數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第六章 觸發(fā)器

1、.第第 六六 章章.1. 1. 理想脈沖信號(hào)理想脈沖信號(hào) 理想脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿都非理想脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿都非常陡。常陡。.2. 2. 實(shí)際的脈沖信號(hào)實(shí)際的脈沖信號(hào)幾個(gè)概念：幾個(gè)概念： 脈沖周期：脈沖周期：在周期性重復(fù)的脈沖系列在周期性重復(fù)的脈沖系列中，兩個(gè)相鄰脈沖的間隔時(shí)間。中，兩個(gè)相鄰脈沖的間隔時(shí)間。 脈沖幅度脈沖幅度VmVm：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖電壓的最大變化幅度。. 上升時(shí)間上升時(shí)間trtr：脈沖上升沿從脈沖上升沿從VmVm上升到上升到VmVm所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。 下降時(shí)間下降時(shí)間t tf f：脈沖下降沿從脈沖下降沿從VmVm下降到下降到所需要的時(shí)間。所需要

2、的時(shí)間。. 脈沖寬度脈沖寬度t tW W：從脈沖前沿到達(dá)從脈沖前沿到達(dá)VmVm起，到起，到脈沖后沿到達(dá)脈沖后沿到達(dá)VmVm為止的一段時(shí)間。為止的一段時(shí)間。 占空比占空比q q：脈沖寬度脈沖寬度t tW W與脈沖周期與脈沖周期T T的比的比值。值。.3. 3. 如何獲取脈沖信號(hào)如何獲取脈沖信號(hào)? ? 利用整形電路對(duì)不符合要求的脈利用整形電路對(duì)不符合要求的脈沖信號(hào)進(jìn)行整形沖信號(hào)進(jìn)行整形； 利用脈沖振蕩器直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)。利用脈沖振蕩器直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 事實(shí)上，待講的事實(shí)上，待講的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)觸發(fā)器是一種整形電路；而是一種整形電路；而多諧振蕩多諧振蕩器器是脈沖發(fā)生

3、電路。是脈沖發(fā)生電路。. 施密特觸發(fā)器可由普通門電路構(gòu)成，施密特觸發(fā)器可由普通門電路構(gòu)成，回憶回憶CMOSCMOS非門電路的傳輸特性。非門電路的傳輸特性。 當(dāng)輸入電壓大于當(dāng)輸入電壓大于門門坎坎電壓電壓( (閾值閾值電壓電壓) )V VTHTH時(shí)，輸出立刻轉(zhuǎn)換為時(shí)，輸出立刻轉(zhuǎn)換為低電平。低電平。V VTHTHVDDVDD。.由由CMOSCMOS門門電路組成的施密特觸發(fā)器電路組成的施密特觸發(fā)器: : 由非門和電阻組成，且由非門和電阻組成，且R2R2引入了正反引入了正反饋；饋； 的大小將決定的大小將決定vovo的值，的值，vI ITHOOLTHOOHDDVV0VVVIIvvvv電路說(shuō)明：電路說(shuō)明：v

4、I.一、一、微分型微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 由由CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.(1)(1)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于一種穩(wěn)態(tài)；沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于一種穩(wěn)態(tài)；(2)(2)外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫外加觸發(fā)信號(hào)，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫 穩(wěn)態(tài)；穩(wěn)態(tài)；(3)(3)電容充電一段時(shí)間后，電路由暫穩(wěn)態(tài)電容充電一段時(shí)間后，電路由暫穩(wěn)態(tài) 自動(dòng)返回至穩(wěn)態(tài)。自動(dòng)返回至穩(wěn)態(tài)。.微分型微分型單穩(wěn)態(tài)觸單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的示例波形發(fā)器的示例波形 暫穩(wěn)態(tài)維持暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間，也即的時(shí)間，也即電容電壓由電容電壓由0 0被充電到被充電到V VTHTH的時(shí)間。的時(shí)間。.2.2.主要參數(shù)的

5、計(jì)算主要參數(shù)的計(jì)算(1)(1)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tW W 即暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間，也即電容電即暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間，也即電容電壓由壓由0 0被充電到被充電到V VTHTH的時(shí)間，根據(jù)的時(shí)間，根據(jù)RCRC電路電路瞬態(tài)響應(yīng)分析有：瞬態(tài)響應(yīng)分析有：DDWDDTH0lnVtRCVV依據(jù)：依據(jù)：( )(0)ln( )( )CCCCVVtRCVVt DDTH(0)0,( ),( )CCCVVVVtV ln20.69RCRC當(dāng)當(dāng)vo1=0時(shí)，時(shí)，vI2=VC， vI2上升上升至至VTH的時(shí)間，的時(shí)間，就是就是VC被充電到被充電到VTH的時(shí)間。的時(shí)間。.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有如下單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有如下特點(diǎn)：特點(diǎn)：(

