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文檔簡介

1、18 脈沖波形的變換與產(chǎn)生脈沖波形的變換與產(chǎn)生基本要求基本要求2、理解理解555定時器的工作原理,定時器的工作原理,掌握掌握其應(yīng)用。其應(yīng)用。 1、了解了解門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的電路組成,觸發(fā)器、多諧振蕩器的電路組成,理解理解其工作原其工作原理和應(yīng)用;理和應(yīng)用;2概概 述述1、單元電路類型、單元電路類型: (1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時、延時,消除噪聲定時、延時,消除噪聲 (2)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器濾波整形,波形變換濾波整形,波形變換 (3)多諧振蕩器多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波,時鐘脈沖波產(chǎn)生矩形波,時鐘脈沖波 (4)555定時器定

2、時器多用途器件多用途器件2、電路結(jié)構(gòu)特點:、電路結(jié)構(gòu)特點: (1)含有開關(guān)元件含有開關(guān)元件各種門電路各種門電路產(chǎn)生高低電平產(chǎn)生高低電平 (2)含有儲能元件含有儲能元件阻容延時元件等阻容延時元件等3、電路工作特點:、電路工作特點: 開關(guān)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換導致電路的過渡過程開關(guān)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換導致電路的過渡過程4、分析方法、分析方法: 波形圖分析法波形圖分析法31、門坎電平(閾值電壓、門坎電平(閾值電壓):VTHTTL與非門與非門 一般而言,一般而言,開門電平開門電平(VON)和和關(guān)門電平關(guān)門電平(VOFF)不相等。不相等。為分析方便,將其理想化處理,引入為分析方便,將其理想化處理,引入門坎電平(或閾門

3、坎電平(或閾值電平)值電平)的概念,記為的概念,記為VTH。TTL與非門或反相器的電壓傳輸特性為:與非門或反相器的電壓傳輸特性為:TTL與非門的與非門的VTH=1.4V;預(yù)備知識:預(yù)備知識:開門電平開門電平VON:使使與非門開通與非門開通的的輸入輸入高電平的最小值高電平的最小值。關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF:使使與非門關(guān)閉與非門關(guān)閉的的輸入輸入低電平的最大值低電平的最大值。輸出高電平(邏輯輸出高電平(邏輯1) 與非門關(guān)閉與非門關(guān)閉輸出低電平(邏輯輸出低電平(邏輯0) 與非門開通與非門開通4VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOv vO Ov vI IVGS(th)PVGS(th)PCMOS

4、反相器反相器CMOS反相器的反相器的VTH= VDD /2。 同樣,同樣,CMOS反相器也有反相器也有門坎電平門坎電平或(閾值電壓或(閾值電壓):VTH52、TTL與非門的輸出等效電路:與非門的輸出等效電路:&輸出為高電平輸出為高電平(與非門關(guān)閉)(與非門關(guān)閉)時:時:3.6VRo100 v vOH輸出為低電平輸出為低電平(與非門開通)(與非門開通)時:時:0.3Vv vOL輸出輸出電阻電阻63、 TTL與非門的與非門的關(guān)門電阻關(guān)門電阻和和開門電阻開門電阻:&Rv vIv vO 輸入端懸空,相當于接邏輯高電平;輸入端懸空,相當于接邏輯高電平; 輸入端經(jīng)電阻接電源電壓,相當于接邏

5、輯輸入端經(jīng)電阻接電源電壓,相當于接邏輯高電平;高電平; 輸入端經(jīng)電阻接地,輸入端的電平與電阻輸入端經(jīng)電阻接地,輸入端的電平與電阻阻值大小有關(guān)。阻值大小有關(guān)。Rv vI1.0VROFF1.4VRON輸出高電平輸出高電平 與非門關(guān)閉與非門關(guān)閉輸出低電平輸出低電平 與非門開通與非門開通7ROFF=0.85k RON=2. 5k RRON與非門開通,與非門開通,輸出低電平。輸出低電平。關(guān)門電阻關(guān)門電阻開門電阻開門電阻 而對于而對于CMOS門電路而言:門電路而言: (1)輸入端不許懸空;輸入端不許懸空; (2)輸入端經(jīng)電阻接電源時,與接邏輯高電輸入端經(jīng)電阻接電源時,與接邏輯高電平等效;平等效; (3)輸

6、入端經(jīng)電阻接地時,與接邏輯低電平輸入端經(jīng)電阻接地時,與接邏輯低電平等效。等效。74LS系列:系列:RON=9k84、 電容的儲能作用:電容的儲能作用: (1)電容具有儲能作用,當兩端電壓增大時,儲電容具有儲能作用,當兩端電壓增大時,儲存電場能;當兩端電壓減小時,釋放電場能。存電場能;當兩端電壓減小時,釋放電場能。 (2)微分電路:微分電路: (3)積分電路:積分電路:CRv vIv vdv vc+ 電容上的電壓不能突變。電容上的電壓不能突變。換路定律:換路定律:v vC(0+)=v vC(0-)CRv vIv vc+ 穩(wěn)態(tài)時,電容相當于開路。穩(wěn)態(tài)時,電容相當于開路。98.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)

