数字电子技术基础PPT第六章 触发器.ppt

第 六 章 6-1 6-1 概述概述 6-2 6-2 施密特触发器施密特触发器 6-3 6-3 单稳态触发器单稳态触发器 6-4 6-4 多谐振荡器多谐振荡器 6-3 5556-3 555定时器及其应用定时器及其应用 6-1 6-1 概述概述 1. 理想脉冲信号 理想脉冲信号的上升沿和下降沿都非 常陡。 2. 实际的脉冲信号 几个概念： 脉冲周期：在周期性重复的脉冲系列 中，两个相邻脉冲的间隔时间。 脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度 。 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0.10.1VmVm所需要的时间。 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 。 占空比q：脉冲宽度tW与脉冲周期T的比 值。 3. 如何获取脉冲信号? 利用整形电路对不符合要求的脉冲 信号进行整形； 利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号 。 事实上，待讲的施密特触发器和单稳 态触发器是一种整形电路；而多谐振荡 器是脉冲发生电路。 6-2 6-2 施密特触发器施密特触发器( (Schmitt Trigger)Schmitt Trigger) 施密特触发器可由普通门电路构成， 回忆CMOS非门电路的传输特性。 当输入电压大于门 坎电压(阈值电压)VTH 时，输出立刻转换为 低电平。VTH=0.5VDD 。 由CMOS门电路组成的施密特触发器: 由非门和电阻组成，且R2引入了正反馈 ； 的大小将决定vo的值， 电路说明： vI 6-3 6-3 单稳态触发器单稳态触发器 一、微分型单稳态触发器 1.电路组成及原理 由CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器 分析：分析： (1)没有触发信号时，电路处于一种稳态； (2)外加触发信号，电路由稳态翻转到暂 稳态； (3)电容充电一段时间后，电路由暂稳态 自动返回至稳态。 微分型单稳态触 发器的示例波形 暂稳态维持 的时间，也即 电容电压由0 被充电到VTH 的时间。 2.主要参数的计算 (1)输出脉冲宽度tW 即暂稳态维持的时间，也即电容电 压由0被充电到VTH的时间，根据RC电路 瞬态响应分析有： 依据： 当vo1=0时， vI2=VC， vI2上升 至VTH的时间， 就是VC被充电到 VTH的时间。 单稳态触发器具有如下特点： (1)电路只有一个稳态，一个暂态； (2)在外来触发信号的作用下，电路由 稳态翻转到暂稳态； (3)暂稳态是暂时的，不能持久的，暂 稳态持续一段时间后会自动回到稳态； 暂稳态持续的时间取决于电路本身的参 数，与触发脉冲无关。 附讲双控小夜灯 二、积分型单稳态触发器 1.电路组成及原理 由TTL门电路组成的微分型单稳态触发器 积分型单稳态触 发器的示例波形 微分型 积分型 微分型单稳态触发器，当遇到输入的上升沿 ，则输出一个宽度为tW的脉冲，适用于窄脉冲触 发。 积分型单稳态触发器，当输入高电平时，则 输出一个宽度为tW的脉冲；但是，要求vI的宽度 必须大于tW才能正常工作，因此为宽脉冲触发。 对比： 6-4 6-4 多谐振荡器多谐振荡器 也称矩形波振荡器，由于矩形波中含 有丰富的高次谐波分量，所以习惯上把 矩形波振荡器叫做多谐振荡器。 构成多谐振荡器的种类较多，有对称 式多谐振荡器、非对称式多谐振荡器、环 形振荡器、由施密特触发器构成的多谐振 荡器、石英晶体多谐振荡器及压控振荡器 等。 以上多谐振荡器均具有如下特点： 能无中生有； 无稳态输出，但有两个暂稳态输出； 电路结构包含有反馈网络和延迟环节 ，通常二者是合二为一的。 一、用施密特触发器构成的多谐振荡器 施密特触发器有一个滞回区。 当输入电压增加时，必须增大至VT+ 时输出才会翻转； 当输入电压减小时，必须减小至VT- 时输出才会翻转，并且VT+大于VT-。 电路结构 波形图 振荡周期的计算： 调节RC大 小可以改 变振荡周 期，如何 实现占空 比调节？ 脉冲占空比可调的多谐振荡器 充电时间 常数为 R2C; 放电时间 常数为R1C 6-5 5556-5 555定时器及其应用定时器及其应用 555定时器概述： 为数字模拟混合集成电路，内部有3 个5K的电阻分压器，故称555定时器； 可构建出施密特触发器、单稳态触发 器和多谐振荡器。 