6、1)(1)電路只有一個(gè)電路只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)，一個(gè)暫態(tài)暫態(tài)；(2)(2)在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路由在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)；(3)(3)暫穩(wěn)態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)是暫時(shí)暫時(shí)的，不能持久的，暫的，不能持久的，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后會(huì)穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)；回到穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間取決于電路本身的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間取決于電路本身的參參數(shù)數(shù)，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。附講雙控小夜燈附講雙控小夜燈.二、二、積分型積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 由由TTL門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.積分型積分型單穩(wěn)態(tài)觸單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的

7、示例波形發(fā)器的示例波形.微分型微分型積分型積分型 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)遇到輸入的上升沿，微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)遇到輸入的上升沿，則輸出一個(gè)寬度為則輸出一個(gè)寬度為t tW W的脈沖，適用于的脈沖，適用于窄脈沖窄脈沖觸發(fā)。觸發(fā)。 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)輸入高電平時(shí)，則積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)輸入高電平時(shí)，則輸出一個(gè)寬度為輸出一個(gè)寬度為t tW W的脈沖；但是，要求的脈沖；但是，要求vIvI的寬度的寬度必須大于必須大于t tW W才能正常工作，因此為才能正常工作，因此為寬脈沖寬脈沖觸發(fā)。觸發(fā)。對(duì)比：對(duì)比：. 也稱矩形波振蕩器，由于矩形波中含也稱矩形波振蕩器，由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)

8、慣上把有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。 構(gòu)成多諧振蕩器的種類較多，有構(gòu)成多諧振蕩器的種類較多，有對(duì)稱對(duì)稱式多諧振蕩器式多諧振蕩器、非對(duì)稱式多諧振蕩器非對(duì)稱式多諧振蕩器、環(huán)環(huán)形振蕩器形振蕩器、由、由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器蕩器、石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器及及壓控振蕩器壓控振蕩器等。等。.以上多諧振蕩器均具有如下以上多諧振蕩器均具有如下特點(diǎn)特點(diǎn) 能無(wú)中生有；能無(wú)中生有； 無(wú)穩(wěn)態(tài)輸出，但有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)輸出；無(wú)穩(wěn)態(tài)輸出，但有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)輸出； 電路結(jié)構(gòu)包含有反饋網(wǎng)絡(luò)和延遲環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)包含有反饋網(wǎng)絡(luò)和延遲環(huán)節(jié)，通

9、常二者是合二為一的。通常二者是合二為一的。.一、用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器一、用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器 施密特觸發(fā)器有一個(gè)滯回區(qū)。施密特觸發(fā)器有一個(gè)滯回區(qū)。 當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，必須當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，必須增大至增大至V VT+T+時(shí)輸出才會(huì)翻轉(zhuǎn)；時(shí)輸出才會(huì)翻轉(zhuǎn)； 當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，必須當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，必須減小至減小至V VT-T-時(shí)輸出才會(huì)翻轉(zhuǎn)，并且時(shí)輸出才會(huì)翻轉(zhuǎn)，并且VT+VT+大于大于VT-VT-。.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)波形圖波形圖.振蕩周期的計(jì)算：振蕩周期的計(jì)算：DDT-1DDT+lnVVTRCVVT+T+2T-T-0lnln0VVTRCRCVV12TTT調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RCRC大大小可以

10、改小可以改變振蕩周變振蕩周期，如何期，如何實(shí)現(xiàn)占空實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)？比調(diào)節(jié)？.脈沖占空比可調(diào)的多諧振蕩器脈沖占空比可調(diào)的多諧振蕩器充電時(shí)間充電時(shí)間常數(shù)為常數(shù)為R R2 2C;C;放電時(shí)間放電時(shí)間常數(shù)為常數(shù)為R R1 1C C.555555定時(shí)器概述：定時(shí)器概述： 為數(shù)字為數(shù)字模擬混合集成電路，內(nèi)部有模擬混合集成電路，內(nèi)部有3 3個(gè)個(gè)5 5KK的電阻分壓器，故稱的電阻分壓器，故稱555555定時(shí)器；定時(shí)器； 可構(gòu)建出施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)可構(gòu)建出施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。器和多諧振蕩器。 在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等方面有廣泛

11、應(yīng)用。家用電器、電子玩具等方面有廣泛應(yīng)用。555定時(shí)器800例新555定時(shí)器800例.555555定時(shí)器產(chǎn)品定時(shí)器產(chǎn)品國(guó)際上各大電子器件公司都有各自的國(guó)際上各大電子器件公司都有各自的555555定時(shí)器，型號(hào)繁多，但所有的定時(shí)器，型號(hào)繁多，但所有的TTLTTL產(chǎn)產(chǎn)品型號(hào)的最后品型號(hào)的最后3 3位數(shù)碼都是位數(shù)碼都是555555，所有的，所有的CMOSCMOS產(chǎn)品型號(hào)的最后產(chǎn)品型號(hào)的最后4 4位數(shù)碼都是位數(shù)碼都是75557555，并且它們的并且它們的邏輯功能邏輯功能與與外部引線排列外部引線排列都都相同。相同。.TTL產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5

