数字电子技术第八章

1、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 多多谐谐器器振荡振荡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8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳门电路组成的微分型单稳态触发器态触发器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

2、转到暂稳态。 由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长久保持延时环节的作用，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：按工作特

3、点划分按工作特点划分(a)vO vI twtw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不可重复触发不可重复触发(b) twtwvOvI8.1.1 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(难点难点) 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负脉冲触发负脉冲触发稳态为稳态为0正脉冲触发正脉冲触发 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 VDD 1 vO1 vO G2

4、 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 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)没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，电路处于一种稳态 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)没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，电路处

5、于一种稳态 t1t2tw1 11 10 00 01 11 10 00 01 11 1b)外加触发信号后，电路进入暂稳态外加触发信号后，电路进入暂稳态 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)没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，电路处于一种稳态 t1t2twb)外加触发信号后，电路进入暂稳态外加触发信号后，电路进入暂稳态 0 01 10 01 10 01 10 00 01 1vI2电位是多少电位是多少c)电路由暂稳态自动返回到稳态，

6、电容放电电路由暂稳态自动返回到稳态，电容放电实验验证实验验证3. 3. 主要参数的计算主要参数的计算DDwDDtlnhVtRCVVtw0.7RC (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 d (3) 最高工作频率最高工作频率 fmax minwre11Ttt-( )( )(0 )-( ) CCCtCvtvvve C(0+) = 0; C( ) =VDD =RCvth vO1 vO vI2 VDD VDD VDD+ Vthtttttpi t1t2tw(a)vO vI twtw不可重复触发不可重复触发74121可重复触发可重复触发 MC14528被重复触发被

7、重复触发不可重复触发不可重复触发(b) twtwvOvI8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器741211G8 G7 & & & & 1 QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1a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输出缓冲电路输出缓冲电路 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(重点会用重点会用)RintCextVDDRextCext / Rext CextRint实验验证实验验证1G8 G7 & & & & 1 QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1aRintCextVDDCext/Rext

8、 B Cext Rint QQA1 A2 GND NC NC NC VCC NC 1234567101112131498Cext / Rext CextRint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输出缓冲电路输出缓冲电路 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(重点会用重点会用)实验验证实验验证 (1) 工作原理电路稳态电路稳态 : Q=0, 1 Q0 01 10 0 在暂稳态期间即使有触发信号输入，在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

9、于不可重复触发单稳态触发器返回稳态后，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电路暂稳态电路暂稳态 : Q=1, 0Q G4门打开，可再次触发，脉冲宽度：门打开，可再次触发，脉冲宽度： tw0.7RC 1G8 G7 & & & & 1 Rint QQa A2A1B&G3G4G2G5G6111G9G1a0 00 0CextVDD1 11 1Vth0 00 00 01 10 01 11 1 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(重点会用重点会用)74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L不可触发，保

10、持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，B端上升沿时电路被触发端上升沿时电路被触发B 和和A1、A2 中有一个或两个为中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发降沿时电路被触发 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(重点会用重点会用)实验验证实验验证三态门三态门控制电路控制电路输出缓冲电路输出缓冲电路(1)电路电路G11 G12 G10 G13 G14 G15 G16 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 & & & & 1 1 1 1 1 1

11、1 1 1 1 1 1 vc TR+ TR- RD QQv12v10vo4vo7VDDVDDCextRextTPTN 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528(重点会用重点会用)LXX L H X H XX X H L QRDTR+Q TR-输输 入入输输 出出功能功能LHHL H L H 清除清除禁止禁止禁止禁止单稳单稳单稳单稳(2)功能表功能表 2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528(重点会用重点会用)实验验证实验验证t vIVOH 0 vB VOH 0 t twt vA VOH 0 t vO VOH 0 tw与与 门门

12、 单稳态触发器单稳态触发器 vA vB vO vI 1. 定时8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(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. 延时8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(理解理解)实验验证实验验证单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 v vccB A1 A2 v vcc

13、S 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单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2 1 1 0 0单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1 单稳单稳进入暂稳态，脉宽为进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2 T=0

14、.7(R1C1+R2C2) 3. 多谐振荡器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(理解理解)作业练习：作业练习：multisim实现实现 (a) 逻逻辑辑图图 R C Cext Cext/Rext Q7412174121 vov vccB A1 A2 vIQC1 D R 噪声噪声 噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。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注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度 而小于信而小于信号脉宽，才可消除噪声号脉宽，才可消除噪声QvovI (b) 波形图波形图 CP D(R) 4. 噪

