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第7章脈沖信號(hào)(xìnhào)的產(chǎn)生與整形施密特觸發(fā)器多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器退出(tuìchū)概述(ɡàishù)定時(shí)器及其應(yīng)用返回主目錄第一頁(yè),共四十三頁(yè)。
第三節(jié)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種靠輸入觸發(fā)信號(hào)維持的雙穩(wěn)態(tài)電路,其特點(diǎn)是:電路具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)電平升高至上限觸發(fā)電平Vth時(shí),電路翻轉(zhuǎn)(fānzhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài);當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào)降低至下限觸發(fā)電平Vtl時(shí),電路由第二態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)。一、門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器
1.電路組成
第二頁(yè),共四十三頁(yè)。(3)返回第一穩(wěn)態(tài)
vI從高電平開(kāi)始下降,當(dāng)?shù)陀赩TL時(shí),G1關(guān)閉,輸出(shūchū)為高電平,G2開(kāi)通,輸出(shūchū)低電平,電路由第二穩(wěn)態(tài)返回第一穩(wěn)態(tài)。(1)第一穩(wěn)態(tài)
vI=0時(shí),G1關(guān)閉(guānbì),輸出高電平;G2開(kāi)通,電路處于第一穩(wěn)態(tài)(2)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)
vI上升至VTH時(shí),G1開(kāi)通,輸出為低電平;G2關(guān)閉,輸出高電平,電路由第一穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)。vI繼續(xù)上升,電路仍然保持該穩(wěn)態(tài)。第三頁(yè),共四十三頁(yè)。2.基本工作原理回差電平(diànpínɡ):
上限觸發(fā)電平:
下限觸發(fā)電平:△VT=VTH-VTL第一(dìyī)穩(wěn)態(tài)
第二(dìèr)穩(wěn)態(tài)
vI上升至VTH
vO1=1,vO2=0vI下降至VTL
vO1=0,vO2=1輸出低電平為第一狀態(tài);輸出高電平為第二狀態(tài)。第四頁(yè),共四十三頁(yè)。用工程應(yīng)施密特觸發(fā)器應(yīng)用(yìngyòng)廣泛,常用于對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行波形變換、整形處理、幅度鑒別等。波形變換施密特觸發(fā)器可將緩慢變化的信號(hào)變換為矩形波。波形整形當(dāng)脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到干擾使波形變壞時(shí),可應(yīng)用施密特觸發(fā)器來(lái)整形。幅度鑒別施密特觸發(fā)器常用于對(duì)脈沖信號(hào)的幅度鑒別。
施密特觸發(fā)器的波形(bōxínɡ)變換施密特觸發(fā)器波形(bōxínɡ)整形施密特觸發(fā)器鑒幅波形(bōxínɡ)第五頁(yè),共四十三頁(yè)。概述(ɡàishù)在數(shù)字系統(tǒng)中,獲得脈沖波形的方法主要有兩種:一種是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生;另一種是利用施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的整形電路對(duì)已有波形進(jìn)行整形、變換得到。555定時(shí)器是一種多用途的集成電路(jíchéng-diànlù)。555定時(shí)器只要其外部配接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。第六頁(yè),共四十三頁(yè)。施密特觸發(fā)器由門(mén)電路構(gòu)成(gòuchéng)的施密特觸發(fā)器集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器退出(tuìchū)第七頁(yè),共四十三頁(yè)。由門(mén)電路構(gòu)成(gòuchéng)的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形(bōxínɡ)整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。0011第八頁(yè),共四十三頁(yè)。0111第九頁(yè),共四十三頁(yè)。1100第十頁(yè),共四十三頁(yè)。0110第十一頁(yè),共四十三頁(yè)。0011第十二頁(yè),共四十三頁(yè)。下限(xiàxiàn)閾值電壓上限(shàngxiàn)閾值電壓回差電壓(diànyā)(滯后電壓(diànyā)):ΔUT=UT+-UT-前面介紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為:ΔUT=UT+-UT-=UT-(UT-UD)=UD=0.7V缺點(diǎn)是回差太小,且不能調(diào)整。第十三頁(yè),共四十三頁(yè)。多諧振蕩器對(duì)稱(chēng)(duìchèn)多諧振蕩器不對(duì)稱(chēng)(duìchèn)多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器組成(zǔchénɡ)多諧振蕩器退出石英晶體多諧振蕩器第十四頁(yè),共四十三頁(yè)。能產(chǎn)生(chǎnshēng)矩形脈沖的自激振蕩電路叫做多諧振蕩器。對(duì)稱(chēng)(duìchèn)多諧振蕩器(本小節(jié)為參考(cānkǎo)內(nèi)容)第十五頁(yè),共四十三頁(yè)。不對(duì)稱(chēng)(duìchèn)(CMOS)多諧振蕩器在t1時(shí)刻,uo由0變?yōu)?,由于電容電壓不能躍變,故ui1必定跟隨uo發(fā)生正跳變,于是ui2(uo1)由1變?yōu)?。這個(gè)低電平保持uo為1,以維持已進(jìn)入(jìnrù)的這個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在這個(gè)暫穩(wěn)態(tài)期間,電容C通過(guò)電阻R放電,使ui1逐漸下降。在t2時(shí)刻,ui1上升到門(mén)電路的開(kāi)啟電壓UT,使uo1(ui2)由0變?yōu)?,uo由1變?yōu)?。同樣由于電容電壓不能躍變,故ui1跟隨uo發(fā)生負(fù)跳變,于是ui2(uo1)由0變?yōu)?。這個(gè)高電平保持uo為0。至此,第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束,電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)及其自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的工作(gōngzuò)過(guò)程第十六頁(yè),共四十三頁(yè)。第二(dìèr)暫穩(wěn)態(tài)及其自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的工作過(guò)程在t2時(shí)刻,uo1變?yōu)楦唠娖剑@個(gè)高電平通過(guò)電阻R對(duì)電容C充電。隨著放電的進(jìn)行,ui1逐漸上升。在t3時(shí)刻,ui1上升到UT,使uo(ui1)又由0變?yōu)?,第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束,電路返回到第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài),又開(kāi)始重復(fù)(chóngfù)前面的過(guò)程。第十七頁(yè),共四十三頁(yè)。
