數(shù)字電子技術(shù)第五版閆石課件6

6.1概述6.2施密特觸發(fā)器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4多諧振蕩器6.5555定時(shí)器第六章脈沖波形的產(chǎn)生與整形（theproductionandform-modulationofpulsewaveform）本章小結(jié)翻頁習(xí)題6.1概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)矩形脈沖波常作為時(shí)鐘信號(hào)。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。為了定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。翻頁6.1概述脈沖周期T：周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。有時(shí)也使用頻率f表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。脈沖幅度Vm：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度tW：從脈沖前沿到達(dá)0.5Vm起，到脈沖后沿到 達(dá)0.5Vm為止的一段時(shí)間。trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT翻頁上升時(shí)間tr：脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需要的時(shí)間。下降時(shí)間tf：脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要的時(shí)間。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值，亦即q＝tW／T。6.1概述trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT返回6.2施密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)特點(diǎn)：能夠把變化非常緩慢的輸入脈沖波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖。而且由于具有回差電壓，所以抗干擾能力較強(qiáng)。6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用翻頁6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器翻頁G1，G2為CMOS門正向閾值電壓VT+6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器翻頁負(fù)向閾值電壓VT-R1R2VT-VDD+-+-6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器翻頁回差電壓同相輸出反相輸出6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器翻頁6.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器返回6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形的變換脈沖的整形幅度鑒別脈沖展寬電路翻頁一、用于波形變換把邊沿變化緩慢的信號(hào)變換成邊沿很陡的矩形脈沖。6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用翻頁二、用于脈沖整形6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用翻頁三、用于脈沖鑒幅6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用翻頁四、用于脈沖展寬VCCvIvOG1RCvC(a)原理圖vIvOvCVT+(b)波形圖脈沖展開電路6.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用返回6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：1、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)。2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。3、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間長短取決于電路本身參數(shù)。用途：脈沖整形、延時(shí)、定時(shí)6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用翻頁6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC微分電路G1、G2是CMOS門對(duì)于CMOS門電路：穩(wěn)態(tài)時(shí)：翻頁電路回到穩(wěn)態(tài)C充電等效電路6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻頁分辨時(shí)間td是指在保證電路正常工作的前提下，允許兩個(gè)相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時(shí)間間隔。6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻頁二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC積分電路G1、G2是TTL門R的阻值不能太大穩(wěn)態(tài)時(shí)：6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻頁暫穩(wěn)態(tài)時(shí)：電容C開始放電放電回路6.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻頁6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用脈沖整形脈沖定時(shí)脈沖延時(shí)翻頁脈沖整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的幅度和寬度是確定的，利用這一性質(zhì)，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖串，整形為寬度和幅度一定的脈沖串，如圖所示。tvI0tvO0脈沖波形6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用翻頁脈沖定時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度Tw的矩形輸出脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某電路，使其在Tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作（或不動(dòng)作），起到了定時(shí)作用。例如，利用脈沖寬度為Tw的正矩形脈沖作為門輸入的信號(hào)VB，而與門的另一個(gè)輸入端信號(hào)為VA。只有當(dāng)矩形波VB為1的Tw時(shí)間內(nèi)，信號(hào)VA才能通過與門，輸出才有脈沖，如圖所示。6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用翻頁單穩(wěn)電路vAvBvOvI(a)邏輯圖vOvIvBvA(b)波形圖脈沖定時(shí)電路Tw6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用翻頁脈沖延時(shí)Tw時(shí)間，稱這個(gè)時(shí)間為延時(shí)。邏輯圖和波形圖如圖所示。單穩(wěn)電路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt脈沖延時(shí)(a)邏輯圖(b)波形圖6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用翻頁消除噪聲噪聲一般表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用信號(hào)都具有一定寬度。利用單穩(wěn)電路，將輸出脈沖寬度調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度，即可消除噪聲。6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用產(chǎn)生方波返回6.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣又把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。6.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器6.