数字逻辑设计 - 脉冲电路设计

脉冲电路2数字系统设计2一阶电路的分析

解微分方程法前提？

阶跃信号

三要素法（1）三要素R时间常数τ：

τ

=

RC,τ

=

L初始值x(0+)：

vc(0+)

=

vc(0−),iL(0+)

=iL(0−)趋向（稳态）值x(∞)：•电容不再充放电，ic=0.此时，电容可视为开路。

•电感电流不再变化，vL=0.此时，电感可视为短路。τ−tx(t)

=

x(∞)+[x(0+)−x(∞)]e复习3概念

参数

脉冲周期T脉冲幅度Vm脉冲宽度Tw上升时间tr下降时间tf占空比q

q=

Tw/T

获取矩形波形

多谐振荡器电路

整形电路变换已有的周期性波形数字系统设计描述矩形脉冲特性的主要参数复习v

I

=当v

i

<

VDD

/2vi

<

(1−)•VTH当v

i

>

VDD

/2数字系统设计4施密特触发器1

用门电路组成施密特触发器

一.CMOS非门构成1

.

电路组成条件：

R1

<

R2

2

.

符号(1)'vo

R1R1

+R2vI

+

R2R1

+R2与vi、vo均有关'电路输出低电平')•VTHvi

>

(1+R1R2电路输出高电平正向阈值电压

VT+

R1

R2

VT−负向阈值电压

复习3

.

原理

假设：CMOS为理想器件，即

Ri

=∞,VTH

=

VDD

/2,VOH

=

VDD,VOL

=0Vv

=viR1

+R2v'Iv

I

=vI

+vDD5'

vi

viVDDVDD

/2

O

O

A数字系统设计BCDE（2）当VT-

<

vI

<

VT+时？波形分析

•当vI<VT-时，VO=0（OA段、DE段）

•当vI>VT+时，VO=

VDD（BC段）

•当vI从0变大时，

'

R2

I

vI<VT+时，

v'I

<

VTH

,VO=0（AB段）

vi略大于VT+时，有一正反馈过程

VO

•当VI

从VDD变小时，

'

R2

R1

R1

+R2

R1

+R2vI>VT-时，

v'I

>

VTH,VO=VDD（CD段）vi略小于VT-时，有一正反馈过程v'IVO

VoVDD正反馈

复习正反馈

VT+

VT−数字系统设计6用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器输入微分

1.电路组成（CMOS门和RC微分电路）

•一般：R>>1k,分析时可怱略

ROH、ROL的影响

•对于CMOS门，可作以下近似：

VOL

=0V,VOH

=

VDD;

VTH

=

VDD

/2输入微分作用：使触发信号对暂稳持续时间不影响2.原理：（1）求稳态：

电路不再充放电，电路可视为开路。

vI2

=

VDDvO1

=

VDDvC

=

0vvO

=0v为下一阶段服务复习数字系统设计7•多谐振荡器

-对称式多谐振荡器

-非对称式多谐振荡器

-环形振荡器

-施密特触发器组成的多谐振荡器数字系统设计12

vI1

OvO1

O

vO2

O

vC

OVTH

t

t

t

t第二暂稳充电

第一

暂稳假设VO1=0分析起点

多谐振荡器非对称式多谐振荡器电路1.电路组成：

VC2.

原理

以CMOS器件为例分析

开机瞬间：v(0-)=0

•电路分析起点：

假设VO1=0

放电

vI1(∞)

=

VDDτ

=

(RON(P)

+Rf)C

≈

RfC数字系统设计133.计算振荡周期vI1

OvO1

OtvO2

OtVTH

ttw2tw1

（1）

计算tw1：充电VDD

2−VDDτ−t

vI1(0+)

=

−0.5VDD

vI1(t)

=VDD-1.5VDDe2VDD=

VTH∴tw1

=

τLn3=

RfCLn3

vI1(∞)

=0τ

=(RON(P)

+Rf)C

≈

RfCvI1(t)

=1.5VDDe=

VTHtw2t14vI1

OvO1

OtVDD32VTH

t

0Vτ−t

vI1(0+)

