實驗波形產(chǎn)生電路和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

實驗波形產(chǎn)生電路和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第1頁/共19頁電子技術(shù)實驗波形產(chǎn)生及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第2頁/共19頁波形產(chǎn)生電路和波形變換電路在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要獲得各種不同頻率、不同幅度的矩形脈沖信號。例如時序邏輯電路中的同步脈沖控制信號CP。獲得矩形脈沖信號的方法有兩種:一種是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形脈沖信號。另一種是通過整形電路對已有信號的波形進(jìn)行整形、變換，得到符合要求的矩形脈沖信號。能夠直接產(chǎn)生矩形脈沖信號的電路有:多諧振蕩器、石英晶體振蕩器。能夠?qū)σ延行盘柕牟ㄐ芜M(jìn)行整形、變換的電路有:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器。第3頁/共19頁

多諧振蕩器是一種在接通電源后就能產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，常作為脈沖信號源。由于多諧振蕩器在工作過程中沒有穩(wěn)定狀態(tài)，又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。它可由分立元件、集成運放以及門電路組成。多諧振蕩器的特點：電路無穩(wěn)態(tài)，但有兩個暫穩(wěn)態(tài)，這兩個暫穩(wěn)態(tài)每隔一定時間就自動地，周期性地交替轉(zhuǎn)換，從而形成周期性矩形脈沖，每一暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，由電路本身的參數(shù)決定。多諧振蕩器第4頁/共19頁1、環(huán)形多諧振蕩器；2、對稱式多諧振蕩器；3、非對稱式多諧振蕩器；4、石英晶體多諧振蕩器。多諧振蕩器電路種類第5頁/共19頁初始：設(shè)第一個門輸入為低電平，則：Uo1=1→

Uo2=0→Uo3=1；下一周期：第一門輸入為高電平，則：Uo1=0→

Uo2=1→Uo3=0如此往復(fù)形成振蕩。優(yōu)點:電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。缺點:頻率太高,并且不可調(diào)整。其振蕩周期為6tpd

參考：74LS00的tpd約為15n秒。①用門電路組成多諧振蕩器:利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器:門電路組成的環(huán)形多諧振蕩器的結(jié)構(gòu)&&&321uo3uo2uo1010101第6頁/共19頁&&&321uo3uo2uo1110001第7頁/共19頁帶有RC延遲電路的環(huán)形多諧振蕩器

第8頁/共19頁非對稱多諧振蕩器(實驗電路）

第一暫穩(wěn)態(tài)： 電路最初uI1=0；uO1=1；uO=0。電源經(jīng)G1、G2對電容充電。當(dāng)uI=Vth時，uO1減小，uO增大，G1導(dǎo)通，G2截止，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。

010充電VDD為芯片工作電壓；Vth為閾值電壓；第9頁/共19頁非對稱多諧振蕩器

101第二暫穩(wěn)態(tài)： 此時電路uI1=1；uo1=0；uo=1。則uI1將上升至VDD+Vth，電容C通過G1、G2放電。使Uc減小，uO1增大，uO減小，從而使uI1進(jìn)一步減小，uO1=1、uO=0，電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)。放電VDD為芯片工作電壓；Vth為閾值電壓；第10頁/共19頁多諧振蕩器的兩個暫穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換過程是通過電容C的充放電作用來實現(xiàn)的，電容的充、放電作用又集中體現(xiàn)在uI1的變化上。VDD為芯片工作電壓；Vth為閾值電壓；實驗中：VDD為5V；CD4069的閾值電壓為；第11頁/共19頁多諧振蕩器，其振蕩頻率取決于閾值電平Vth和時間常數(shù)RC。其中Vth容易受溫度、電源電壓變化的影響；振蕩器電路的工作方式易受干擾，造成電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的提前或滯后；在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微干擾都會嚴(yán)重影響振蕩周期。

多諧振蕩器的缺點：第12頁/共19頁觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)：0或1,也稱雙穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是只有一個穩(wěn)定態(tài)的電路，這個穩(wěn)定態(tài)可能為1，也可能為0。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：①電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)；②在外來觸發(fā)信號的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；③暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于RC電路的參數(shù)值。由邏輯門和RC電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有兩種連接方式①微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；②積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第13頁/共19頁①微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)uouo1RrCr12uiRCu1u2第14頁/共19頁②積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)uo1uo2RC1&uiA初始：設(shè)ui為低電平，則：ui

=0→

Uo1=1、

Uo2=1（穩(wěn)態(tài)），此時電容充電；當(dāng)脈沖到達(dá)時：ui為高電平，則：Uo1=0

而

UA為高電平，則Uo2=0，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)同時電容開始對電阻放電，當(dāng)電容電壓降到閾值電壓時，Uo2轉(zhuǎn)到高電平，電路退出暫穩(wěn)態(tài)，電容放電持續(xù)到觸發(fā)脈沖消失。01110放電0充電1001第15頁/共19頁芯片介紹

CD4069：六反相器第16頁/共19頁1、多諧振蕩器的測試

構(gòu)成如下電路并測試頻率范圍。若C不變，要想輸出1KHZ的波形，計算R2的值并驗證、分析誤差。條件測量結(jié)果最大輸出頻率fMAX=R2=最小輸出頻率fMIN=R2=當(dāng)輸出波形頻率為1KHZ時R2=理論計算R2=第17頁/共19頁2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試