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1、数字电子技术基础第六章第1页，共40页，编辑于2022年，星期六 电路有一个稳态，一个暂稳态。电路有一个稳态，一个暂稳态。一、单稳态触发器的工作特点：一、单稳态触发器的工作特点：在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;电路中电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长久保持延时环节的作用，暂稳态不能长久保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取决于持续时间仅取决于RC电路的参数值。电路的参数值。概述概述第2页，共40页，编辑于2022年，星期六二、单稳态触发器的组成：二、单稳态触发器
2、的组成：6.1 单稳态触发器单稳态触发器 由门电路和由门电路和 R C电路组成电路组成三、单稳态触发器的分类三、单稳态触发器的分类 根据根据RC电路的不同接法单稳态触发器电路的不同接法单稳态触发器 分为微分型和积分型两大类。分为微分型和积分型两大类。第3页，共40页，编辑于2022年，星期六6.1.1 门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 1.电路电路vO1vO2vcRvI&vO1vO2vcvIR与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 第4页，共40页，编辑于2022年，星期六2.工作原
3、理工作原理a)没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，电路处于一种稳态 6.1.1门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器第5页，共40页，编辑于2022年，星期六2.工作原理工作原理vo1 v R vO2 vIvR vO2 vO1 6.1.1门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器b)外加触发信号后，电路进外加触发信号后，电路进入暂稳态入暂稳态c)电容放电，电路由暂稳态自电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态动返回到稳态图图6-2 微分型单稳态触发器各点电压波形微分型单稳态触发器各点电压波形第6页，共40页，编辑于2022年，星期六3.主要参数的
4、计算主要参数的计算vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2tw0.7RC(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2)恢复时间恢复时间tre(3)最高工作频率最高工作频率 fmax 6.1.1门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 R(t)=VR()VR(0+)VR()R(0+)=0 R()=VDD =RC第7页，共40页，编辑于2022年，星期六4.讨论讨论6.1.1 门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器 在暂稳态结束在暂稳态结束(t=t2)瞬间，瞬间，门门G2的输入电压的输入电压 R达到达到VDD+VT，可能损坏
5、，可能损坏G2门，门，怎么办怎么办？G1输入的触发脉冲的宽度输入的触发脉冲的宽度可以是任意的吗？可以是任意的吗？第8页，共40页，编辑于2022年，星期六6.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器v vO Ov vI It tw wt tw wvOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发第9页，共40页，编辑于2022年，星期六 不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻外接电阻或采用内部电阻C：外接电容外接电容
6、第10页，共40页，编辑于2022年，星期六74121功能表功能表 HHA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、中有一个或两个为高中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下降沿电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发时电路被触发第11页，共40页，编辑于2022年，星期六6.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.脉冲整形脉冲整形 第12页，共40页，编辑于2022年
7、，星期六6.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用2.脉冲延时脉冲延时 vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2第13页，共40页，编辑于2022年，星期六6.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用3.脉冲定时脉冲定时 图6-7定时电路波形第14页，共40页，编辑于2022年，星期六6.2.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器6.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器6.2 多谐振荡器多谐振荡器6.2.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器第15页，共40页，编辑于2022年，星期六 多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发多谐
8、振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波。信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波。多谐振荡器多谐振荡器 VCC6.2 多谐振荡器多谐振荡器 概概 述述第16页，共40页，编辑于2022年，星期六 开开关关电电路路 延时环节延时环节开关器件：产生高、低电平；开关器件：产生高、低电平；多谐振荡器电路应由哪几部分组成多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：利用反馈延迟环节：利用RC电路的电路的充放电特性实现延时，将输出电充放电特性实现延时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态，以获得所需要的
9、振变输出状态，以获得所需要的振荡频率。荡频率。概概 述述第17页，共40页，编辑于2022年，星期六6.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器 1.电路组成电路组成开关器件：开关器件：反馈延迟环节：反馈延迟环节：由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器逻辑门电路逻辑门电路R、C 电路电路第18页，共40页，编辑于2022年，星期六6.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器 2.工作原理工作原理假定假定vO1=1，vO2=0 Vth=VON=VOFF=VDD/2VC进入进入 第二暂稳态第二暂稳态 vIvO1 vO2 vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1)
