数字电子技术第九章

1、9.1 单稳态触发器9.2 施密特触发器9.3 多谐振(xizhn)荡器9.4 555定时器及其应用(yngyng)9 脉冲波形的变换与产生共六十九页4、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(zhbio)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(gngzu)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。教学基本要求共六十九页9.1单稳态触发器9.1.1 用门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器9.1.2 集成(j chn)单稳态触发器9.1.3 单

2、稳态触发器的应用共六十九页 电路在没有触发(chf)信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作(gngzu)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。9.1单稳态触发器共六十九页VIVOtW稳态暂稳态稳态TrgTWQ共六十九页 门电路组成(z chn)的单稳态触发器MSI集成(j chn)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共六十九页9.1.1 用CMOS门

3、电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器 1. 电路(dinl)CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器 CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器 暂稳态为1正脉冲触发暂稳态为0负脉冲触发 共六十九页电路(dinl)处于一种稳态：00110o =0c =0a)没有触发信号时，I=0设定CMOS反相器的阈值电压2. 工作(gngzu)原理：共六十九页b)外加触发(chf)信号电路进入暂稳态电容充电I210共六十九页c)电容(dinrng)充电,电路由暂稳态自动(zdng)返回到稳态01I2I2 =VTH迅速使 o1 = 1o =0电容放电c =0vo2vO1vR vO11 vO vI2 0 t t

4、 t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw共六十九页 当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个(y )RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 共六十九页 tw0.7RC （1） 输出脉冲(michng)宽度tw(2) 恢复(huf)时间tre tre (35)(3) 最高工作频率 fmax 3. 主要参数的计算vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2= RCln2共六十九页4. 讨论(toln)b)用TTL门电阻(dinz)R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G

5、2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。共六十九页9.1.2 集成(j chn)单稳态触发器vOvItwtwvOvItwtw不可重复(chngf)触发可重复触发被重复触发没有被重复触发共六十九页 1. 不可重复触发(chf)的集成单稳态触发(chf)器 74121触发(chf)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：外接电容输出缓冲电路共六十九页输出脉冲(michng)宽度： tw0.7RC 电路的不可重复触发(chf)特性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

6、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=01000共六十九页74121功能表 HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑(lu j)功能表不可触发，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共六十九页共六十九页9.1.3 单稳态触发器的应用(yngyng)1. 定时(dn sh) 该电路可用于频率计共六十九页 2. 延时共六十九页3. 组成噪声消除(xioch)电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声(zoshng)宽度而小于信号脉宽，才可消

7、除噪声(zoshng)。 如用I作为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.共六十九页4. 利用(lyng)两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。 共六十九页9.2 施密特触发器9.2.1 用门电路组成(z chn)的施密特触发器9.2.2 集成(j chn)施密特触发器9.2.3 施密特触发器的应用 共六十九页普通(ptng)反相器和施密特反相器的比较AY1普通(ptng)反相器uAUTHuY?TTL：1.4 VCMOS：施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：9.2 施密特触发器共六十九页1、施密特触发器电压传输(chun sh)特性及工作特点 是

8、具有(jyu)滞后特性的反相器。（1）电路有两个稳态，是双稳电路。（2）电路状态的翻转依赖于输入信号的维持。 输出状态取决于输入信号的幅度。（3）具有滞后电压传输特性。 对正向增长和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平。共六十九页 施密特触发器属于电平(din pn)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。 电路(dinl)有两个阈值电压。 输入信号增加和减少时，电路(dinl)的阈值电压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（VT-） 。回差电压（滞后电压）：VT VTVT共六十九页同相输出(shch)施密特触发器反相输出(shch)施密特触发器 oVT+ vO V

9、OH VOL VT- vI 2、施密特触发器的两种电路形式共六十九页1、电路(dinl)组成2、工作(gngzu)原理I19.2.1 用门电路组成的施密特触发器R1 R2I为三角波 假定： 共六十九页 108 6 4 2 0 2 4 6 8 10 VOHVDD B vI1001(1) I上升(shngshng)当vI1=0， = 0VvO正向阈值电压 (VT+): I 值在增加过程(guchng)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共六十九页vI1vovI共六十九页8.2.2 集

