第8章 脉冲波形的变换与产生

1、上海第二工业大学上海第二工业大学8脉冲波形脉冲波形的变换与产生的变换与产生8.1 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.3 多器多器谐振荡谐振荡8.4 555定时器及其应用定时器及其应用8 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生4 4、掌握由、掌握由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特触定时器组成的多谐、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发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。算。1 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触、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。发器的电路组成及工作原理。2 2、

2、掌握多谐、单稳、施密特触发器、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSIMSI器件的逻辑器件的逻辑功能及主要指标计算。功能及主要指标计算。3 3、掌握、掌握555555定时器的工作原理。定时器的工作原理。教学基本要求教学基本要求上海第二工业大学上海第二工业大学8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1单稳态触发器单稳态触发器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 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用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。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：单稳态触发

3、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; ; 由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与持续时间仅取与RC参数值有关。参数值有关。8.1单稳态触发器单稳态触发器 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用用555定时器组成的单稳态触发器定时器

4、组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器1. 1. 电路电路CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为稳态为0负脉冲触发负脉冲触发vI - - + + R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd Cd G1 vd vO1 vI - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD v

5、I2 vC 1 Rd Cd vd 电路处于一种稳态：电路处于一种稳态： o =0 c =0a)a)没有触发信号时没有触发信号时， I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDVV 工作原理：工作原理： - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00 01 11 10 0 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100b)b)外加触发信号外加触发信号 d d VTH迅速使迅速使 o1 = 0， o =1电路进入暂稳态电路进入暂稳态vI=0vI

6、=1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100 - - + + 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 1 11 10 00 01 11 1001 I2c)c)电容充电电容充电0 00 01 11 10 0 tw0.7RC （1） 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2) 恢复时间恢复时间tre tre 3 (3) 最高工作频率最高工作频率 fmax 3 3、 主要参数的计算主要参数的计算 =RCTHDDDDw0VVVlnRCt- - - = RCln2rew11ttTfmin

7、max+ + vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 01100twtre4. 4. 讨论讨论b)用用TTL门电阻门电阻R的取值可以是任意的吗？的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门瞬间，门G2的输入电压的输入电压 I2达到达到VDD+VTH，可能损坏，可能损坏G2门，怎么办？门，怎么办？ 采用采用TTL与非门构成与非门构成单稳电路时，电阻单稳电路时，电阻R要小于要小于0.7k , 以保证稳态时以保证稳态时G2门门输入是低电平输入是低电平。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO C

8、d Rd vO 1 G3 VD8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发没有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不可重复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容：外接电容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G

9、6 & Cext Rext 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 Rext/Cext 74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表8种输入状态不变种输入状态不变不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变 A1、A2中有一个或两个为中有一个或两个为低电平，在低电平，在B端输入上升沿时电端输入上升沿时电路被触发路被触发 B =1时，时，A1、A2 中有一个中有一个或两个从高电平变化到低电平

10、，或两个从高电平变化到低电平，电路被触发电路被触发 BA1A2G1& G2& G3& G4 & aQ稳态时稳态时Q=0=118.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1. 定时定时 该电路可用于频率计该电路可用于频率计 vO 与与门门 vA vB tW 单稳态单稳态 触发器触发器 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

11、vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延时延时4. 组成噪声消除电路组成噪声消除电路 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。消除噪声。 如用带毛刺的如用带毛刺的CP作为下降沿触发的计数器触发脉冲作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加干扰加入入,就会造成计数错误。就会造成计数错误。 CP Q CP 噪声噪声 C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B CP Q 1D C1 R Q CP 上海第二工业大学上海第二工业大学8.2施密特触发器施密特

12、触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 8.2 施密特触发器施密特触发器1、施密特触发器电压传输特性及工作特点：、施密特触发器电压传输特性及工作特点： 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。压值时，输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。 输入信号增加和减少时，电路的阈值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电

13、压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（）和负阈值电压（VT-） 。同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器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 回差电压：回差电压：VT= VT+-VT-1、电路组成、电路组成2、工作原理、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用门电路组成的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2 + + + + + R1 R2 I为三角波为三角波 假定：假定： 2T

14、HDDVV O211I2121I + + + + + RRRRRR(1) I上升上升当当vI1=0， = 0VvO 正向阈值电压正向阈值电压 (VT+): I 值在值在增加过程中，使输出电压产生跳增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应变时所对应 I 的值。的值。只要只要 I1 2/3*Ucc1/3*Ucc10导通导通1/3*Ucc1保持不变保持不变保持不变保持不变2/3*Ucc1/3*Ucc11截止截止8.4.2 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 VCC 5k UCO UTH C1 5k UTR C2 5k D T S R RD & & & 1 G

15、3 vO G1 G2 vI如何改变电路的阈值电压和回差电压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施密特触发器的应用波形变换波形变换 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ VCC VCC RD 555 UTH UTR vI vO 0.01 F D OUT UCO GND VC C1vO2R 波形产生电路波形产生电路( (多谐振荡器多谐振荡器 ) C Cv vo ov vI IR R1 1 VCC VC

16、C RD 555 UTH UTR vI vO 0.01 F D OUT UCO GND RC 波形产生电路波形产生电路( (多谐振荡器多谐振荡器 ) VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C 1、电路组成电路组成 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoVVCR v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t波形参见波形参见EDA文件文件555简单多谐振荡器简单多谐振荡器.ewbv vo ov vI

17、 IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV-+-+-+-电路的频率可变电路的频率可变?占空比可变占空比可变?如何改变占空比如何改变占空比?8.4.3 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器1、电路组成电路组成 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV1R2RUccRDTHTRGND UcoR1R2C1CUccuoOUT

18、波形参见波形参见EDA文件文件555多谐振荡器多谐振荡器.ewb1 1、）、）电路第一暂态，输出为电路第一暂态，输出为1 1。电容充电，电路转换到。电容充电，电路转换到第二暂态第二暂态, ,输出为输出为0 02 2、）、）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态电路第二暂稳态，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)(-CCV1R2R1 12、工作原理、工作原理0 0 1 1V0 0V3、工作波形与振荡频率计算工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tp

19、H = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C+ VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1 R2 vC VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O tPL tPH t t 4、用用555定时器组成定时器组成占空比可的调多谐振荡器占空比可的调多谐振荡器 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovo RA RB R1 R2 R3 D2 C vC D1 8 4 7 6 2 1 5 3 555 VCC vO 0.01 F C)

20、(-CCVR1R2R34、用用555定时器组成定时器组成占空比可的调多谐振荡器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 R8.4.4 用用555定时器定时器组成组成单稳态触发器单稳态触发器 1、电路、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稳态为稳态为0正正常常状状态态1负脉冲触发负脉冲触发外加触