数电脉冲波形的变换与产生学习教案

1、会计学1数电脉冲波形的变换数电脉冲波形的变换(binhun)与产生与产生第一页，共91页。21、门坎、门坎(mnkn)电平（阈值电压电平（阈值电压)：VTHTTL与非门与非门 一般而言，开门电平一般而言，开门电平(VON)和关门电平和关门电平(VOFF)不相等。为不相等。为分析分析(fnx)方便，将其理想化处理，引入门坎电平（或阈值电方便，将其理想化处理，引入门坎电平（或阈值电平）的概念，记为平）的概念，记为VTH。TTL与非门或反相器的电压与非门或反相器的电压(diny)传输特性为：传输特性为：TTL与非门的与非门的VTH=1.4V；开门电平开门电平VON：使使与非门开通与非门开通的的输入输

2、入高电平的最小值高电平的最小值。关门电平关门电平VOFF：使使与非门关闭与非门关闭的的输入输入低电平的最大值低电平的最大值。输出高电平（逻辑输出高电平（逻辑1） 与非门关闭与非门关闭输出低电平（逻辑输出低电平（逻辑0） 与非门开通与非门开通第1页/共91页第二页，共91页。3VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOv vO Ov vI IVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器反相器CMOS反相器的反相器的VTH= VDD /2。 同样同样(tngyng)，CMOS反相器也有门坎电平反相器也有门坎电平或（阈值电压或（阈值电压)：VTH第2页/共91页第三页，共91页。42、 TTL

3、与非门的关门与非门的关门(gunmn)电阻和开门电阻电阻和开门电阻:&Rv vIv vO 输入端悬空输入端悬空(xunkng)，相当于接逻辑高电平；，相当于接逻辑高电平； 输入端经电阻接电源电压输入端经电阻接电源电压(diny)，相当于接逻辑高电平；，相当于接逻辑高电平； 输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大小有关。输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大小有关。Rv vI1.0VROFF1.4VRON输出高电平输出高电平 与非门关闭与非门关闭输出低电平输出低电平 与非门开通与非门开通第3页/共91页第四页，共91页。5ROFF=0.85k RON=2. 5k RRON与非门开通与非门

4、开通(kitng)，输出低电平。输出低电平。关门关门(gunmn)电阻电阻开门电阻开门电阻 而对于而对于CMOS门电路而言：门电路而言： (1)输入端不许悬空；输入端不许悬空； (2)输入端经电阻接电源时，与接逻辑高电平等效；输入端经电阻接电源时，与接逻辑高电平等效； (3)输入端经电阻接地时，与接逻辑低电平等效。输入端经电阻接地时，与接逻辑低电平等效。74LS系列：系列：RON=9k第4页/共91页第五页，共91页。63、TTL与非门的输出与非门的输出(shch)等效电路：等效电路：&输出输出(shch)为高电平（与非门关闭）时：为高电平（与非门关闭）时：3.6VRo100 v vOH输出输

5、出(shch)为低电平（与非门开通为低电平（与非门开通）时：）时：0.3Vv vOL输出输出电阻电阻第5页/共91页第六页，共91页。74、 电容电容(dinrng)的储能作用：的储能作用： (1)电容具有储能作用，当两端电压增大电容具有储能作用，当两端电压增大(zn d)时，储存电场能；当两端电压减小时，释放电场能。时，储存电场能；当两端电压减小时，释放电场能。 (2)微分电路：微分电路： (3)积分电路：积分电路：CRv vIv vdv vc+ 电容上的电压电容上的电压(diny)不能突变。不能突变。换路定律：换路定律：v vC(0+)=v vC(0-)CRv vIv vc+ 稳态时，电容

6、相当于开路。稳态时，电容相当于开路。第6页/共91页第七页，共91页。8 1) 电路有一个稳态、一个暂稳态电路有一个稳态、一个暂稳态; 2) 在外加触发在外加触发(chf)信号的作用下，电路由稳态翻转到暂信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；稳态； 3) 经过一段时间，电路将自动由暂稳态返回到稳态；经过一段时间，电路将自动由暂稳态返回到稳态； 4)暂态的持续时间只取决于电路参数，而与所加触发暂态的持续时间只取决于电路参数，而与所加触发(chf)信号的宽度无关。信号的宽度无关。与基本与基本(jbn)RS触发器区别！触发器区别！单稳态触发器的特点单稳态触发器的特点(tdin)：注意注意:后者为双稳