10、成(j chn)施密特触发器 共六十九页8.2.3 施密特触发器的应用(yngyng) VT+VT_vT+vT-1. 波形(b xn)变换 共六十九页2. 波形(b xn)的整形共六十九页vovI合理选择回差电压(diny)，可消除干扰信号。 3.消除(xioch)干扰信号共六十九页4. 幅度(fd)鉴别 oI共六十九页9.3 多谐振荡器9.3.1 门电路组成(z chn)的多谐振荡器9.3.2 用施密特触发器构成(guchng)多谐振荡器9.3.3 石英晶体多谐振荡器共六十九页 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的基本(jbn)组成：开关器件(qjin)：产生高、低电平反馈延迟环节（ RC电路

11、）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。9.3 多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。共六十九页9.3.1 门电路(dinl)组成的多谐振荡器 1. 电路(dinl)组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VCCMOS门组成的多谐振荡器.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o反相,电容接在o与I之间:共六十九页 2. 工作(gngzu)原理假

12、定 电路初态：=1vO1=0vOvC= 0V电容充电vCvIvI当=VTH 时，迅速使G1导通、 G2截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vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0共六十九页（2）第二(d r)暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容(dinrng)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O=0 O1=1 2. 工作原理vIvO1vO共六十九页 TRC1n41.4RC 由门电路组成(z chn)的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和 VTH，频率稳

13、定性较差。 3. 振荡周期的计算(j sun)vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 :共六十九页vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR9.3.2 用施密特触发器构成(guchng)多谐振荡器共六十九页9.3.3 石英(shyng)晶体振荡器1、石英(shyng)晶体电路符号和选频特性电路符号 阻抗特性 fXf0电感性电容性电容性当 f = f0 时,电抗 X = 0共六十九页2、石英(shyng)晶体振荡器R1和R2: 使对应(duyng)门工作在线性区C1 : 耦合

14、电容C2 : 抑制高次谐波共六十九页AQf1f23、双相脉冲(michng)产生电路共六十九页9.4 555定时器及其应用(yngyng)9.4.1 555定时器9.4.2 用555定时器组成(z chn)施密特触发器9.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 9.4.4 用555定时器组成多谐振荡器共六十九页9.4.1 555定时器 555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要(zhyo)外围电路稍作配置，即可构成单稳触发器、多谐振荡器或施密特触发器，因而可在定时、检测、控制、报警等方面。共六十九页电阻(dinz)分压器电压(diny

15、)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1、电路结构共六十九页低电平(din pn)触发端高电平(din pn)触发端电压控制端4.516V复位端低电平有效输出端放电端共六十九页2、工作(gngzu)原理RD=0时，Q=1， vo=0，T导通。010共六十九页2、工作(gngzu)原理RD=0时，Q=1， vo=0，T导通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3时Q=1,vo=0，T导通2VCC/3VCC/30100共六十九页2、工作(gngzu)原理RD=0时，Q=1， vo=0，T导通。RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/3时Q=1,vo=0，T导通RD=1

16、、vI12VCC/3、vI22VCC/3、vI2VCC/3时Q=1,vo=0，T导通RD=1、vI12VCC/3、vI2VCC/31RD=1、vI1VCC/3时Q、vo、T状态不变1共六十九页 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 入共六十九页9.4.2 用555定时器组成(z chn)施密特触发器vI如何(rh)改变电路的阈值电压和回差电压?共六十九页 施密特触发器的应用(yngyng)波形(b xn)变换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?共六十

17、九页CvovIR 波形(b xn)产生电路(多谐振荡器 )共六十九页vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR共六十九页9.4.3 用555定时器组成(z chn)单稳态触发器 1、电路(dinl)VCCvI共六十九页外加触发信号，电路转换(zhunhun)到暂态，输出为1触发信号消除(xioch)后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0没有触发信号时( i )电路处于稳态，输出为0 13VCCVCCvI共六十九页tw=RC1n31.1RC 工作波形(b xn)及输出脉宽的计算电路是可重复(chngf)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

18、?共六十九页 脉冲(michng)宽度调制器工作(gngzu)波形555组成的单稳态的应用:共六十九页 用555定时器组成(z chn)可重复触发单稳共六十九页9.4.4 用555定时器组成(z chn)多谐振荡器1、电路(dinl)组成R1R2C)(-CCV-1R-2R TC1C2+-+(4)RS5 k 5 k 5 k RDVCC(8)(1)(2)(5)(6)(7)共六十九页接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当vc上升到2VCC/3时，vo=0，T导通，C通过R2和T放电，vc下降。当vc下降到VCC/3时，vo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程(guchng)，在输出端vo产生了连续的矩形脉冲。2、工作(gngzu)原理共六十九页3、工作波形(b xn)与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 共六十九页4、用555定时器组成(z chn)占空比可的调多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC 共六十九页内容摘要9.1 单稳态触发器。9.1.