数字电子技术第五版闫石课件6

6.1概述6.2施密特触发器6.3单稳态触发器6.4多谐振荡器6.5555定时器第六章脉冲波形的产生与整形（theproductionandform-modulationofpulsewaveform）本章小结翻页习题6.1概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脉冲波形参数矩形脉冲波常作为时钟信号。波形的好坏直接关系到电路能否正常工作。为了定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所示参数。翻页6.1概述脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。有时也使用频率f表示单位时间内脉冲重复的次数。脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度tW：从脉冲前沿到达0.5Vm起，到脉冲后沿到 达0.5Vm为止的一段时间。trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT翻页上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值，亦即q＝tW／T。6.1概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT返回6.2施密特触发器(SchmittTrigger)特点：能够把变化非常缓慢的输入脉冲波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲。而且由于具有回差电压，所以抗干扰能力较强。6.2.1用门电路组成的施密特触发器6.2.2施密特触发器的应用翻页6.2.1用门电路组成的施密特触发器翻页G1，G2为CMOS门正向阈值电压VT+6.2.1用门电路组成的施密特触发器翻页负向阈值电压VT-R1R2VT-VDD+-+-6.2.1用门电路组成的施密特触发器翻页回差电压同相输出反相输出6.2.1用门电路组成的施密特触发器翻页6.2.1用门电路组成的施密特触发器返回6.2.2施密特触发器的应用波形的变换脉冲的整形幅度鉴别脉冲展宽电路翻页一、用于波形变换把边沿变化缓慢的信号变换成边沿很陡的矩形脉冲。6.2.2施密特触发器的应用翻页二、用于脉冲整形6.2.2施密特触发器的应用翻页三、用于脉冲鉴幅6.2.2施密特触发器的应用翻页四、用于脉冲展宽VCCvIvOG1RCvC(a)原理图vIvOvCVT+(b)波形图脉冲展开电路6.2.2施密特触发器的应用返回6.3单稳态触发器特点：1、有稳态和暂稳态两个工作状态。2、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后自动返回稳态。3、暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数。用途：脉冲整形、延时、定时6.3.1用门电路组成的单稳态触发器6.3.2集成单稳态触发器6.3.3单稳态触发器的应用翻页6.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器RC微分电路G1、G2是CMOS门对于CMOS门电路：稳态时：翻页电路回到稳态C充电等效电路6.3.1用门电路组成的单稳态触发器翻页分辨时间td是指在保证电路正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔。6.3.1用门电路组成的单稳态触发器翻页二、积分型单稳态触发器RC积分电路G1、G2是TTL门R的阻值不能太大稳态时：6.3.1用门电路组成的单稳态触发器翻页暂稳态时：电容C开始放电放电回路6.3.1用门电路组成的单稳态触发器返回6.3.2集成单稳态触发器翻页6.3.2集成单稳态触发器返回6.3.3单稳态触发器应用脉冲整形脉冲定时脉冲延时翻页脉冲整形单稳态触发器输出脉冲的幅度和宽度是确定的，利用这一性质，可将宽度和幅度不规则的脉冲串，整形为宽度和幅度一定的脉冲串，如图所示。tvI0tvO0脉冲波形6.3.3单稳态触发器应用翻页脉冲定时由于单稳态触发器能产生一定宽度Tw的矩形输出脉冲，利用这个脉冲去控制某电路，使其在Tw时间内动作（或不动作），起到了定时作用。例如，利用脉冲宽度为Tw的正矩形脉冲作为门输入的信号VB，而与门的另一个输入端信号为VA。只有当矩形波VB为1的Tw时间内，信号VA才能通过与门，输出才有脉冲，如图所示。6.3.3单稳态触发器应用翻页单稳电路vAvBvOvI(a)逻辑图vOvIvBvA(b)波形图脉冲定时电路Tw6.3.3单稳态触发器应用翻页脉冲延时Tw时间，称这个时间为延时。逻辑图和波形图如图所示。单稳电路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt脉冲延时(a)逻辑图(b)波形图6.3.3单稳态触发器应用翻页消除噪声噪声一般表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用信号都具有一定宽度。利用单稳电路，将输出脉冲宽度调节到大于噪声宽度而小于信号宽度，即可消除噪声。6.3.3单稳态触发器应用产生方波返回6.4多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。6.4.1对称式多谐振荡器6.4.2非对称式多谐振荡器6.4.3环形多谐振荡器6.4.4用施密特触发器构成的多谐振荡器6.4.5石英晶体多谐振荡器翻页6.4.1对称式多谐振荡器C1开始充电，C2开始放电。充、放电回路C1开始放电，C2开始充电。返回6.4.2非对称式多谐振荡器C开始放电。