7、态电路后者为双稳态电路第7页/共91页第八页，共91页。97.2.1 用用CMOS门电路组成门电路组成(z chn)的单稳态触的单稳态触发器发器两个两个(lin )与非门与非门(或非门或非门)+RC微分电路构成微分电路构成1、电路、电路(dinl)组成：组成：注意与注意与P223 图图7-2-1的不同：输入端未加微分电路的不同：输入端未加微分电路v vI2v vI2与作业与作业7.2.1类似类似与基本与基本RS锁存锁存器有何不同？器有何不同？输入为窄脉冲，输出为宽脉冲输入为窄脉冲，输出为宽脉冲一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器&v vO1v vOG2G1v vIRC11v vO1v

8、vOG2G1v vIVDDRC第8页/共91页第九页，共91页。10v vIv vO1v vI2v vO(1) vI未加单正脉冲未加单正脉冲(michng) vI =0稳态时稳态时C C开路开路(kil)vI2=1 (kil)vI2=1 vO=0 vO=00V0101电容两端电压相等，电容两端电压相等， v vC=0V电路处于稳态电路处于稳态11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC+v vO1=VDD第9页/共91页第十页，共91页。11v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(2) vI加触发加触发(chf)单正脉冲单正脉冲

9、,电路进入暂稳态电路进入暂稳态;vO1=0，电容，电容(dinrng)电压不能突变电压不能突变vI2下跳变下跳变 vO=1v vCvO=1 vO=1 vO1=0vO1=0vO=1vO=1形成正反馈，即使形成正反馈，即使vIvI正脉冲消失正脉冲消失(xiosh)(xiosh)，输出仍能维持输出仍能维持自锁。自锁。010此状态能否此状态能否一直保持下一直保持下去？去？+第10页/共91页第十一页，共91页。12v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(3) VDD经经R向电容向电容C充电，充电，vI2逐渐逐渐(zhjin)升高；升高；0VTH(4)

10、当当vI2阈值电压阈值电压Vth时时，电路状态将发生，电路状态将发生(fshng)突变：突变：+第11页/共91页第十二页，共91页。13v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VDD+VTHVDD+vO由由1变变0vO1=1(注意：注意：此时此时(c sh)vI的正脉冲已撤的正脉冲已撤消消)电容电压电容电压(diny)不能突变不能突变vC=Vth vI2上升到上升到VDD+Vthv如果如果G2是是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用门，由于保护二极管的钳位作用(zuyng)v vI2只能上升到只能上升到VDD+VTHVth0001暂态过程结束

11、暂态过程结束+第12页/共91页第十三页，共91页。1411v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VTH+VDD+VDD+VTHv vIv vO1v vI2v vO(5) 恢复恢复(huf)过程过程:电路电路(dinl)返回稳态返回稳态: vI=0 vI2= VDD vO=0 vO1=1电容放电电容放电(fng din)，vC恢复到稳恢复到稳态值态值 ;等待下一次触发等待下一次触发特点特点: 输入窄脉冲，输入窄脉冲， 输出宽脉冲。输出宽脉冲。第13页/共91页第十四页，共91页。15)()()0()(lntvvvvRCtCCCCVDD+VTHv vI2v vOVTHVDD+11v

12、vO1v vOG2G1v vIVDDv vI20tWtW=0.7RC 只取决于电路参数，与输入只取决于电路参数，与输入脉冲宽度脉冲宽度(kund)(kund)无关。调节无关。调节R R或或C C，可改变，可改变tWtW宽度宽度(kund)(kund)。tW+3、主要参数计算、主要参数计算(j sun)： 根据根据RC电路瞬态分析的电路瞬态分析的三要素法：三要素法：RVTH=VDD/2THDDDDVVVRC0lnRCRC7 . 02ln第14页/共91页第十五页，共91页。16(2)恢复恢复(huf)时间时间tre0tre 一般一般(ybn)认为经过认为经过(35)RC时间，电容已经放时间，电容

