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1、实验波形产生电路和单稳态触发器第1页，共18页，编辑于2022年，星期五波形产生电路和波形变换电路波形产生电路和波形变换电路n在数字系统中，常常需要获得各种不同频率、不同在数字系统中，常常需要获得各种不同频率、不同幅度的矩形脉冲信号。例如时序逻辑电路中的同步幅度的矩形脉冲信号。例如时序逻辑电路中的同步脉冲控制信号脉冲控制信号CPCP。n获得矩形脉冲信号的方法有两种获得矩形脉冲信号的方法有两种:一种是一种是利用多谐利用多谐振荡器直接产生矩形脉冲振荡器直接产生矩形脉冲信号。另一种是信号。另一种是通过整形通过整形电路对已有信号的波形进行整形、变换电路对已有信号的波形进行整形、变换，得到符合，得到符合
2、要求的矩形脉冲信号。要求的矩形脉冲信号。n能够直接产生矩形脉冲信号的电路有能够直接产生矩形脉冲信号的电路有:多谐振荡器、多谐振荡器、石英晶体振荡器。能够对已有信号的波形进行整形、石英晶体振荡器。能够对已有信号的波形进行整形、变换的电路有变换的电路有:单稳态触发器、施密特触发器。单稳态触发器、施密特触发器。第2页，共18页，编辑于2022年，星期五 多谐振荡器是一种在接通电源后就能产生一定频率和一多谐振荡器是一种在接通电源后就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，又称为无稳态电路。
3、它振荡器在工作过程中没有稳定状态，又称为无稳态电路。它可由分立元件、集成运放以及门电路组成。可由分立元件、集成运放以及门电路组成。多谐振荡器的特点：电路无稳态，但有两个暂稳多谐振荡器的特点：电路无稳态，但有两个暂稳态，这两个暂稳态每隔一定时间就自动地，周期性地态，这两个暂稳态每隔一定时间就自动地，周期性地交替转换，从而形成周期性矩形脉冲，每一暂稳态的交替转换，从而形成周期性矩形脉冲，每一暂稳态的持续时间，由电路本身的参数决定。持续时间，由电路本身的参数决定。多谐振荡器多谐振荡器第3页，共18页，编辑于2022年，星期五1、环形多谐振荡器；、环形多谐振荡器；2、对称式多谐振荡器；、对称式多谐振荡
4、器；3、非对称式多谐振荡器；、非对称式多谐振荡器；4、石英晶体多谐振荡器。、石英晶体多谐振荡器。多谐振荡器电路种类多谐振荡器电路种类第4页，共18页，编辑于2022年，星期五初始：初始：设第一个门输入为低电平，则：设第一个门输入为低电平，则：Uo1=1 Uo2=0 Uo3=1；下一周期：下一周期：第一门输入为高电平，则：第一门输入为高电平，则：Uo1=0 Uo2=1Uo3=0如此往复形成振荡。如此往复形成振荡。优点优点:电路结构简单电路结构简单,所用元件少。所用元件少。缺点缺点:频率太高频率太高,并且不可调整。其振荡周期为并且不可调整。其振荡周期为6tpd 参考：参考：74LS00的的tpd
5、约为约为15n秒。秒。用门电路组成多谐振荡器用门电路组成多谐振荡器:利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:门电路组成的环形多谐振荡器的结构门电路组成的环形多谐振荡器的结构门电路组成的环形多谐振荡器的结构门电路组成的环形多谐振荡器的结构&321uo3uo2uo1010101第5页，共18页，编辑于2022年，星期五&321uo3uo2uo1110001第6页，共18页，编辑于2022年，星期五带有带有RCRC延迟电路的环形多谐振荡器延迟电路的环形多谐振荡器 第7页，
6、共18页，编辑于2022年，星期五非对称多谐振荡器非对称多谐振荡器(实验电路）实验电路）第一暂稳态：第一暂稳态：电路最初电路最初uI1=0；u uO1O1=1=1；u uO O=0=0。电源经。电源经G1G1、G2G2对电容充电。当对电容充电。当u uI I=V=Vthth时，时，u uO1O1减小，减小，u uO O增大，增大，G1G1导通，导通，G2G2截止，电路进入第二暂稳态。截止，电路进入第二暂稳态。010充电充电V VDDDD为芯片工作电压；为芯片工作电压；V Vthth为阈值电压；为阈值电压；第8页，共18页，编辑于2022年，星期五非对称多谐振荡器非对称多谐振荡器 101第二暂稳
7、态：第二暂稳态：此此时时电电路路uI1=1；uo1=0；uo=1。则则u uI1I1将将上上升升至至V VDDDD+V+Vthth，电电容容C C通通过过G1G1、G2G2放放电电。使使UcUc减减小小，u uO1O1增增大大，u uO O减减小小，从从而而使使u uI1I1进进一一步步减减小小，u uO1O1=1=1、u uO O=0=0，电路返回第一暂稳态。，电路返回第一暂稳态。放电放电V VDDDD为芯片工作电压；为芯片工作电压；V Vthth为阈值电压；为阈值电压；第9页，共18页，编辑于2022年，星期五多谐振荡器的两个暂稳态的转换过程是通过电容多谐振荡器的两个暂稳态的转换过程是通过