在波形的产生与变换、测量与控制、 家用电器、电子玩具等方面有广泛应用 。 555定时器800例 新555定时器800例 555定时器产品： 国际上各大电子器件公司都有各自的 555定时器，型号繁多，但所有的TTL产 品型号的最后3位数码都是555，所有的 CMOS产品型号的最后4位数码都是7555， 并且它们的逻辑功能与外部引线排列都 相同。 TTL产品CMOS产品 单555型号的最后几位数码5557555 双555型号的最后几位数码5567556 优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗 电源电压工作范围516V318V 负载电流可达200mA可达4mA 6.5.1 5556.5.1 555定时器电路结构及应用定时器电路结构及应用 1.1.电路组成电路组成 (1)(1)电阻分压器；电阻分压器；由由3 3个个5 5K K的电阻组成，为的电阻组成，为 电压比较器电压比较器C1C1和和C2C2提供基准电压源。提供基准电压源。 (2)电压比较器，当VV时，VC输出高 电平，反之则输出低电平。 VCO为控制电压输入端。 当VCO悬空时，VR12/3VCC，VR21/3VCC。 当VCO 外接电压时，VR1VCO，VR21/2VCO TH称为高触发端(阈值端)， TR 称为低触发端(触发端)。 R R S S 高触发端 低触发端 (3)(3)基本基本RSRS触发器；触发器；由与非门构成，因此为由与非门构成，因此为 低点平有效低点平有效R R、S S， R R D D 为异步清为异步清0 0端。端。 (4)(4)T T D D ；T T D D 可使可使v vo 和v vo点电位保持一致点电位保持一致。 T TD D 也常作外接电容的放电通路，也称放电管也常作外接电容的放电通路，也称放电管 。 (6)(6)8 8个管脚个管脚；编号为编号为1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7 、8 8 (5)缓冲器G3和G4 用于提高电路的负载能力。G4采用大 功率管，负载电流可达200mA左右。 工作原理工作原理 不允许 2/3 VCC1/3 VCC01 1/3 VCC11 2/3 VCC1/3 VCC00 RDSDvI1VovI2 0 保持 1 6.5.2 6.5.2 用用555555定时器接成定时器接成施密特施密特触发器触发器 回忆：施密特触发器的特点？ 滞回特性：上升过程和下降过程有 不同的转换电平VT和VT。 如何与555定时器发生联系？ 内部比较器有两个不同的基准电压VR1 和VR2。 接成施密特触发器的方法：令vI1 = = vI2 = = vI 图6-29 555定时器构成的施密特触发器 （a）电路 （b）工作波形 思考题：本题中若VCC=6V,则VT+ =4V, VT- =2V,若不改变VCC，如何获取VT+ =5V, VT- =2.5V的施密特触发器? 构成Schmitt Trigger小结： 将6脚和2脚合二为一作为输入； VCO悬空时，VT+ =2/3VCC,VT- =1/3VCC； VCO加控制电压时，VT+ =VCO,VT- =1/2VCO。 6.5.3 6.5.3 用用555555定时器接成定时器接成单稳态单稳态触发器触发器 回忆：单稳态触发器的特点？ 正常为稳态 有触发，进入暂稳态 暂稳态维持一段时间后，自动返回稳态 以为vI2输入 ，外接RC， 即构成单稳 态触发器。 分析： (稳态时， vI2为高电平) 1)电源上电，电路有一个稳定过程，然后进入稳态vO=0 R R S S 上电初始，C上无电荷,VCC经R向C充电，当VC上升至 2/3VCC时，使 ,Q=0,TD导通，C通过TD放电，使 VC0， ,电路保持Q=0，vO=0，进入稳定状态。 R=0R=0 R=1R=1 S=1S=1 2)有触发，进入暂稳态vO=1 ； vI有负脉冲，使 ，Q=1，vO=1，进入暂稳态 S=0S=03)暂稳态维持一段时间，自动返回稳态； 暂稳态时，vO=1，T截止，则C充电，当充至2/3VCC时， 使 ； Q=0，vO=0,返回稳定状态。且C放电至VC=0。 R=0R=0 由上述分析可知，暂稳态维持的时间 就是VC由0上升到2/3VCC所需要的时间。 单稳态触发器的波形图 构成单稳态触发器小结： 外电路须用RC,为暂稳态提供时间， ； 当输入接至vI2时，暂稳态为高电平，稳态 为低电平； 当输入接至vI1时，暂稳态