用施密特觸發(fā)器組成(zǔchénɡ)多諧振蕩器(本小節(jié)(xiǎojié)為參考內(nèi)容)第十八頁(yè),共四十三頁(yè)。
石英(shíyīng)晶體多諧振蕩器電阻R1、R2的作用是保證兩個(gè)反相器在靜態(tài)(jìngtài)時(shí)都能工作在線性放大區(qū)。對(duì)TTL反相器,常取R1=R2=R=0.7kΩ~2kΩ,而對(duì)于CMOS門(mén),則常取R1=R2=R=10kΩ~100kΩ;C1=C2=C是耦合電容,它們的容抗在石英晶體諧振頻率f0時(shí)可以忽略不計(jì);石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率等于(děngyú)石英晶體的諧振頻率f0。第十九頁(yè),共四十三頁(yè)。本節(jié)小結(jié)(xiǎojié):多諧振蕩器是一種自激振蕩電路,不需要外加輸入信號(hào),就可以(kěyǐ)自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。多諧振蕩器可以由門(mén)電路構(gòu)成,也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。由門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似,只是用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。RS觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài),多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài),所以又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)電路。在多諧振蕩器中,由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài),其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充(放)電提供的,因此(yīncǐ)無(wú)需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。
555定時(shí)器是一種應(yīng)用廣泛、使用靈活的集成器件,多用于脈沖產(chǎn)生、整形及定時(shí)等。第二十頁(yè),共四十三頁(yè)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分(wēifēn)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用(lìyòng)施密特觸發(fā)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器退出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用第二十一頁(yè),共四十三頁(yè)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中一般用于定時(shí)(產(chǎn)生一定寬度(kuāndù)的矩形波)、整形(把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形)以及延時(shí)(把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出)等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn):(1)電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。(2)在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下,電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。(3)暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久(chángjiǔ)保持的狀態(tài),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān),僅決定于電路本身的參數(shù)。微分(wēifēn)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十二頁(yè),共四十三頁(yè)。(1)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)電路工作在穩(wěn)態(tài)當(dāng)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí),ui為低電平。因?yàn)殚T(mén)G2的輸入端經(jīng)電阻R接至VDD,VA為高電平,因此uo2為低電平;門(mén)G1的兩個(gè)輸入均為0,其輸出uo1為高電平,電容(diànróng)C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩(wěn)態(tài),在觸發(fā)信號(hào)到來(lái)之前,電路一直處于這個(gè)狀態(tài):uo1=1,uo2=0。0011第二十三頁(yè),共四十三頁(yè)。110(2)外加觸發(fā)信號(hào)使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)正觸發(fā)脈沖ui到來(lái)時(shí),門(mén)G1輸出uo1由1變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變,uA也隨之跳變到低電平,使門(mén)G2的輸出uO2變?yōu)?。這個(gè)(zhège)高電平反饋到門(mén)G1的輸入端,此時(shí)即使ui的觸發(fā)信號(hào)撤除,仍能維持門(mén)G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的,所以稱(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí),uo1=0,uo2=1。第二十四頁(yè),共四十三頁(yè)。0011(3)電容充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回(fǎnhuí)到穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)期間,VDD經(jīng)R和G1的導(dǎo)通工作管對(duì)C充電,隨著充電的進(jìn)行,C上的電荷逐漸增多,使uA升高。