数字电子技术 单稳态触发器

1、8.1 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.3 多多谐振荡谐振荡器器8 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生4 4、掌握由、掌握由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特触定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。算。1 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。发器的电路组成及工作原理。2 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSIMSI器件的逻辑器件的逻辑功能及主要指标计算。功能及

2、主要指标计算。3 3、掌握、掌握555555定时器的工作原理。定时器的工作原理。教学基本要求教学基本要求8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发器用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.5 用用555定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器8.1.4 555定时器定时器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。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：单稳态触发器的工作特点： 在外来触发信号作用下，电路由在外来触发信号作用下，电路由稳态稳

3、态翻转到翻转到暂稳态暂稳态; ; 由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与持续时间仅取与RC参数值有关。参数值有关。8.1单稳态触发器单稳态触发器 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用用555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类

4、分类工作特点划分工作特点划分8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 1. 1. 电路电路CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1稳态为稳态为0 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO11 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 电路处于一种稳态：电路处于一种稳态： 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd

5、Cd vd 0 00 01 11 10 0 o =0 c =0a)没有触发信号时，没有触发信号时， I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDVV 工作原理：工作原理：b)b)外加触发信号外加触发信号 d d =VTH迅速使迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 电容充电电容充电 I21 10 0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程： vO vI vO1

6、 vI2 c)c)电容充电电容充电, ,电路由暂稳态自动返回到稳态电路由暂稳态自动返回到稳态 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 01 1 I2 I2 =VTH产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程： vI2 vO vO1 迅速使迅速使 o1 = 1 o =0电容放电电容放电 c =0vo2 vO1 vR vI 0 t vd 0 t vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw tw0.7RC （1） 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2) 恢复时间恢复时间tre tre 3 d (3) 最高工作频率最

7、高工作频率 fmax 3、 主要参数的计算主要参数的计算 vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC CvC(0+) = 0；vC( ) =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发没有被重复触发没有被重复触发

8、1. 不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容：外接电容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路 (a) 逻辑图 输出脉冲宽度：输出脉冲宽度： tw0.7RC 电路的不可重复触发

9、特性电路的不可重复触发特性 (1)工作原理工作原理 在暂稳态期间即使有触发信号输入在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于但由于G4门在此期间关门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态暂稳态: Q=1 Q=0 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触触发发信信号号控控制制电电路路 微微分分型型单单稳稳态态触触发发器器 输输出出缓缓冲冲电电路路 (a) 逻辑图 1000(2)

10、(2)集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74121 A1、A2是是下沿有效下沿有效的触发信号输入端，的触发信号输入端，B是是上沿有效上沿有效的触发信号输入端。的触发信号输入端。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121保持稳态保持稳态0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿触发下沿触发1 1 1 1 1上沿触发上沿触发工作特征工作特征vO vO输输 出出0 0 A1 A2 B输输 入入74121功能表功能表集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法: :（b b）使用内部电阻）使

11、用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV(b)（a a）使用外部电阻）使用外部电阻R Rextext且电路为下降沿触发的连接方式。且电路为下降沿触发的连接方式。一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构8.1.4 集成集成555定时器定时器电压比较器的功能：电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-

12、，vO=0由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三个）三个5k电阻组电阻组成的分压器。成的分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器 C1和和C2。C1v+vvOCC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)（3）基本）基本RS触发器，触发器，（4）放电三极管）放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)12658437Ov,vI2I1v

13、vICVCCvO555DR电路符号电路符号二工作原理CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)1/3VCC2/3VCC（1）4脚为复位输入端脚为复位输入端 RD ），），RD为低电平为低电平时，不管其他输入端时，不管其他输入端的状态如何，输出的状态如何，输出vo为低电平。正常工作为低电平。正常工作时，应将其接高电平。时，应将其接高电平。QV01（2）5脚为电压控制端，脚为电压控制端，当其悬空时，比较器当其悬空时，比较器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3VCC 和和1

14、/3VCC 。（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器控制比较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS触发器，决定输出触发器，决定输出状态。状态。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)1/3VCC2/3VCC阈值阈值输入输入触发触发输入输入复位复位输输出出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不不变变功能表功能表QV01(3)vV

15、1/3VCCSC C(8)&C&I2C(7)I5k放电端5k(1)C2/3VGR5kvv1CR2v(6)C C1I1T&(2)v(4)O8.1.5 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。态。用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 1、电路、电路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k

16、 vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI外加触发信号外加触发信号Vi1/3VCC )时电路工作在稳定状态时电路工作在稳定状态 当当v vI I=1=1时，接通电源时，接通电源, ,电路工作在稳定状态，即电路工作在稳定状态，即v vO O=0=0，v vC C=0=0。 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止

17、，截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数1= =RC，vC由由0V开始增大，在开始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。2Ov3CCOtVOtCvOItv（4）自动返回时间）自动返回时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO变变0，电路由，电路由暂稳态重新转入稳态。暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程恢复过程当暂稳态结束后，当暂稳态结束后，C通过饱和导通的通过饱和导通的T T放放电，时间常数电，时间常数 2 2= =R RCESCESC，由于，由于R RCESCES很小，所以放电很快。很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结

18、束。放电完毕，恢复过程结束。Q VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n31.1RC 2. 2. 工作波形及输出脉宽的计算工作波形及输出脉宽的计算 vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 不可重复触发单稳态电路不可重复触发单稳态电路 &uiuBuAuouituBtuotuAt单稳态的应用单稳态的应用:1. 定时定时 2. 整形整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态

19、电路输出的高、的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。IvvOtW A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 3. 延时延时4. 触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人，由于人体感电压相当于在触发输入端（管脚体感电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，