数字电路脉冲波形的产生与变化.ppt

1,8.1单稳态触发器,8.2施密特触发器,8.3多谐振荡器,8.4555定时器及其应用,8脉冲波形的变换与产生,2,4、掌握由555定时器组成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路、工作原理及参数指标的计算。,1、正确理解单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的电路组成及工作原理。,2、掌握单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的逻辑功能及主要指标计算。,3、掌握555定时器的工作原理。,本章要求：,3,电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。,单稳态触发器的工作特点：,在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;,由于电路中RC延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取决于RC参数值。,8.1单稳态触发器,单稳态触发器被广泛用于脉冲的变换、延时和定时等场合。,4,门电路组成的单稳态触发器,MSI集成单稳态触发器,不可重复触发单稳态触发器,可重复触发单稳态触发器,用555定时器组成的单稳态触发器,按电路形式不同,单稳态触发器的分类,按工作特点分类,5,8.2.1门电路组成的微分型单稳态触发器,1.电路结构,CMOS或非门和非门构成的微分型单稳态触发器,6,电路处于一种稳态,0,0,1,1,设定CMOS反相器的阈值电压,2.工作原理,7,2)外加触发信号,电路进入暂稳态,0,t,0,t,t,t,0,VDD,t1,0,vI,vI2,vO1,vO,VDD,0,1,0,1,8,3)电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态,0,t,0,t,t,t,0,VDD,t1,0,vI,vI2,vO1,vO,Vth,t2,电容充电,VDD+Vth,9,tw0.7RC,（1）输出脉冲宽度tw,3、主要参数的计算,vC(0+)=0；vC()=VDD=RC；vC(t)=Vth=VDD/2,10,(2)恢复时间tre,tre35,(3)最高工作频率fmax,11,CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器,稳态为1,12,4.讨论,1)在暂稳态结束瞬间，门G2的输入电压R达到VDD+Vth，可能损坏G2门，怎么办？,2)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？,3)当输入脉冲宽度大于输出脉冲宽度时，则在vO变为低电平后，G1没有响应，不能形成正反馈，使得vO输出沿变缓，怎么办？,13,8.1.2集成单稳态触发器,不可重复触发,可重复触发,被重复触发,14,不可重复触发的集成单稳态触发器74121,触发信号控制电路,微分型单稳态触发器,输出缓冲电路,15,74121功能表,74121引脚图,16,74121引脚图,使用内部电阻的电路连接,使用外部电阻的电路连接,输出脉冲宽度：tw0.7RC,17,8.1.3单稳态触发器的应用,1.定时,该电路可用于频率计,18,2.延时,19,3.组成噪声消除电路,单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。,如用I作为计数器触发脉冲，干扰信号会造成计数错误。,vO,20,8.2施密特触发器,施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。,电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压（VT+）和负向阈值电压（VT-）。,同相输出施密特触发器,反相输出施密特触发器,施密特触发器的工作特点：,21,1、电路组成,2、工作原理,8.2.1用CMOS门电路组成的施密特触发器,22,(1)I上升,I1也上升,vI=0V，vI1=0V，vO=0V,正向阈值电压(VT+):I在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应的I的值。,(2)当I1=VTH:,vO=VOH,23,(3)I继续上升，I1VTH，电路维持vO=VOH不变,(4)I下降,I1也下降，只要I1VTH，则保持vO=VOH,(5)当I1=VTH:,vO=VOL,负向阈值电压(VT-):I在减小过程中，使输出电压产生跳变时所对应的I的值。,回差电压,24,25,8.2.2集成施密特触发器,26,8.2.3施密特触发器的应用,1.波形变换,27,2.波形的整形,28,o,I,3.幅度鉴别,29,多谐振荡器在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值的矩形波的自激振荡器。,开关器件：产生高、低电平,反馈延迟环节（RC电路）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后，反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态，以获得所脉冲波形输出。,8.3多谐振荡器,30,8.3.1由CMOS门电路组成的多谐振荡器,1.电路组成,vo=0,vo1=1时,电容充电,vI增加,vo=1,vo1=0时,电容放电,vI下降,vo1与vo反相，电容接在vo与vI之间,31,2.工作原理,假定,（1）第一暂稳态（vo=0,vc=0）,电路自动翻转到第二暂稳态,电容充电,当vI=vTH,迅速使vo1=0,vo=1,0,t,vI,0,t,vO,VDD,VTH,VDD+V+,t1,32,（2）第二暂稳态(vo=1,vc=VTH),电容放电,当vI=vTH,电路自动返回第一暂稳态,迅速使vo1=1,vo=0,t1,t2,-V-,vI,33,由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和VTH，频率稳定性较差。,3.振荡周期的计算,T1:,vI(0+)=0；vI()=VDD；=RC,VTH=VDD/2,vI(0+)VDD；vI()=0；=RC,VTH=VDD/2,T2:,34,用施密特触发器构成多谐振荡器,35,8.4555定时器及其应用,8.4.1555定时器,8.4.2用555定时器组成施密特触发器,8.4.3用555定时器组成单稳态触发器,8.4.4用555定时器组成多谐振荡器,36,8.4555定时器及其应用,电阻分压器,电压比较器,基本SR锁存器,输出缓冲反相器,放电三极管,1、电路结构,8.4.1555定时器,37,1、电路结构,1GND接地端,3vo输出端,5vIC控制电压端,6vI1阈值输入端,7vo放电端,8VCC电源端,38,2、工作原理,不变,不变,导通,0,截止,1,导通,0,0,放电管T,输出(vO),复位(RD),触发输入(vI2),阈值输入(vI1),输出,输入,39,8.4.2用555定时器组成施密特触发器,40,工作原理,41,8.4.3用555定时器组成单稳态触发器,42,1,0,放电,1,0,1,1,1,0,充电,0,电路处于稳态，输出为0;,43,触发信号消除后，,电路转换到暂态，输出为1,0,1,1,0,1,充电,0,0,1,0,电容充电电路自动转换到稳态输出为0,44,tw=RC1n31.1RC,工作波形及输出脉宽的计算,vC(0+)=0；vC()=VCC；=RC,vC(t)=2VCC/3,45,8.4.4用555定时器组成多谐振荡器,1）电路第一暂态，输出为1。,2）电路第二暂稳态,电容充电，电路转换到第二暂态,输出为0。,电容放电，电路转换到第一暂态,46,工作波形与振荡频率计算,tPL=R2C1n20.7R2C,tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2