13、已经放电完毕，即：电完毕，即：(3)最大工作频率：最大工作频率：reWMAXttTf 11 则，触发脉冲的间隔则，触发脉冲的间隔(jin g)(周期周期)最小不能小于最小不能小于tw+tre， 即：即：Tmintw+treVDD+VTHv vRv vOVTHVDD+tWtre=(35)RC第15页/共91页第十六页，共91页。174 4、讨论、讨论(toln)(toln)：11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RCCdv vIv vdRd (3)与非门组成的微分型单稳态触发与非门组成的微分型单稳态触发(chf)器是负窄脉冲触器是负窄脉冲触发发(chf)，输出负宽脉冲！，输出负宽

14、脉冲！ (4)用用TTL与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输入电流与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输入电流(dinli)，则应，则应R Roff，而，而Rd Ron。CMOS门组成的单稳态触门组成的单稳态触发器中发器中R、 Rd 不受此限制。不受此限制。 (1)为保证触发脉冲为窄脉为保证触发脉冲为窄脉冲，输入端加冲，输入端加RC微分电路微分电路 (2)为避免在瞬态结束瞬间为避免在瞬态结束瞬间v vI2上上跳变时损坏跳变时损坏CMOS门，在器件内部有二门，在器件内部有二极管保护电路。极管保护电路。第16页/共91页第十七页，共91页。18工作工作(gngzu)原理原理：1) 稳态：稳态：

15、vI=0，未加触发，未加触发(chf)正脉冲正脉冲G1、G2封锁封锁,v vO1=v vO=1；2) v vI加触发正脉冲加触发正脉冲,电路由稳电路由稳态变为暂态：态变为暂态： v vI G1开启开启,v vO1由由1 0v vc=1不能突变，不能突变，G2全全1出出0， 即即v vO由由1 0两个与非门两个与非门+RC积分电路积分电路011100v vIv vOG1G2v vcv vO11&RvO1经经R向向C充电至充电至vc=vO1=1第17页/共91页第十八页，共91页。19v vIv vOG1G2v vcv vO11&R1003) vc经经R和导通和导通G1放电放电(fng din)，

16、电路自动，电路自动返回稳态。返回稳态。v vc c v vthth时时G2封锁封锁v vO由由0 1即使即使 v vI正脉正脉冲仍存在冲仍存在4) 恢复恢复(huf)过程过程vIvI下跳变下跳变 G1 G1封锁封锁(fn(fn su su),vO1),vO1由由0 0 1 1，vO1vO1又经又经R R向向C C充电，经充电，经3RC3RC后后， vc=1 vc=1 稳态稳态vth11第18页/共91页第十九页，共91页。20v vIv vO1v vcv vO(1)稳态稳态(2) 触发触发(3)电容电容(dinrng)放放电电(4)输出翻转输出翻转(5)输入消失输入消失(6)电容电容(dinr

17、ng)充充电电(7)恢复稳态恢复稳态tItWv vIv vOG1G2v vcv vO1&1特点特点: 输入输入(shr)宽宽脉冲，脉冲， 输出窄脉冲。输出窄脉冲。1 23 4 5 6 7 第19页/共91页第二十页，共91页。21THDDOTHDDOWVVCRRVVCRRtln)(00ln)( 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW取决于取决于电容从电容从vOH=3.6v放电放电至至阈值电平阈值电平(din pn)1.4V的过渡时的过渡时间。间。v vO1v vcv vO2123 4 5 6 7 tWtpitWRO=100 TTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻v vIv vOG1G2v vcv vO1

18、1&RC第20页/共91页第二十一页，共91页。22(1)电路中无反馈电路中无反馈电路状态电路状态转换过程转换过程(guchng)较慢较慢输出波形上升沿较差，输出波形上升沿较差，(2)电路要正常工作必须电路要正常工作必须tpi tW 适用适用(shyng)于宽脉冲触发的电路于宽脉冲触发的电路。v vIv vOG1G2v vcv vO11&RC两点说明两点说明(shumng)：为此，后面再加一级整形电路。为此，后面再加一级整形电路。触发脉冲最小周期触发脉冲最小周期 Tmin5RC v vO1v vcv vO123 4 5 6 7 tWtpitW第21页/共91页第二十二页，共91页。23积分型单

