康华光数电第五版8

1、会计学1康华光数电第五版康华光数电第五版84、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。2、掌握多谐、单稳、施密特触发器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。教学基本要求8.1单稳态触发器8.1.1 用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 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作特点： 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态; 由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能

2、长保持,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与RC参数值有关。8.1单稳态触发器 门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同单稳态触发器的分类工作特点划分8.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器 1. 电路CMOS与非门与非门构成的微分型单稳态触发器 CMOS或非门或非门构成的微分型单稳态触发器 稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为0负脉冲触发负脉冲触发 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2

3、 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 电路处于一种稳态： 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 00110o =0 c =0a)没有触发信号时，I=0设定CMOS反相器的阈值电压2THDDVV 工作原理：b)外加触发信号dd =VTH产生如下正反馈过程： vO vI vO1 vI2 迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态 电容充电I210 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2

4、 vC 1 Rd Cd vd c)电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 01I2I2 =VTH产生如下正反馈过程： vI2 vO vO1 迅速使 o1 = 1 o =0电容放电c =0vo2vO1vR vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw tw0.7RC （1） 输出脉冲宽度tw(2) 恢复时间tre tre 35d (3) 最高工作频率 fmax 3、 主要参数的计算 vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 V

5、TH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC CvC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 4. 讨论b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G2的输入电压I2达到VDD+VTH，可能损坏G2门，怎么办？采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻R要小于0.7k。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO Cd Rd vO 1 G3 VD 8.1.2 集成单稳态触发器(a)vOv

6、Itwtw(b)vOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发 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电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路 (a) 逻辑图 输出脉冲宽度： tw0.7RC 电路的不可

7、重复触发特性 (1)工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态: Q=1 Q=0 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触触发发信信号号控控制制电电路路 微微分分型型单单稳稳态态触触发发器器 输输出出缓缓冲冲电电路路 (a) 逻辑图 100074121功能表 HHQA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑功能表不

8、可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，在B端输入上升沿时电路被触发B 和A1、A2、 中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发8.1.3 单稳态触发器的应用1. 定时 该电路可用于频率计 vO 与与门门 vA vB tW 单稳单稳态态 触发触发器器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 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 t

9、w1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延时4. 组成噪声消除电路 单稳触发器的输出脉宽应大于大于噪声宽度而小于小于信号脉宽，才可消除噪声。 如用I作为下降沿下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入,就会造成计数错误. vI Q vO 噪声噪声 C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 8.2 施密特触发器8.2.1 用门电路组成的施密特触发器8.2.2 集成施密特触发器8.2.3 施密特触发器的应用 8.2 施密特触发器1、施密特触发器电压传输特性及工作特点： 施密特触发器属于电平电平触发器件，当输入信号达到某一定电压

10、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，电路的阈值电压分别是正向阈值电压正向阈值电压（VT+）和负阈值电压负阈值电压（VT-） 。同相同相输出施密特触发器反相反相输出施密特触发器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- vI 1、电路组成2、工作原理 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I18.2.1 用门电路组成的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2I为三角波 假定： 2THDDVV 108 6 4 2 0 vI/V 2 4 6 8 10 V

11、OH VDD vO/V B 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR00 1(1) I上升当vI1=0， = 0VvO正向阈值电压 (VT+): I 值在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应I 的值。只要 I1 VTH，I1 (4)当I下降, 也下降则保持 =VOHo当 =VTH，电路产生如下正反馈 ： I1 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 1 vovI 传特性曲线传特性曲线 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t t vO VDD O VT VT vI 8.2.2 集成施密特触发器 vI

12、vO vO， VDD TP1 TP2 TP3 TN5 TN4 TN6 vS2 vS5 TP7 TN8 TP9 TN10 TN12 TP11 VDD 施施密密特特电电路路 整整形形电电路路 输输出出电电路路 1 vI vO 8.2.3 施密特触发器的应用 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t vT+vT- 1 vI vO 1. 波形变换 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 2. 波形的整形 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (a) 1 vovI o VT