15、声消除电路8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(理解理解)实验验证实验验证施密特触发器的工作特点：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。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。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，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性。电压不同，电路具有如下图所示的传输特性。 1 vovI 1 vovIVT+ VT_ o vI vO VOH VO

16、L (a)VT+ VT_ o vI vO1 VOH VOL (b)8.2 施密特触发器施密特触发器(重点掌握工作特点重点掌握工作特点) 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 v I121I1IO1212RRRRRRDDT2VV R1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定： 1 vIvo叠加定理叠加定理 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 1.电路组成21thI12120RRVRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR0 00 0只要只要vI1Vth，则保持，则保持vO=1 1T-t

17、h2(1)RVVR当当vI下降下降， vI1也也下降下降 0 01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差电压回差电压v I v I 1 v O 1 v O Vth1ITvV令：令：1 1当当 vI1 = Vth，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈 ： 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) 传输特性曲线传输特性曲线 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 8.2.1用门电路组成的施密特触发器用门电路组

18、成的施密特触发器 3.工作波形及电压传输特性实验验证实验验证施密特触发器施密特触发器 整形级整形级 输出缓冲级输出缓冲级 vov vDDvITP1 TN4 TP2 TP3 TP7 TP11 TN5 TN6 TN8 TN10 TP9 TN12 vO o vI vO1 VOH VOL (b) VT+ VT_ 1 vovI 8.2.2 8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0tvOvI1vOvI1vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0t 1. 波形变换 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用( (了解了解) ) vI VT+ VT 0 t O

19、VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t O VOH VOL 0 t (a) 2. 波形的整形与抗干扰 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用( (了解了解) ) 实验验证实验验证vovIvot t t v vT2v vT1TVTVTIVvOvI1在波形的整行时，要在波形的整行时，要合理的选择回差电压合理的选择回差电压2. 波形的整形与抗干扰 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用( (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-

20、- vI 3. 幅度鉴别 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用( (了解了解) ) 8.3 多谐振荡器多谐振荡器（了解）（了解）8.3.1 由门电路组成的多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器8.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3 石英晶体石英晶体振荡器振荡器 开开关关电电路路 RC延时环节延时环节多谐振荡器的组成？多谐振荡器的组成？8.3 多谐振荡器多谐振荡器1 10 01 10 00 0开关器件开关器件反馈延迟环节反馈延迟环节8.3.1 由由CMOS门门电路组成的多谐振荡器电路组成的多谐振荡器 1. 1. 电路组成电路组成 vID1 D2

21、 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器O1 =1, O =0 时时,电容充电电容充电, I增加增加;O1 =0, O =1 时时,电容放电电容放电, I下降下降;O1与与o2反相反相,电容接在电容接在O与与I之间之间:vO1 VDD 0 tttvO2 VDD 0 VDD VthvIt1t2t3T1T2充电时间充电时间：T1放电时间放电时间：T2振荡周期振荡周期： T T1 T2TRC 1n41.4RC 振荡周期的计算振荡周期的计算实验验证实验验证+12DDTTDDTT+DD

22、TT+DDTTlnl)n(nlTTTVVVRCRCRCVVVVVVVVV8.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路 COR1 1I VDD O VT+ C VT t t t1 t2 O O 实验验证实验验证8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器(了解了解)1. 石英晶体电路符号和选频特性石英晶体电路符号和选频特性电路符号电路符号 阻特性阻特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f = f0 时时,电抗电抗 X = 0电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本RS触发器触发器复位输入端复位输入端(0)输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出

23、三极管集电极开路输出三极管 T vovICvI1vI2vo C2 + - - + (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定时器定时器8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(重点，难点重点，难点)1.1.电路组成电路组成 T vovICvI1vI2vo C2 + - - + (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) R S & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD VCC (8) G C1 阈值输入阈值输入触发输入触发输入放电端放电端控制电压控制电压 8.4.

24、1 555定时器定时器1.1.电路组成电路组成1/3VCC2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC011/3VCC112/3VCC 2/3VCC 1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC ,R=0,基本触发器被复位基本触发器被复位:Q=0T将导通，电容通过三极管将导通，电容通过三极管T放电，使放电，使VC为低电平为低电平0，即，即vI1为低电平为低电平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稳态时: R=S=1 ;Q=0; T导通;vo00 0v v O V OH I o t V C 1 3 V CC 2 3 V CC t t 2 t 1 0 tW0 00 01 11 1vo1为为0，T截止，电容截止，电容C通过通过R充电充电当当VC 2/3VCC ,R=0,基本触发器被复位基本触发器被复位:Q=00 00 0电容电容C通过三极管通过三极管T放电，使放电，使V