19、稳态触发器：积分型单稳态触发器：宽脉冲触发，触发脉冲宽度要求宽脉冲触发，触发脉冲宽度要求(yoqi)tpitW，尖峰脉，尖峰脉冲干扰不会引起误动作冲干扰不会引起误动作抗干扰能力较强。抗干扰能力较强。但是由于没有正反馈，输出波形的边沿不理想。但是由于没有正反馈，输出波形的边沿不理想。微分型单稳态触发器：微分型单稳态触发器：窄脉冲触发，容易引起误动作；窄脉冲触发，容易引起误动作；电路中有正反馈，所以电路中有正反馈，所以(suy)输出的边沿比较好。输出的边沿比较好。两种单稳态触发器比较两种单稳态触发器比较(bjio)：第22页/共91页第二十三页，共91页。24分为可重复触发分为可重复触发(chf)

20、和不可重复触发和不可重复触发(chf)两类。两类。不可重复触发型不可重复触发型电路进入暂稳态电路进入暂稳态(被触发状态被触发状态)时，不受触发输入影时，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发。响，只有返回稳态后才可以被再次触发。可重复触发型可重复触发型电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续，每触发一次，电路暂稳态会继续(jx)保持保持tW。不可不可(bk)重复触发重复触发tWtWtWtW可重复触发可重复触发t（74121、74221、74LS221）（74122、74123、74LS122）7.2.2

21、 集成单稳态触发器集成单稳态触发器第23页/共91页第二十四页，共91页。25 1、 不可不可(bk)重复触发的集成单稳态触发器重复触发的集成单稳态触发器 74121触发触发(chf)信号控制信号控制电路电路微分微分(wi fn)型单稳触型单稳触发器发器定时元件的连接：定时元件的连接：Rext：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻Cext：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

22、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 输出缓冲电路输出缓冲电路(1)电路结构：电路结构：第24页/共91页第二十五页，共91页。26Rext/Cext, Rint外接电阻外接电阻(dinz)/外接电容外接电容,内接电阻内接电阻(dinz)引引脚脚QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCRext/CextCextRint74121741211234567141312111098A1、A2、B触发触发(chf)输输入入Q、Q 输出输出74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L不可不可触发触发下降沿下降沿触发触发上升沿

23、上升沿触发触发(2)引脚图和功能表引脚图和功能表第25页/共91页第二十六页，共91页。27(3)工作工作(gngzu)波形波形：A1A2=0B有上升有上升(shngshng)沿沿B=1, A1A2=1且且A2有下降有下降(xijing)沿沿B=1, A1A2=1且且A1有下降沿有下降沿第26页/共91页第二十七页，共91页。28外接电容接在外接电容接在10，11引脚引脚(Cext, Rext/Cext)之间，之间，如果如果(rgu)C有极性，正极接有极性，正极接10脚脚(Cext)若使用内部电阻若使用内部电阻(2k)，把，把9引脚引脚(Rint)接接VCC若使用外部电阻若使用外部电阻(1.4

24、40k)，电阻两端，电阻两端(lin dun)分别接分别接11,14脚脚(Rext,VCC)输出脉冲输出脉冲(michng)宽度宽度tw=0.7RC外接电阻外接电阻内部电阻内部电阻+第27页/共91页第二十八页，共91页。291、定时、定时利用单稳态触发器输出一定利用单稳态触发器输出一定(ydng)宽度的脉冲宽度的脉冲，控制其它电路，使之在，控制其它电路，使之在tW时间内动作或不动作。时间内动作或不动作。用单稳态触发器控制脉冲的定时用单稳态触发器控制脉冲的定时(dn sh)通过通过&单稳态单稳态触发器触发器v vIv vAv vBv vOv vAv vIv vBv vOtW第28页/共91页第

25、二十九页，共91页。30 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 vOvO的上升沿相对于的上升沿相对于vIvI的上升沿延迟了的上升沿延迟了tW1tW1的时间的时间(shjin)(shjin)，其宽度由，其宽度由R1R1、C1C1决定！决定！2、延时、延时将输入将输入(shr)信号延迟一定时间之后输出信号延迟一定时间之后输出。第29页/共91页第

26、三十页，共91页。31只要设置只要设置(shzh)tW，使之小于有，使之小于有用信号宽度，而大于噪声宽度。用信号宽度，而大于噪声宽度。对有用信号，在输入仍对有用信号，在输入仍保持阶段，保持阶段，CP有上升沿有上升沿，可以，可以(ky)输出信号；输出信号；对干扰，在对干扰，在CP上升沿到上升沿到来时，已经消失，所以来时，已经消失，所以被消掉。被消掉。VCCA1A2BCext Rext/CextQ1DRC1v vIv vO7412174121(1) v vI =0D=0，R=0，触发器清零触发器清零;(2) v vI =1 D=1，R=1， CP无上升沿，触发器输出不无上升沿，触发器输出不变变;(