8、电容C的的充放电作用来实现的，电容的充、放电作用又集中体充放电作用来实现的，电容的充、放电作用又集中体现在现在uI1的变化上。的变化上。V VDDDD为芯片工作电压；为芯片工作电压；V Vthth为阈值电压；为阈值电压；实验中：实验中：VDDVDD为为5V5V；CD4069CD4069的阈值电压为；的阈值电压为；第10页，共18页，编辑于2022年，星期五n多多谐谐振振荡荡器器，其其振振荡荡频频率率取取决决于于阈阈值值电电平平V Vthth和和时时间间 常数常数RCRC。其中。其中V Vthth容易受温度、电源电压变化的影响；容易受温度、电源电压变化的影响；n振荡器电路的工作方式易受干扰，造成
9、电路状态转换振荡器电路的工作方式易受干扰，造成电路状态转换的提前或滞后；的提前或滞后；n在电路状态临近转换时电容的充、放电已经比较缓在电路状态临近转换时电容的充、放电已经比较缓慢，转换电平的微小变化或轻微干扰都会严重影响振荡慢，转换电平的微小变化或轻微干扰都会严重影响振荡周期。周期。多谐振荡器的缺点：多谐振荡器的缺点：第11页，共18页，编辑于2022年，星期五触发器有两个稳定的状态：触发器有两个稳定的状态：0 0或或1,1,也称双稳态。也称双稳态。单稳态触发器是只单稳态触发器是只有一个稳定态的电路，这个稳定态可能为有一个稳定态的电路，这个稳定态可能为1 1，也可能为，也可能为0 0。单稳态触
10、发器的特点：单稳态触发器的特点：电路有一个稳态、一个暂稳态；电路有一个稳态、一个暂稳态；在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；暂稳态是一个不能长久保持的状态。暂稳态的持续时间取决暂稳态是一个不能长久保持的状态。暂稳态的持续时间取决于于RC电路的参数值。电路的参数值。由逻辑门和由逻辑门和RC电路组成的单稳态触发器有两种连接方式电路组成的单稳态触发器有两种连接方式微分型单稳态触发器；微分型单稳态触发器；积分型单稳态触发器；积分型单稳态触发器；单稳态触发器单稳态触发器第12页，共18页，编辑于2022年，星期五微分型单稳态触发器微分型单稳态触
11、发器门电路组成的单稳态触发器的结构门电路组成的单稳态触发器的结构uouo1RrCr12uiRCu1u2第13页，共18页，编辑于2022年，星期五积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器的结构门电路组成的单稳态触发器的结构门电路组成的单稳态触发器的结构门电路组成的单稳态触发器的结构uo1uo2RC1&uiA初始：设初始：设ui为低电平，为低电平，则：则：ui=0 Uo1=1、Uo2=1（稳态），此时电容充电；（稳态），此时电容充电；当脉冲到达时：当脉冲到达时：ui为高电平，为高电平，则：则：Uo1=0 而而 UA为高电平为高电平，则，则Uo2=0，电路进入暂稳态，电路进入暂
12、稳态同时电容开始对电阻放电，同时电容开始对电阻放电，当电容电压降到阈值电压时，当电容电压降到阈值电压时，Uo2Uo2转到转到高电平，电路退出暂稳态高电平，电路退出暂稳态，电容放电持续到触发脉冲消失。电容放电持续到触发脉冲消失。01110放电放电0充电充电1001第14页，共18页，编辑于2022年，星期五芯片介绍芯片介绍 CD4069CD4069：六反相器：六反相器第15页，共18页，编辑于2022年，星期五1、多谐振荡器的测试、多谐振荡器的测试 构成如下电路并测试频率范围。若构成如下电路并测试频率范围。若C C不变，要想输出不变，要想输出1KHZ1KHZ的波形，计算的波形，计算R2R2的值并
13、验证、分析误差。的值并验证、分析误差。条件条件测量结果测量结果最大输出频率最大输出频率fMAX=R2=最小输出频率最小输出频率fMIN=R2=当输出波形频率为当输出波形频率为1KHZ时时R2=理论计算理论计算R2=第16页，共18页，编辑于2022年，星期五2、单稳态触发器的测试、单稳态触发器的测试 构成如下电路，输入脉冲由上面实验中的多谐振荡器输出构成。构成如下电路，输入脉冲由上面实验中的多谐振荡器输出构成。任选三个频率点（易于观察），记录任选三个频率点（易于观察），记录A A、B B、C C点波形。若要改变单稳点波形。若要改变单稳态触发器输出波形宽度，应如何改变电路参数？态触发器输出波形宽度，应如何改变电路参数？C第17页，共18页，编辑于2022年，星期五测量点测量点图形记录图形记录参数参数A点点频率频率f=波形特征：波形特征：B点点频率频率f=波形特征：波形特征：C点点频率频率f=波形特征：波形特征：第18页，共18页，编辑于2022年，星期五