=1.5VDD

VDD

2

∴tw2

=

τLn3=

RfCLn3数字系统设计（2）

计算tw2：

放电vO2

tw1

O

周期T

=

tw1

+

tw2

=

2RfCLn315(vO)

O

3

环形振荡器

1.电路组成：

2.波形分析:以VO从0变为1开始vI1tvI2

Ot

vI3

O数字系统设计ttpdtpdtpd

3.周期：

T

=

6tpd4.推广：其中：n为奇数，且n≥3

T

=

2ntpd数字系统设计165.特点

：

•频率高，获取低频脉冲困难。

•频率不稳定，且频率不易调节。6.带RC延时的环形振荡器：

（1）原理性电路

目的：获取较低振荡频率

（2）实用电路对于TTL要求：R<ROFF,RS<ROFF振荡周期：

CMOS

T

=

2RCLn3≈

2.2RC

TTL（估算）

T

≈

2.2RC

与R、RS及TTL类型有

关VDD

−VT−

VT+数字系统设计174

用施密特触发器构成的多谐振荡器1.电路结构VT-VT+

tt

OvO

OVOHVOL2.原理vI3.振荡周期)

•VDD

−VT+

VT−T

=

RCln(4.改进型

目的，调节占空比。数字系统设计20555定时器

555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。555定时器电路结构与功能

应用：

用555定时器接成施密特触发器

用555定时器接成单稳态触发器

用555定时器接成多谐触发器输入输出RDVI1VI2VOTD状态0××0导通R=0，S=1R=1，S=11R=1，S=0R=0，S=02>VCC31>VCC30导通2<VCC31>VCC3不变不变2<VCC31<VCC31截止2>VCC31<VCC31截止数字系统设计21555定时器电路结构与功能二、功能表：（控制端VCO悬空）

一、结构图阈值端触发端放电端复位端RS输入输出RDVI1VI2VOTD0××0导通ⅠⅡⅢ1Ⅳ2>VCC31>VCC30导通2<VCC31>VCC3不变不变2<VCC31<VCC31截止2>VCC31<VCC31截止O字系统设计Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ数22用555定时器接成的施密特触发器vIt2/3VCC1/3VCC

OvOtⅡ

Ⅲ•原理•电压传输特性>

VCC>

VCC<

VCC<

VCC>

VCC>

VCC<

VCC<

VCC数字系统设计23用555定时器接成单稳态触发器输111不变

不变1

截止1

截止23232313

1

3

1

3RD

0

1′

VI1X

2

3入

VI2

X

1

3VO

0

0输出

TD

导通

导通若通电后Q

=

0

→TD导通

→VC

=

0

C1若通电后Q

=1→TD截止→

C充电至VC

=

VCC→VC1

=

0

→

Q

=

0

→TD导通

→

C放电→

C1数字系统设计2413→

Q

=

0保持→

Q

=

0保持

2

3

V

=1

VC2

=1

V

=1

VC2

=1稳态：VI

=1,VO

=

0,TD导通1

VC1

=1

VC2

=

0

VC2

=1→Q

=

0,TD导通

→C开始放电至0

VC1

=1数字系统设计25213

3

Q

=

0保持

VC2

=1

VC1

=

0则

→

Q

=1,TD截止

→

C开始充电触发时VI只要VI降至

VCC,则

3

vC(∞)

=

VCCτ

=

RC)

=

VCC261/3VCCvI

OvO

O

vC

O

t2/3VCC

tVI2

VI

1VCC•tw)τ−t•计算tw

vC(0+)

=0

VC(t)

=

VCC(1−e23VC(tw)

=

VCC(1−eτ−tW

tw

=

RCln3=1.1RC数字系统设计1

VC1

=1

VC2

=

0数字系统设计28→

Q

=1,TD截止→

C开始充电

稳态：VI

=1,VO

=

0,TD导通触发时VI只要VI降至

VCC,则

3RDVI1VI2VOTD0××0导通12>VCC31>VCC30导通2<VCC31>