27、3) v vI =1 D=1，R=1， CP上升沿上升沿，触发器输出，触发器输出1。v vIQv vOD触发器：触发器：D、R接接v vI；CP接接Q干扰脉冲干扰脉冲tW干扰脉冲干扰脉冲第30页/共91页第三十一页，共91页。32v具有两个稳态；具有两个稳态；v电路状态的转换与维持均依赖于外加触电路状态的转换与维持均依赖于外加触 发电平，输入电压在某一点上会导致输出发电平，输入电压在某一点上会导致输出(shch) 电压的突变；电压的突变；v输入信号电压上升和下降对应的阈值电输入信号电压上升和下降对应的阈值电 压不同。压不同。VT+VT-v vIv vOv vIv vOVT+VT-输入信号为上升

28、趋势的电压，对应输入信号为上升趋势的电压，对应(duyng)阈值电压阈值电压VT+输入信号为下降趋势的电压，对应输入信号为下降趋势的电压，对应(duyng)阈值电压阈值电压VT-电压传输特性电压传输特性(txng)具有滞回特性具有滞回特性(txng)：VT+VT-VT=称为回差称为回差电路特点：电路特点：第31页/共91页第三十二页，共91页。33v vIv vOVT+VT-1v vIv vO1v vIv vO逻辑逻辑(lu j)符号符号VT+VT-v vIv vO逻辑逻辑(lu j)符号符号电压传输电压传输(chun sh)特性特性电压传输特性电压传输特性同相输出同相输出反相输出反相输出施密

29、特触发器逻辑符号施密特触发器逻辑符号第32页/共91页第三十三页，共91页。347.3.1 门电路组成门电路组成(z chn)的施密特触发器的施密特触发器 1、电路、电路(dinl)组成：图组成：图7-3-2CMOS反相器组成的施密特触反相器组成的施密特触发器发器G1、G2：CMOS反相器；反相器；设阈值电压设阈值电压Vth=VDD/2v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2显然显然, G1门的输入门的输入vI1决定着电路的状态。决定着电路的状态。状态翻转的临界状态翻转的临界(ln ji)时刻为时刻为vI1 = Vth根据叠加原理有根据叠加原理有OIIvRRRvRRRv2112

30、121 第33页/共91页第三十四页，共91页。35(1)当当vI=0V时时 G1门截止门截止(jizh)， G2门导通门导通 vO=0V。设输入设输入(shr)为三角波为三角波由此求得正阈值电压由此求得正阈值电压VT+2、工作、工作(gngzu)原原理：理：tv vIVTHVT+IIvRRRv2121 VT+VTHv vI1=211RRVVTHTv vI从从0V逐渐逐渐,只要只要v vI1 VTH，即，即vI VT+时，时，v vO=0V不变。不变。tv vOv vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2vI从从0V逐渐逐渐,当当vI上升到使上升到使vI1=VTH时时第34页/共9

31、1页第三十五页，共91页。36tv vIVTHVT+tv vO(2) vI继续继续,当使当使vI1 Vth时，时， 电路电路(dinl)发生如下正反馈过程：发生如下正反馈过程：v vI1 v vo1 v vo 电路状态很快转换电路状态很快转换(zhunhun)为为vo VDD ，由此负阈值电压由此负阈值电压VT-v vO=VDD2112121RRVRvRRRvDDII VT-VTH211RRVVTHTVT-(3) vI，到达最大值后，到达最大值后，只要，只要(zhyo)vIVT-，vO保持保持VDD不变。不变。v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2第35页/共91页第三十六页

32、，共91页。37tv vIVTHVT+tv vOVT-(4) vI继续继续，当，当vIVT-时，电路时，电路发生发生(fshng)如下正反馈过程：如下正反馈过程：v vI1 v vo1 v vo 电路状态很快转换电路状态很快转换(zhunhun)为为vo= 0V 。(5) vI ，到达最小值后上，到达最小值后上升升(shngshng)，只要，只要vI vth电容电容(dinrng)反向充电反向充电vA下降下降在在vR vth时，时，vo不翻转不翻转(fn zhun)。v vo=0v vo1=1v vo2=0v vR vthv vC经经R放电放电(或或v vo1向向C反向充电反向充电)v vA0