10、第一暂稳态及电路自第一暂稳态及电路自动翻转过程动翻转过程 01 第19页，共40页，编辑于2022年，星期六VC6.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器vO1=0，vO2=1 Vth=VON=VOFF=VDD/2(2)第二暂稳态及电路自第二暂稳态及电路自动翻转过程动翻转过程 二vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2vI vO1 vO 10 2.工作原理工作原理第20页，共40页，编辑于2022年，星期六 3.振荡周期振荡周期T的计算的计算vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2TRC1n41.4RC T =T1(充充)+T2(放放)6.2.2 非对称式多谐
11、振荡器非对称式多谐振荡器第21页，共40页，编辑于2022年，星期六4、加补偿电阻的、加补偿电阻的CMOS多谐振荡器多谐振荡器R RON(P)+RON(N)电源电压波动时，会使振荡频率不稳定电源电压波动时，会使振荡频率不稳定。RSC C分布分布（分布电容）（分布电容），RsR(一般取一般取 Rs=10R)。当当6.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器第22页，共40页，编辑于2022年，星期六6.2.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器由门电路组成的多谐振荡器，周期由门电路组成的多谐振荡器，周期 T 取决于取决于R C 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。电路符号电路符号 阻抗
12、频率特性阻抗频率特性 R：使反相器工作在线性放大区使反相器工作在线性放大区 C1：两个反相器间的耦合两个反相器间的耦合 C2：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。石英晶体振荡器石英晶体振荡器优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源1、石英晶体振荡器电路、石英晶体振荡器电路第23页，共40页，编辑于2022年，星期六2、石英晶体振荡器应用、石英晶体振荡器应用6.2.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器第24页，共40页，编辑于2022年，星期六 6.3.1 施密特触发器的结构及工作原理施密特触发器的结构及工作原理6.3 施密
13、特触发器施密特触发器 6.3.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用第25页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3 施密特触发器施密特触发器施密特触发器的工作特点施密特触发器的工作特点：施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性电路具有如下图所示的传输特性。VT+VT_VT+VT
14、_vovIvovI第26页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3.1 门电路组成的施密特触发器的工作原理门电路组成的施密特触发器的工作原理v I1vovIR1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定：第27页，共40页，编辑于2022年，星期六vI10 00 0只要只要vI1Vth，则保持则保持vO=VOH当当vI1=Vth，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈：当当vI下降，下降，vI1也下降也下降0 0回差电压 vI vI1 vO1 vO 第29页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3.1 门电路组成的施密特触发器的工作原理门电路组成的施密特触发器的工作原理vIVT+V
15、T_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a)工作波形工作波形(b)传输特性曲线传输特性曲线vI1第30页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形的整形及变换波形的整形及变换 vovIvov vT2v vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信合理选择回差电压，可消除干扰信号。号。为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差电压应如何选择？回差电压应如何选择？第31页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用2.幅度鉴别幅度鉴别vovI00ttVth(VT+)第32页，共40页，编辑于2022年，星期六6.3
16、.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用3.多谐振荡器多谐振荡器 CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t第33页，共40页，编辑于2022年，星期六 6.4.1 555定时器定时器 6.4.2 定时器应用举例定时器应用举例6.4 555定时器及其应用定时器及其应用 电路的组成电路的组成 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 工作原理工作原理第34页，共40页，编辑于2022年，星期六555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接少量的只需外接少量的阻容元件就
17、可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。号的产生、变换、控制与检测。6.4.1 555定时器定时器电阻分压器电压比较器基本RS触发器复位输入端(0)输出缓冲反相器集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G1、电路组成、电路组成第35页，共40页，编辑于2022年，星期六0 01 10 06.4.1 555定时器定时器TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)
18、RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G 如果悬空0 01 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 1保持保持保持保持2、工作原理、工作原理第36页，共40页，编辑于2022年，星期六 555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入6.4.1 555定时器定时器第37页，共40页，编辑于2022年，星期六6.4.2 定时器应用举例定时器应用举例一、用一、用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器
19、不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入013VCC23VCCvIvOVOH第38页，共40页，编辑于2022年，星期六6.4.2 定时器应用举例定时器应用举例 二、用二、用555定时器组成多谐振定时器组成多谐振 荡器荡器R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入截止截止导通导通第39页，共40页，编辑于2022年，星期六6.4.2 定时器应用举例定时器应用举例 二、用二、用555定时器组成多谐振定时器组成多谐振 荡器荡器 tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 占空比可调占空比可调第40页，共40页，编辑于2022年，星期六