13、+ vO VOH VOL VT- 合理选择回差电压，可消除干扰信号。 vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 3.消除干扰信号 VT- vI 0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 1 oI4. 幅度鉴别 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 8.3 多谐振荡器8.3.1 由门电路组成的多谐振荡器8.3.2 由门电路组成的多谐振荡器8.3.3 用施密特触发器构成波形产生电路 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的基本组成：开关器件：产生高、低电平产生高、低电平反馈延迟环节（ RC电路）：利用RC电路的充放电特性充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈反馈

14、到开关器件输入端输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。概述8.3 多谐振荡器8.3.1 由CMOS门电路组成的多谐振荡器 1. 电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成的多谐振荡器.o1 =1, o =0 时,电容充电, I增加;o1 =0, o =1 时,电容放电, I下降;o1与o2反相,电容接在o与I之间: 2. 工作原理DDTH0O 2NFFVVVV假定 电路初态：=1vO1=0vOvC= 0V电容充电vCvIvI当=VTH 时，迅速使G1导通、 G2截

15、止电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 电电 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电vCvIvI当=VTH 时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态O2=0 O1=12. 工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放电电 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vI VTH O VDD V V t

16、vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和 VTH，频率稳定性较差。 3. 振荡周期的计算THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳

17、稳态态 t vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV CvovIR18.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3 石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电路符号 阻特性 fXf0电感性电容性电容性当 f = f0 时,电抗 X = 02、石英晶体振荡器R: 使G1工作在线性区C1 : 耦合电容C2 : 抑制高次谐波 G1 1 G2 1 C1 R C2 R vO 1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CP

18、Q123、双相脉冲产生电路8.4 555定时器及其应用8.4.1 555定时器8.4.2 用555定时器组成施密特触发器8.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 8.4.4 用555定时器组成多谐振荡器555定时器是一种应用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 8.4 555定时器及其应用电阻分压器电压比较器基本SR锁存器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC (8)G1、电路 结构8.4.1 555定时器2、工作原理 VCC

19、 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO 不变不变1导通01截止11导通00放电管T输出VO复位RD触发输入VI2阈值输入VI1输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 3、555定时器功能表不变不变1导通01截止11导通00放电管T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 8.4.2 用555定时器组成施密特触发器 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI

20、2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G (3vvI如何改变电路的阈值电压和回差电压? vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 施密特触发器的应用 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01 F 7 3 5 1 波形变换 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_电路的频率可变?占空比可变?如何改变占空比?回差电压减小,占空比如何变化? 波形产生电路(多谐振荡器 ) Cv

21、ovIR1 VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV CvovIR18.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 1、电路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动转

22、换到稳态输出为0没有触发信号时( i )电路处于稳态，输出为0 13VCCVCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n31.1RC 4、）工作波形及输出脉宽的计算电路是可重复触发的单稳?如将5脚接电压V,电路的脉宽会改变吗?V增加,脉宽如何改变?减小? vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t vI O t 8 4 2 5 3 7 6 vI 1 vIC C vO R VCC

23、 脉冲宽度调制器工作波形 vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t 555组成的单稳态的应用: 用555定时器组成可重复触发单稳 8 4 7 6 2 1 3 5 R VCC R1 C T vI vO 0.01 F vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 8.4.4 用555定时器组成多谐振荡器1、电路组成 VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV-1R-2

24、R1、）电路第一暂态，输出为1。电容充电，电路转换到第二暂态,输出为02、工作原理2、）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV-1R-2R3、工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C VCC vC v0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1 R2 vC VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O tPL tP

25、H t t 4、用555定时器组成占空比可的调多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC RA RB R1 R2 R3 D2 C vC D1 8 4 7 6 2 1 5 3 555 VCC vO 0.01 F C)RR(.ttfB ApLpH4311%(%)q100A B BA AR RR RR R b)外加触发信号dd =VTH产生如下正反馈过程： vO vI vO1 vI2 迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态 电容充电I210 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 4. 讨论b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G2的输入电压I2达到VDD+VTH，可能损坏G2门，怎么办？采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻R要小于0.7k。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO Cd Rd vO 1 G3 VD 8.1.3 单稳态触发器的应用1. 定时 该电路可用于频率计 vO 与与门门 vA vB tW 单稳单稳态态