6.3-6.4多谐振荡器和施密特触发器

课程课程 数字电子技 术 章节章节第 6 章教师教师陈燕熙审批审批 课题课题6 3 多谐振荡器和 6 4 施密特触发器课时课时2 授课日期授课日期授课班级授课班级 教学目的教学目的 与要求与要求 1 掌握其结构和特点 2 熟悉其应用 教学重点教学重点结构 特点 应用 教学难点教学难点应用 授课类型授课类型专业理论课 教学方法教学方法班级授课 教教 具具多媒体 解决重难解决重难 点的措施点的措施 1 在 555 定时器的基础上引入 2 分类对比 导入过程导入过程 设计设计 多谐振荡器是一种不需要外加输入信号而产生矩形脉冲的自己振荡 电路 又称无稳态电路 教学过程教学过程 一 教学内容 一 教学内容 6 36 3 多谐振荡器多谐振荡器 由 555 定时器构成的多谐振荡器如图 6 3 所示 其工作波形如图 6 3 b 图 6 3 由 555 定时器构成的多谐振荡器 接通电源后 电容 C 被充电 vC上升 当 vC上升到大于 2 3VCC时 触发器被复位 放电管 T 导通 此时 v0为低电平 电容 C 通过 R2和 T 放电 使 vC下降 当 vC下降到小于 1 3VCC时 触发器 被置位 v0翻转为高电平 电容器 C 放电结束 所需的时间为 当 C 放电结束时 T 截止 VCC将通过 R1 R2向电容器 C 充电 vC由 1 3VCC上升到 2 3VCC所需 的时间为 当 vC上升到 2 3VCC时 触发器又被复位发生翻转 如此周而复始 在输出端就得到一个周期 性的方波 其频率为 由于 555 内部的比较器灵敏度较高 而且采用差分电路形式 它的振荡频率受 电源电压和温度变化的影响较小 图 6 3 所示电路的tPL tPH 而且占空比固定不 变 如果将电路改成如图 6 3 所示的形式 电路利用 D1 D2单向导电特性将电容C充 放电回路分开 再加上电位器调节 便构 成了占空比可调的多谐振荡器 图中 VCC 通过RA D1向电容 C 充电 充电时间为 tPH 0 7RAC 电容C 通过 D2 RB及 555 中的管 T 放电 放电时间 为tPL 0 7RBC 因而振荡频率为 图 6 3 占空比可调的方波发生器 可见 这种振荡器输出波形的占空比为 6 46 4 施密特触发器施密特触发器 将 555 定时器的阀值输入端和触发输入端连在一起 便构成了施密特触发器 如图 6 4 a 所 示 当输入如图 6 4 b 所示的三角波信号时 则从施密特触发器的 v01端可得到方波输出 a 电路图 b 波形图 当控制电压升高时 电路的阈值电压也升高 输出的脉冲宽度随之增加 而当控制电压降低时 电 路的阈值电压也降低 单稳的输出脉宽则随之减小 因此 若控制电压为如图 6 4 b 所示的三角 波时 在单稳的输出端便得到一串随控制电压变化的脉冲宽度调制波 v C与 vO波形关系可看出 该电路可实现电压 频率转换 图 6 4 由 555 定时器构成的施密特触发器 如将图中 5 脚外接控制电压 v C 改变 v C的大小 可以调节回差电压的范围 如果在 555 定 时器的放电管 T 输出端 7 脚 外接一电阻 并与另一电源 VCC相连 则由 v02输出的信号可实现电 平转换 施密特触发器不同于前述的各类触发器 它具有以下特点 1 施密特触发器属于电平触发 对于缓慢变化的信号仍然适用 当输入信号达到某一定电压 值时 输出电压会发生突变 2 输入信号增加和减少时 电路有不同的阈值电压 它具有如图 10 9 1 所示的传输特性 6 4 16 4 1 CMOSCMOS 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器 由 CMOS 门组成的施密特触发器如图 6 4 2 所示 电路中两个 CMOS 反相器串联 分压电阻 R1 R2将输出端的电压反馈到输入端对电路产生影响 a 逻辑电路 b 逻辑符号 图 6 4 1 施密特电路的传输特性图 6 4 2 CMOS 反相器组成的施密特触发器 假定电路中 CMOS 反相器的阈值电压Vth VDD 2 R1 R2 且输入信号 vI为三角波 下面分析电路的 工作过程 由电路不难看出 G1门的输入电平 v 1决定着电路的状态 根据叠加原理有 当 v 0V 时 G1门截止 G2门导通 输出端 vO 0V 此时 v 1 0V 输入从 0V 电压逐渐增加 只要 v 1Vth时 电路状态维持 vO VDD不变 v 继续上升至最大值后开始下降 当 v 1 Vth时 电路 产生如下正反馈过程 这样电路又迅速转换为 vO 0V 的状态 此时的输入电平为 v 减小时的阈值电压 称为负向阈 值电压 用VT 表示 根据式 此时有 将VDD 2Vth代入可得 只要满足 v VT 施密特电路就稳定在 vO 0V 的状态 由式和式可求 得回差电压为 VT VT VT 上式表明 回差电压的大小可以改变R1 R2的比值来调节 电路工作波形及传输特性如图 10 9 3 所示 图 6 4 3 施密特触发器工作波形及传输特性 二二 课课堂堂练练习习 1 1 多多谐谐振振荡荡器器的的主主要要作作用用 2 2 施施密密特特触触发发器器主主要要应应用用 三 教学小结三 教学小结 1 施密特触发器是有滞后特性的逻辑门 有两个阈值电压 电路状态与输入电压有 关 不具备记忆功能 除施密特反相器外还有施密特与非门 或非门等 2 集成单稳态触发器分为非重复触发和可重复触发两类 在暂稳态期间 出现的触 发信号对非重复触发单稳