI2 脚 阈值输入 VI1 脚 输出 输入 8 4 1555定时器 010 011 8 4 2定时器应用举例 一 用555定时器组成单稳态触发器 不可重复触发单稳 a 接通电源电路进入稳态 O 0 1 工作原理 8 4 2定时器应用举例 一 用555定时器组成单稳态触发器 b 当输入信号下降沿到达时 电路进入暂稳态 tW tw RC1n3 1 1RC c 电容放电 电路自动返回到稳态 1 工作原理 单稳态触发器的应用举例 触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发器 只要用手触摸一下金属片P 由于人体感应电压相当于在触发输入端 管脚2 加入一个负脉冲 555输出端输出高电平 灯泡 RL 发光 当暂稳态时间 tW 结束时 555输出端恢复低电平 灯泡熄灭 该触摸开关可用于夜间定时照明 定时时间可由RC参数调节 8 4 2定时器应用举例 一 用555定时器组成单稳态触发器 2 用555定时器组成可重复触发单稳电路 该电路可用作失落脉冲检测 或对电机转速或人体的心率进行监测 如果转速不稳或人体的心率不齐时 输出的低电平可用作报警信号 8 4 2定时器应用举例 二 用555定时器组成多谐振荡器 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 不变 不变 导通 0 截止 1 导通 0 T VO VI2