當(dāng)uA上升到閾值電壓UT時(shí),G2的輸出uo2由1變?yōu)?。由于這時(shí)G1輸入觸發(fā)信號(hào)已經(jīng)過(guò)去,G1的輸出狀態(tài)只由uo2決定,所以G1又返回到穩(wěn)定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變,加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進(jìn)入穩(wěn)態(tài),此時(shí)uo1=1,uo2=0。脈沖(màichōng)寬度:tp=0.7RC第二十五頁(yè),共四十三頁(yè)。電路(diànlù)的改進(jìn)當(dāng)ui的寬度很寬時(shí),可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)RC微分電路(diànlù),否則,在電路(diànlù)由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí),由于門(mén)G1被ui封住了,會(huì)使uo2的下降沿變緩。第二十六頁(yè),共四十三頁(yè)。TR-A、TR-B是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端,TR+是上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。Q和是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時(shí)電阻和電容的連接端,外接定時(shí)電阻R(R=1.4kΩ~40kΩ)接在VCC和Rext/Cext之間,外接定時(shí)電容C(C=10pF~10μF)接在Cext(正)和Rext/Cext之間。74121內(nèi)部已設(shè)置了一個(gè)2kΩ的定時(shí)電阻,Rin是其引出端,使用時(shí)只需將Rin與VCC連接起來(lái)即可,不用(bùyòng)時(shí)則應(yīng)將Rin開(kāi)路。74121的輸出脈沖(màichōng)寬度:tp≈0.7RC
集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十七頁(yè),共四十三頁(yè)。*5.4.3利用(lìyòng)施密特觸發(fā)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器本小節(jié)為參考(cānkǎo)內(nèi)容第二十八頁(yè),共四十三頁(yè)。延遲(yánchí)與定時(shí)整形(zhěngxíng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)第二十九頁(yè),共四十三頁(yè)。本節(jié)小結(jié)(xiǎojié):?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)。由門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本(jīběn)RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為相似,只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門(mén)電路構(gòu)成,也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到穩(wěn)態(tài),其“觸發(fā)”信號(hào)也是由電路內(nèi)部電容充(放)電提供(tígōng)的,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度也由電路的阻容元件決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖,但卻可以把其它形狀的信號(hào)變換成為矩形波,用途很廣。第三十頁(yè),共四十三頁(yè)。
9.4555定時(shí)器及其應(yīng)用(yìngyòng)
555定時(shí)器結(jié)構(gòu)(jiégòu)及功能低電平(diànpínɡ)觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.5~16V第三十一頁(yè),共四十三頁(yè)。001①R=0時(shí),Q=1,uo=0,T導(dǎo)通。第三十二頁(yè),共四十三頁(yè)。①R=0時(shí),Q=1,uo=0,T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH>2VCC/3、UTR>VCC/3時(shí),C1=0、C2=1,Q=1、Q=0,uo=0,T飽和導(dǎo)通。>2VCC/3>VCC/300011第三十三頁(yè),共四十三頁(yè)。①R=0時(shí),Q=1,uo=0,T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH>2VCC/3、UTR>VCC/3時(shí),C1=0、C2=1,Q=1、Q=0,uo=0,T飽和導(dǎo)通。<2VCC/3>VCC/310011③R=1、UTH<2VCC/3、UTR>VCC/3時(shí),C1=1、C2=1,Q、Q不變,uo不變,T狀態(tài)不變。110第三十四頁(yè),共四十三頁(yè)。①R=0時(shí),Q=1,uo=0,T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH>2VCC/3、UTR>VCC/3時(shí),C1=0、C2=1,Q=1、Q=0,uo=0,T飽和導(dǎo)通。<2VCC/3<VCC/311100③R=1、UTH<2VCC/3、UTR>VCC/3時(shí),C1=1、C2=1,Q、Q不變,uo不變,T狀態(tài)不變。④R=1、UTH<2VCC/3、UTR<VCC/3時(shí),C1=1、C2=0,Q=0、Q=1,uo=1,T截止。第三十五頁(yè),共四十三頁(yè)。用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第三十六頁(yè),共四十三頁(yè)。接通VCC后瞬間,VCC通過(guò)R對(duì)C充電,當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí),比較器C1輸出為0,將觸發(fā)器置0,uo=0。這時(shí)Q=1,放電管T導(dǎo)通,C通過(guò)T放電,電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。
ui到來(lái)時(shí),因?yàn)閡i<VCC/3,使C2=0,觸發(fā)器置1,uo又由0變?yōu)?,電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時(shí)Q=0,放電管T截止,VCC經(jīng)R對(duì)C充電。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失,比較器C2的輸出變?yōu)?,但充電繼續(xù)進(jìn)行,直到uc上升到2VCC/3時(shí),比較器C1輸出為0,將觸發(fā)器置0,電路輸出uo=0,T導(dǎo)通,C放電,電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。第三十七頁(yè),共四十三頁(yè)。
用555定時(shí)器組成(
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