12、567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍516V318V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA.(2)(2)電壓比較器電壓比較器，當(dāng)，當(dāng)VV時(shí)，時(shí)，V VC C輸出高輸出高電平，反之則輸出低電平。電平，反之則輸出低電平。VCO為控制電壓輸入端。為控制電壓輸入端。當(dāng)當(dāng)VCO懸空時(shí)，懸空時(shí)，VR12/3VCC，VR21/3VCC。當(dāng)當(dāng)VCO 外接電壓時(shí)，外接電壓時(shí)，VR1VCO，VR21/2VCOTH稱為高觸發(fā)端稱為高觸發(fā)端(閾值端閾值端)， TR 稱為低觸發(fā)端稱為低觸發(fā)端(觸發(fā)端觸發(fā)端)。 .高觸發(fā)端高觸發(fā)端低觸發(fā)端低觸發(fā)端.o 和和 o.(5)(5)緩沖器緩沖器G G3 3和和

13、G G4 4 用于提高電路的負(fù)載能力。用于提高電路的負(fù)載能力。G G4 4采用大采用大功率管，負(fù)載電流可達(dá)功率管，負(fù)載電流可達(dá)200200mAmA左右。左右。.不允許不允許2/3 VCC1/3 VCC011/3 VCC112/3 VCC2/3 VCC1/3 VCC00RDSDvI1VovI20保持保持1.回憶回憶：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？滯回特性：上升過(guò)程和下降過(guò)程有滯回特性：上升過(guò)程和下降過(guò)程有不同的轉(zhuǎn)換電平不同的轉(zhuǎn)換電平VT和和VT。 如何與如何與555定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？ 內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓V VR1R1和和V VR2

14、R2。 .接成施密特觸發(fā)器的接成施密特觸發(fā)器的方法方法：令：令vI1vI2 vI.圖6-29555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形思考題思考題：本題中若：本題中若V VCCCC=6V,=6V,則則VT+ =4V, =4V, VT- =2V,=2V,若不改變?nèi)舨桓淖僔 VCCCC，如何獲取如何獲取VT+ =5V, =5V, VT- 的施密特觸發(fā)器的施密特觸發(fā)器? ?.構(gòu)成構(gòu)成Schmitt Trigger小結(jié)：小結(jié)：將將6 6腳和腳和2 2腳合二為一作為輸入；腳合二為一作為輸入；V VCOCO懸空時(shí)，懸空時(shí)，V VT+T+ = =2/32/3V VCCCC, ,V VT-T- =

15、 =1/31/3V VCCCC；V VCOCO加控制電壓時(shí)，加控制電壓時(shí)，V VT+T+ = =V VCOCO, ,V VT-T- = =1/21/2V VCOCO。.回憶回憶：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)？單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)？正常為穩(wěn)態(tài)正常為穩(wěn)態(tài)有觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)有觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài).以為以為vI2輸入，輸入，外接外接RCRC，即即構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)器。分析：分析：( (穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)， vI2為高電平為高電平) )1)1)電源上電，電路有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程，然后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)電源上電，電路有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程，然后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)vO O=0=0

16、 上電初始，上電初始，C C上無(wú)電荷上無(wú)電荷, ,VCCVCC經(jīng)經(jīng)R R向向C C充電，當(dāng)充電，當(dāng)V VC C上升至上升至2/32/3VCCVCC時(shí)，使時(shí)，使 , ,Q=0,TDQ=0,TD導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C通過(guò)通過(guò)TDTD放電，使放電，使V VC C00， , ,電路保持電路保持Q=0Q=0，vO O=0=0，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。2)2)有觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)有觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)vO O=1=1 ；vI I有負(fù)脈沖，使有負(fù)脈沖，使 ，Q=1Q=1，vO O=1=1，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)3)3)暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，vO O=

17、1=1，T T截止，則截止，則C C充電，當(dāng)充至充電，當(dāng)充至2/32/3VCCVCC時(shí)，時(shí)，使使 ； Q=0Q=0，vO O=0=0, ,返回穩(wěn)定狀態(tài)。且返回穩(wěn)定狀態(tài)。且C C放電至放電至V VC C=0=0。. 由上述分析可知，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間由上述分析可知，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間就是就是VCVC由由0 0上升到上升到2/32/3VCCVCC所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖( )(0)ln( )( )CCCCVVtRCVVt 0ln23CCCCCCVRCVVln31.1RCRC.構(gòu)成構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器小結(jié)：小結(jié)：外電路須用外電路須用RC,RC,為暫穩(wěn)態(tài)提供時(shí)間，；為暫穩(wěn)態(tài)提供時(shí)間，；當(dāng)輸入接至當(dāng)輸入接至vI2時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)為時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)為高高電平，穩(wěn)電平，穩(wěn)態(tài)為態(tài)為低低電平