33、tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth111RRSCAv vov vo1v vo2v vR第一暂态第一暂态第53页/共91页第五十四页，共91页。55(2)当当vRvth时，时，vo翻转翻转(fn zhun)vo1、vo2也随着一起翻转也随着一起翻转(fn zhun)。注意注意: 由于由于(yuy)电容电压电容电压不能突变不能突变,当当vo1 发生发生下跳变时下跳变时,vR下跳变同下跳变同样的值。样的值。V111RRSCAv vov vo1v vo2v vR0tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth第54页/共91页第五十五页，共91页。56只要只要(zhyo

34、)vRvth，vo就不翻转。就不翻转。(3)(3)由于由于vo1vo2vo1R，忽略，忽略(hl)与非门输出电阻，且与非门输出电阻，且VOL0 ，)2ln(21THTHOHTHOHTHOHVVVVVVVRCTTT则有则有第58页/共91页第五十九页，共91页。7.4.2 施密特触发器构成施密特触发器构成(guchng)的的多谐振荡器的的多谐振荡器v vItvOtVT+VT-T1T2TDDTDDIIIIVVVVRCTvvvvRCTln)()()0()(ln11TTTTIIIIVVRCVVRCTvvvvRCTln00ln)()()0()(ln221v vIv vORCTT= T1+T2=TTTDD

35、TDDVVVVVVRCln振荡周期振荡周期第59页/共91页第六十页，共91页。611、石英晶体的电路符号、石英晶体的电路符号(fho)和选频特性和选频特性电路符号电路符号 电抗电抗(dinkng)(dinkng)频频率特性率特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f = f0 时时,电抗电抗(dinkng) X = 07.4.3 石英晶体振荡器（石英晶体振荡器（了解了解）具有极高的等效品质因数具有极高的等效品质因数Q 选频特性极高选频特性极高 频率稳定度极高频率稳定度极高频率稳定度频率稳定度( f0/ f0)可达可达10-1010-11。第60页/共91页第六十一页，共91页

36、。627.5 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)预备预备(ybi)知识：电压比较器知识：电压比较器模拟电子中有详述模拟电子中有详述电压电压(diny)比较器是运算放大器的非线性应用（开环）比较器是运算放大器的非线性应用（开环）运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高增益、低漂运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多级放大器。移的直耦式多级放大器。C+v vI+v vI-v vO符号符号同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端当当v vI+ v vI-时，时，v vO= +VOmax输出为逻辑输出为逻辑1；当当v vI+V-输出输出1V-V+输出输出0门

37、控放电管：门控放电管：受受Q控制的放电开关控制的放电开关RD输出缓冲级：输出缓冲级：提高带负载能力，隔提高带负载能力，隔离负载的影响离负载的影响RS控制控制(kngzh)电压电压阈值阈值(y zh)输输入入触发触发(chf)输输入入放电端放电端复位端复位端电源电源接地接地输出端输出端1、电路结构、电路结构:芯片有八个管脚芯片有八个管脚阈值输入阈值输入触发输入触发输入控制电压控制电压放电端放电端输出端输出端复位端复位端电源电源接地接地第62页/共91页第六十三页，共91页。64(4)vI12/3VCC;vI21/3VCCR=0,S=0Q=1vO=1，TD截止截止(jizh);(2)vI11/3V

38、CCR=1,S=1Q保持保持(boch)vO保持保持(boch)，TD保持保持(boch);(3)vI12/3VCC;vI22/3VCC;v vI21/3VCC R=0,S=1Q=0 v vO=0，TD导通导通RD=0时，时，TD导通，导通，v vO=0RD1/3VCC2/3VCC设设RD=1、VCO悬空，悬空，由于三个电阻的分压由于三个电阻的分压关系，关系，RS第63页/共91页第六十四页，共91页。65输输 入入输输 出出RDv vI1v vI2v vOTD状态状态0低电平低电平导通导通1低电平低电平导通导通1不变不变不变不变1高电平高电平截止截止CCV32CCV31CCV32CCV31C