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器6.4.3環(huán)形多諧振蕩器6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.4.5石英晶體多諧振蕩器翻頁6.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器C1開始充電，C2開始放電。充、放電回路C1開始放電，C2開始充電。返回6.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器C開始放電。C開始充電返回6.4.3環(huán)形多諧振蕩器翻頁6.4.3環(huán)形多諧振蕩器返回6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器返回6.4.5石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場合都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時(shí)，要求頻率十分穩(wěn)定。上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門電路的輸入電壓上升到轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）所需要的時(shí)間，所以頻率的穩(wěn)定性不可能很高。第一，轉(zhuǎn)換電平本身就不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第二，電路的工作方式容易受干擾，造成電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的提前或滯后；第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時(shí)，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微的干擾都會(huì)嚴(yán)重影響振蕩周期。因此在對(duì)頻率要求很高時(shí)，必須采取穩(wěn)頻措施。翻頁6.4.5石英晶體多諧振蕩器目前，普遍采用的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體組成石英晶體多諧振蕩器。圖為石英晶體的阻抗頻率特性和符號(hào)。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。ff0x0電感性電容性符號(hào)石英晶體的阻抗頻率特性與符號(hào)翻頁6.4.5石英晶體多諧振蕩器vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3石英晶體環(huán)形振蕩器CRSR石英晶體把石英晶體與RC多諧振蕩器中的電容串聯(lián)起來就構(gòu)成了石英晶體多諧振蕩器。返回6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器6.5.3用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5.4用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器翻頁＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43TD8UCCUCOU6(TH)5(TR)6217UoRDU2放電端控制電壓輸入端閾值端觸發(fā)端置零輸入端C1、C2是比較器6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能翻頁12348765地U2UoRDUCC放電端U6UCO555①U6＞2／3Ucc、U2＞1／3Ucc，C1為0，C2為1，RS置0，TD導(dǎo)通，U0為低電平。②U6＜2／3Ucc、U2＜1／3Ucc，C1為1，C2為0，RS置1，TD截止，U0為高電平。6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能翻頁③U6＜2／3Ucc、U2＞1／3Ucc，C1為1，C2為1，RS不變，TD和U0也保持不變。④U6＞2／3Ucc、U2＜1／3Ucc，C1為0，C2為0，TD截止，U0為高電平。6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能12348765地U2UoRDUCC放電端U6UCO555翻頁RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0導(dǎo)通0導(dǎo)通1截止不變不變1截止555定時(shí)器功能表6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能12348765地U2UoRDUCC放電端U6UCO555返回6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器如果使vC1(R)和vC2(S)的低電平信號(hào)發(fā)生在輸入電壓信號(hào)的不同電平，那么輸出與輸入之間的關(guān)系將為施密特觸發(fā)特性。846210.013UCCUi5555＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43TD8UCCUCOU6(TH)5(TR)6217UoRDU2放電端翻頁6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0導(dǎo)通0導(dǎo)通1截止不變不變1截止846210.013UCCvI5555翻頁6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0導(dǎo)通0導(dǎo)通1截止不變不變1截止846210.013VCCvI5555翻頁回差電壓6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器846210.013VCCvI5555翻頁6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器OuO/Vt[例]試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形。184355557+12V0.01FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可畫出輸出波形為電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器返回6.5.3用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 如果在U2加入一個(gè)低電平觸發(fā)信號(hào)以后，經(jīng)過一定的時(shí)間能在vC1(R)輸入端自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)。48762315UCCUoUiRUCC0.01μ555翻頁6.5.3用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RD(4)U6(TH)U2(TR)UO(3)TD01111××>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC<1/3UCC<2/3UCC>1/3UCC>2/3UCC<1/3UCC0導(dǎo)通0導(dǎo)通1截止不變不變1截止48762315UCCUoUiRUCC0.01μ555翻頁TW=1.1RC6.5.3用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回6.5.4用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器利用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器。T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C返回本章小結(jié)施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將輸入的周期信號(hào)整形成符合要求的同周期矩形脈沖。施密特觸發(fā)器具有回差特性，它有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平。施密特觸發(fā)器可將任意波形變換成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號(hào)的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。實(shí)用中，常選用集成施密特觸發(fā)器或采用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。翻頁單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身R、C定時(shí)元件的數(shù)值，與輸入信號(hào)沒有關(guān)系。輸入信號(hào)只起到觸發(fā)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變R、C定時(shí)元件的數(shù)值可調(diào)