C开始充电返回6.4.3环形多谐振荡器翻页6.4.3环形多谐振荡器返回6.4.4用施密特触发器构成的多谐振荡器返回6.4.5石英晶体多谐振荡器在许多应用场合都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。例如多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，要求频率十分稳定。上述多谐振荡器中，振荡频率主要取决于门电路的输入电压上升到转换电平（阈值电压）所需要的时间，所以频率的稳定性不可能很高。第一，转换电平本身就不够稳定，容易受电源和温度变化的影响；第二，电路的工作方式容易受干扰，造成电路状态转换的提前或滞后；第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。因此在对频率要求很高时，必须采取稳频措施。翻页6.4.5石英晶体多谐振荡器目前，普遍采用的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体组成石英晶体多谐振荡器。图为石英晶体的阻抗频率特性和符号。石英晶体不但频率特性稳定，而且品质因数很高，有极好的选频特性。ff0x0电感性电容性符号石英晶体的阻抗频率特性与符号翻页6.4.5石英晶体多谐振荡器vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3石英晶体环形振荡器CRSR石英晶体把石英晶体与RC多谐振荡器中的电容串联起来就构成了石英晶体多谐振荡器。返回6.5555定时器及其应用6.5.1555定时器的电路结构与功能6.5.2用555定时器接成的施密特触发器6.5.3用555定时器接成的单稳态触发器6.5.4用555定时器接成的多谐振荡器翻页＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43TD8UCCUCOU6(TH)5(TR)6217UoRDU2放电端控制电压输入端阈值端触发端置零输入端C1、C2是比较器6.5.1555定时器的电路结构与功能翻页12348765地U2UoRDUCC放电端U6UCO555①U6＞2／3Ucc、U2＞1／3Ucc，C1为0，C2为1，RS置0，TD导通，U0为低电平。②U6＜2／3Ucc、U2＜1／3Ucc，C1为1，C2为0，RS置1，TD截止，U0为高电平。6.5.1555定时器的电路结构与功能翻页③U6＜2／3Ucc、U2＞1／3Ucc，C1为1，C2为1，RS不变，TD和U0也保持不变。④U6＞2／3Ucc、U2＜1／3Ucc，C1为0，C2为0，TD截止，U0为高电平。6.5.1555定时器的电路结构与功能12348765地U2UoRDUCC放电端U6UCO555翻页RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0导通0导通1截止不变不变1截止555定时器功能表6.5.1555定时器的电路结构与功能12348765地U2UoRDUCC放电端U6UCO555返回6.5.2用555定时器接成的施密特触发器如果使vC1(R)和vC2(S)的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性。846210.013UCCUi5555＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43TD8UCCUCOU6(TH)5(TR)6217UoRDU2放电端翻页6.5.2用555定时器接成的施密特触发器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0导通0导通1截止不变不变1截止846210.013UCCvI5555翻页6.5.2用555定时器接成的施密特触发器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0导通0导通1截止不变不变1截止846210.013VCCvI5555翻页回差电压6.5.2用555定时器接成的施密特触发器846210.013VCCvI5555翻页6.5.2用555定时器接成的施密特触发器OuO/Vt[例]试对应输入波形画出下图中输出波形。184355557+12V0.01FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可画出输出波形为电路构成反相输出的施密特触发器返回6.5.3用555定时器接成的单稳态触发器 如果在U2加入一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在vC1(R)输入端自动产生一个低电平信号，就可以得到单稳态触发。48762315UCCUoUiRUCC0.01μ555翻页6.5.3用555定时器接成的单稳态触发器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0导通0导通1截止不变不变1截止48762315UCCUoUiRUCC0.01μ555翻页TW=1.1RC6.5.3用555定时器接成的单稳态触发器返回6.5.4用555定时器接成的多谐振荡器利用施密特触发器构成多谐振荡器。T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C返回本章小结施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入的周期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器或采用555定时器构成施密特触发器。翻页单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身R、C定时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变R、C定时元件的数值可调