39、CV32CCV311高电平高电平截止截止CCV32CCV31555 定时器的功能表定时器的功能表则电路则电路(dinl)相应的所有阈值都发生变相应的所有阈值都发生变化。化。思考：思考：RD=1时，若加控制电压时，若加控制电压(diny)VCO，如何？，如何？阈值阈值(y zh)输入输入触发输入触发输入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=0第64页/共91页第六十五页，共91页。66则电路相应的所有则电路相应的所有(suyu)阈值都发生变阈值都发生变化。化。思考思考(sko)：RD=1时，若加控制电压时，若加控制电压VCO，如何？，如何？vI1=VCOvI2=1/2VCO如作业如作业(

40、zuy)7.5.4第65页/共91页第六十六页，共91页。67(1)用用555定时器构成定时器构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765电路组成：电路组成：触发信号从触发输入端触发信号从触发输入端vI2 (2) 输入，输入，将放电将放电(fng din)端端(7)与阈值输入端与阈值输入端(6)vI1相连，相连，同时对电源和对地分别接入同时对电源和对地分别接入R和和C。3、555定时器的应用定时器的应用(yngyng)VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO v

41、IRCQ第66页/共91页第六十七页，共91页。68v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765a.电路电路(dinl)的稳态的稳态:vc=0，vo=0， R=S=1vI=1(vI=1(未加触发未加触发(chf)(chf)负脉冲负脉冲) )：1 1）vO=0vO=0， TD TD导通，导通，vCvC迅速放电迅速放电(fng din)(fng din)至至0V0V， R=S=1 vO R=S=1 vO保持低保持低电平不变电平不变 2 2）vO=1vO=1，TDTD截止，截止，VCCVCC经经R R向向C C充充电，当电，当vC2/3 VCCvC2/3 VCC时，时，R=0R=0

42、，S=1 S=1 vO=0VTD vO=0VTD导通，导通， vC vC迅速放电迅速放电(fng din)(fng din)至至0V R=S=1 vO0V R=S=1 vO保持保持低电平不变低电平不变 。b. v vI加触发负脉冲，电路翻转为加触发负脉冲，电路翻转为暂态：暂态： v vI下跳变，当下跳变，当v vI 1/3 VCC时，时，S=0，R=1 Q=1, v vO跳变为高跳变为高电平电平，与此同时，与此同时， TD截止截止，电容被充电，电容被充电 。(1)555构成单稳态触发器构成单稳态触发器VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & &

43、 & 1 G vO vIRCQ第67页/共91页第六十八页，共91页。69v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765c. 当当C充电至充电至2/3VCC时，时， R=0。如。如输入端触发负脉冲已消失，即输入端触发负脉冲已消失，即S=1 Q=0，于是，于是(ysh)vO跳变为低跳变为低电平，同时电平，同时TD导通，电容迅速放导通，电容迅速放电至电至0V，电路恢复到稳态。，电路恢复到稳态。(1)用用555定时器构成定时器构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO v

44、IRCQ第68页/共91页第六十九页，共91页。70波形图：波形图：v vItv vCtVTHVCCv vOttW该触发器是不可重复该触发器是不可重复(chngf)触发型触发型因为触发器回因为触发器回0的唯一的唯一(wi y)条件是条件是vC上升至上升至2/3VCC时，时，R=0。(1)用用555定时器构成定时器构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器第69页/共91页第七十页，共91页。71在暂态过程中，在暂态过程中，即使即使(jsh)vI有新的有新的负脉冲，负脉冲，vo仍保持为仍保持为1，电路状态不变，电路状态不变，直至暂态结束。直至暂态结束。2/3VCCRv vCv vI(S)v v

45、OVCCtttt另外另外(ln wi)注意：此单稳态触注意：此单稳态触发器为窄脉冲触发！发器为窄脉冲触发！VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI第70页/共91页第七十一页，共91页。72VTHv vCv vOVCCtW3ln3/20ln)()()0()(lnRCVVVRCtvvvvRCtCCCCCCWCCCCW 暂态持续时间暂态持续时间tW：由过渡：由过渡(gud)过程三要素法求得过程三要素法求得tW对应对应(duyng)vC从从0V充电到充电到2/3VCC所需的时间所需的时间第71页/共91页第七十二页，共91

