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1、实验实验7 7波形产生电路和单波形产生电路和单稳态触发器稳态触发器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、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。例如时序逻辑电路不同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中的同步脉冲控制信号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利用多谐振荡器直接产生矩形脉冲谐振荡器直接产生矩形脉冲信号。另一种是信号。另一种是通通过整形电路对已有信号的波形进行整形、变换过整形电路对已有信号的波形进行整形、变换，得到符合要求的矩形脉冲信
2、号。得到符合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:多谐振荡多谐振荡器、石英晶体振荡器。能够对已有信号的波形器、石英晶体振荡器。能够对已有信号的波形进行整形、变换的电路有进行整形、变换的电路有:单稳态触发器、施密单稳态触发器、施密特触发器。特触发器。非对称多谐振荡器非对称多谐振荡器 101第二暂稳态：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
3、而而使使u uI1I1进一步减小，进一步减小，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；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电容C的充放电作用来实现的，电容的充、放电作用又集的充放电作用来实现的，电容的充、放电作用又集中体现在中体现在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
4、压为；的阈值电压为；l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；l振荡器电路的工作方式易受干扰，造成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；l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。荡周期。多谐振荡器的缺点：多谐振荡器的缺点：触发器有两个稳定的
5、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，这个稳定态可能为器是只有一个稳定态的电路，这个稳定态可能为1 1，也可能，也可能为为0 0。单稳态触发器的特点：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取决于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
6、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微分型单稳态触发器微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uouo1RrCr12uiRCu1u2积分型单稳态触发积分型单稳态触发器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：
7、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转到高电平，电路退出暂稳态转到高电平，电路退出暂稳态，电容放电持续到触发脉冲电容放电持续到触发脉冲消失。消失。01110放电放电0充电充电1001芯片介绍芯片介绍 CD4069CD4069：六反相器：六反相器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1KHZ1K
8、HZ的波形，的波形，计算计算R2R2的值并验证、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=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），记录构成。任选三个频率点（易于观察），记录A A、B B、C C点波形。若点波形。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？要改变单稳态触发器输出波形宽度，应如何改变电路参数？C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：结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！19