实验波形产生电路和单稳态触发器

实验波形产生电路和单稳态触发器第一页，共十八页，编辑于2023年，星期二波形产生电路和波形变换电路在数字系统中，常常需要获得各种不同频率、不同幅度的矩形脉冲信号。例如时序逻辑电路中的同步脉冲控制信号CP。获得矩形脉冲信号的方法有两种:一种是利用多谐振荡器直接产生矩形脉冲信号。另一种是通过整形电路对已有信号的波形进行整形、变换，得到符合要求的矩形脉冲信号。能够直接产生矩形脉冲信号的电路有:多谐振荡器、石英晶体振荡器。能够对已有信号的波形进行整形、变换的电路有:单稳态触发器、施密特触发器。第二页，共十八页，编辑于2023年，星期二

多谐振荡器是一种在接通电源后就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，又称为无稳态电路。它可由分立元件、集成运放以及门电路组成。多谐振荡器的特点：电路无稳态，但有两个暂稳态，这两个暂稳态每隔一定时间就自动地，周期性地交替转换，从而形成周期性矩形脉冲，每一暂稳态的持续时间，由电路本身的参数决定。多谐振荡器第三页，共十八页，编辑于2023年，星期二1、环形多谐振荡器；2、对称式多谐振荡器；3、非对称式多谐振荡器；4、石英晶体多谐振荡器。多谐振荡器电路种类第四页，共十八页，编辑于2023年，星期二初始：设第一个门输入为低电平，则：Uo1=1→

Uo2=0→Uo3=1；下一周期：第一门输入为高电平，则：Uo1=0→

Uo2=1→Uo3=0如此往复形成振荡。优点:电路结构简单,所用元件少。缺点:频率太高,并且不可调整。其振荡周期为6tpd

参考：74LS00的tpd约为15n秒。①用门电路组成多谐振荡器:利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:门电路组成的环形多谐振荡器的结构&&&321uo3uo2uo1010101第五页，共十八页，编辑于2023年，星期二&&&321uo3uo2uo1110001第六页，共十八页，编辑于2023年，星期二带有RC延迟电路的环形多谐振荡器

第七页，共十八页，编辑于2023年，星期二非对称多谐振荡器(实验电路）

第一暂稳态： 电路最初uI1=0；uO1=1；uO=0。电源经G1、G2对电容充电。当uI=Vth时，uO1减小，uO增大，G1导通，G2截止，电路进入第二暂稳态。

010充电VDD为芯片工作电压；Vth为阈值电压；第八页，共十八页，编辑于2023年，星期二非对称多谐振荡器

101第二暂稳态： 此时电路uI1=1；uo1=0；uo=1。则uI1将上升至VDD+Vth，电容C通过G1、G2放电。使Uc减小，uO1增大，uO减小，从而使uI1进一步减小，uO1=1、uO=0，电路返回第一暂稳态。放电VDD为芯片工作电压；Vth为阈值电压；第九页，共十八页，编辑于2023年，星期二多谐振荡器的两个暂稳态的转换过程是通过电容C的充放电作用来实现的，电容的充、放电作用又集中体现在uI1的变化上。VDD为芯片工作电压；Vth为阈值电压；实验中：VDD为5V；CD4069的阈值电压为；第十页，共十八页，编辑于2023年，星期二多谐振荡器，其振荡频率取决于阈值电平Vth和时间常数RC。其中Vth容易受温度、电源电压变化的影响；振荡器电路的工作方式易受干扰，造成电路状态转换的提前或滞后；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干扰都会严重影响振荡周期。

多谐振荡器的缺点：第十一页，共十八页，编辑于2023年，星期二触发器有两个稳定的状态：0或1,也称双稳态。单稳态触发器是只有一个稳定态的电路，这个稳定态可能为1，也可能为0。单稳态触发器的特点：①电路有一个稳态、一个暂稳态；②在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；③暂稳态是一个不能长久保持的状态。暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。由逻辑门和RC电路组成的单稳态触发器有两种连接方式①微分型单稳态触发器；②积分型单稳态触发器；单稳态触发器第十二页，共十八页，编辑于2023年，星期二①微分型单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器的结构uouo1RrCr12uiRCu1u2第十三页，共十八页，编辑于2023年，星期二②积分型单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器的结构uo1uo2RC1&uiA初始：设ui为低电平，则：ui

=0→

Uo1=1、

Uo2=1（稳态），此时电容充电；当脉冲到达时：ui为高电平，则：Uo1=0

而

UA为高电平，则Uo2=0，电路进入暂稳态同时电容开始对电阻放电，当电容电压降到阈值电压时，Uo2转到高电平，电路退出暂稳态，电容放电持续到触发脉冲消失。01110放电0充电1001第十四页，共十八页，编辑于2023年，星期二芯片介绍

CD4069：六反相器第十五页，共十八页，编辑于2023年，星期二1、多谐振荡器的测试

构成如下电路并测试频率范围。若C不变，要想输出1KHZ的波形，计算R2的值并验证、分析误差。条件测量结果最大输出频率fMAX=R2=最小输出频率fMIN=R2=当输出波形频率为1KHZ时R2=理论计算R2=第十六页，共十八页，编辑于2023年，星期二2、单稳态触发器的测试

构成如下电路，输入脉冲由上面实验中的多谐振荡器输出构成。任选三个频率点（易于观察），记录A、B、