46、页。73加一个加一个(y )PNP型放电管型放电管T，其其e极接极接6、7脚，脚，c极接地，极接地，b极接极接vI，VCCv vIv vORCv vC0.01uF12348765T使使vC多了一个多了一个(y )放电途径，当放电途径，当vI为为0时，时，T导通，导通， vC放电。放电。起什么起什么作用？作用？第72页/共91页第七十三页，共91页。74触发触发(chf)过过程：程：(1)触发脉冲触发脉冲vI下跳变，进入暂稳下跳变，进入暂稳态，态，T导通，导通，C放电。放电。S=0，(2) 此时此时R=1 Q=1, vO跳变为跳变为高平高平(o pn)，电路进入暂，电路进入暂稳态；与此同时，稳态

47、；与此同时， TD截止，截止，可重复可重复(chngf)触发单触发单稳触发器稳触发器2/3VCCVCCtWtWv vI上跳变，上跳变，电容充电。电容充电。 (3)若在若在C未充电到未充电到2/3VCC时，输入时，输入端又有触发脉冲，则电容通过端又有触发脉冲，则电容通过T放放电，在负脉冲消失后再次充电电，在负脉冲消失后再次充电暂暂稳态一直持续到两个触发脉冲稳态一直持续到两个触发脉冲的间隔大于的间隔大于tW, C充电至充电至2/3VCC时时为止。为止。(2)当当C充电至充电至2/3VCC时，时，R=0，并，并S=1 Q=0，于是，于是v vO跳变为低电跳变为低电平，同时平，同时TD导通，电容迅速放

48、电至导通，电容迅速放电至0V，电路恢复到稳态。，电路恢复到稳态。Rv vCv vI(S)v vO第73页/共91页第七十四页，共91页。75v vOVCCR1Cv vC0.01uF12348765R2(2)构成构成(guchng)多谐振荡器多谐振荡器:a.电源电源(dinyun)合闸，合闸，VCC经经R1、 R2向向C充电，充电， vC增大，在增大，在vC2/3 VCC时，时， vO=1，放电管，放电管TD截止；截止；b. vC继续继续(jx)增大，当增大，当vC2/3 VCC时，时， vO=0，放电管，放电管TD导通；导通；c. v vC经经R2 和放电管和放电管TD放电，放电， v vC下

49、降，当下降，当v vC1/3 VCC时，时， v vO=1，放电管，放电管TD又截止；又截止；d. VCC又经又经R1、 R2向向C充电，充电， v vC增大增大周而复始，周而复始，v vO输出矩形波。输出矩形波。RS第74页/共91页第七十五页，共91页。76VT+VT-v vCv vOtPLtPH2ln3/13/2ln00ln222CRVVCRVVCRtCCCCTTPL 2ln)(3/23/1ln)(ln)(212121CRRVVVVCRRVVVVCRRtCCCCCCCCTCCTCCPH 占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=(R2+R1)/(2R2+R1)

50、* 100%VCC经经R1 、R2向向C充电充电(chng din)VC经经R2和放电和放电(fng din)管管TD放电放电(fng din)2ln)2(21CRRT可见可见(kjin)占空比只与电占空比只与电阻有关系阻有关系第75页/共91页第七十六页，共91页。77vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充电充电(chng din)路径路径：tPH=RACln2放电放电(fng din)路径路径：tPL=RBCln2占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=RA/(RA+RB) * 100% 利用利用(lyng)D单向导电特性单向导电特性，将

51、充、放电回路分开，再加，将充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器比可调的多谐振荡器第76页/共91页第七十七页，共91页。78a. vI1/3VCC时，时，C1输出输出(shch)高电平，高电平，C2输出输出(shch)低电平，低电平，vO=1c. 1/3VCC vI2/3VCC时时，C1输出低电输出低电平，平，C2输出高电平，输出高电平，v vO=0RS第77页/共91页第七十八页，共91页。79如果如果(rgu)vI从小变大，从小变大，vI1/3VCCvO=11/3VCC vI2/3VCCvO=0如果如果(rgu)vI从大变小，从大变小，vI2/3VCCvO=01/3VCCvI2/3VCCvO=0 vI1/3VCCvO=1设设vI输入输入(shr)为三角波为三角波v vIv vOVCC12348765VCOVCC1v vO1VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCC反相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器RS 若在若在5引脚上