7、觸發(fā)器 1) 電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài); 2) 在外加觸發(fā)信號的作用下,電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);在外加觸發(fā)信號的作用下,電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài); 3) 經(jīng)過一段時間,電路將自動由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài);經(jīng)過一段時間,電路將自動由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài); 4) 暫態(tài)的持續(xù)時間只取決于電路參數(shù),而與所加觸發(fā)信號暫態(tài)的持續(xù)時間只取決于電路參數(shù),而與所加觸發(fā)信號的寬度無關(guān)。的寬度無關(guān)。與基本與基本SR觸發(fā)器區(qū)別!觸發(fā)器區(qū)別!單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點:注意注意:后者為雙穩(wěn)態(tài)電路后者為雙穩(wěn)態(tài)電路108.1.1 用用CMOS門電路組成的門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)

8、觸發(fā)器兩個與非門兩個與非門(或非門或非門)+RC微分電路構(gòu)成微分電路構(gòu)成1、電路組成:、電路組成:注意與注意與P389 圖圖8.1.1的不同:輸入端未加微分電路的不同:輸入端未加微分電路11v vO1v vOG2G1v vIVDDRCv vI2v vI2與作業(yè)與作業(yè)8.1.1類似類似&v vO1v vOG2G1v vIRC與基本與基本SR鎖存鎖存器有何不同?器有何不同?輸入為窄脈沖,輸出為寬脈沖輸入為窄脈沖,輸出為寬脈沖11v vIv vO1v vI2v vO(1) v vI未加單正脈沖未加單正脈沖 v vI =0穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時C開路開路v vI2=1 v vO=00V01012、或非門

9、組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理、或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理電容兩端電壓相等,電容兩端電壓相等, v vC=0V電路處于穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC+v vO1=VDD12v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(2) v vI加觸發(fā)單正脈沖加觸發(fā)單正脈沖,電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài);v vO1=0,電容電壓不能突,電容電壓不能突變變v vI2下跳變下跳變 v vO=1v vCv vO=1 v vO1=0v vO=1形成正反饋,即使形成正反饋,即使v vI正脈沖消失,正脈沖消失,輸

10、出仍能維持輸出仍能維持自鎖。自鎖。010此狀態(tài)能否此狀態(tài)能否一直保持下一直保持下去?去?+13v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(3) VDD經(jīng)經(jīng)R向電容向電容C充電,充電,v vI2逐漸升高;逐漸升高;0VTH(4)當當v vI2閾值電壓閾值電壓Vth時,時,電路狀態(tài)將發(fā)生突變:電路狀態(tài)將發(fā)生突變:+14v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VDD+VTHVDD+v vO由由1變變0v vO1=1(注意:注意:此時此時v vI的正脈沖已撤消的正脈沖已撤消)電容電壓不能突變電容電壓不能突

11、變v vC=Vth v vI2上升到上升到VDD+Vthv如果如果G2是是CMOS門,由于保護二極管的作用門,由于保護二極管的作用 v vI2只能上升到只能上升到VDD+VTHVth0001暫態(tài)過程結(jié)束暫態(tài)過程結(jié)束+1511v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VTH+VDD+VDD+VTHv vIv vO1v vI2v vO(5) 恢復(fù)過程恢復(fù)過程:電路返回穩(wěn)態(tài)電路返回穩(wěn)態(tài): v vI=0 v vO1=1 v vO=0 v vI2= VDD電容放電,電容放電,v vC恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值 ;等待下一次觸發(fā)等待下一次觸發(fā)特點特點: 輸入窄脈沖,輸入窄脈沖, 輸出寬脈沖。輸出寬脈

12、沖。16(1)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tW)()()0()(lntvvvvRCtRRRR VDD+VTHv vI2v vOVTHVDD+11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI20tWtW=0.7RC 只取決于電路參數(shù),與只取決于電路參數(shù),與輸入脈沖寬度無關(guān)。調(diào)節(jié)輸入脈沖寬度無關(guān)。調(diào)節(jié)R或或C,可改變可改變tW寬度。寬度。tW+3、主要參數(shù)計算:、主要參數(shù)計算: 根據(jù)根據(jù)RC電路瞬態(tài)分析電路瞬態(tài)分析的三要素法:的三要素法:RVTH=VDD/2THDDDDVVVRC0lnRCRC7 . 02ln17(2)恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre0tre 一般認為經(jīng)過一般認為經(jīng)過(35)RC時時間,電容

13、已經(jīng)放電完畢,間,電容已經(jīng)放電完畢,即:即:(3)最大工作頻率:最大工作頻率:reWMAXttTf 11 則,觸發(fā)脈沖的間隔則,觸發(fā)脈沖的間隔(周期周期)最小不能小最小不能小tw+tre, 即:即:Tmintw+treVDD+VTHv vRv vOVTHVDD+tWtre=(35)RC184 4、討論:、討論:11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC (1)為保證觸發(fā)脈沖為窄脈為保證觸發(fā)脈沖為窄脈沖,輸入端加沖,輸入端加RC微分電路微分電路Cdv vIv vdRd (2)為避免在瞬態(tài)結(jié)束瞬間為避免在瞬態(tài)結(jié)束瞬間v vI2上上跳變時損壞跳變時損壞CMOS門,在器件內(nèi)部門,在器件

14、內(nèi)部有二極管保護電路。有二極管保護電路。 (3)與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負窄脈沖與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負窄脈沖觸發(fā),輸出負寬脈沖!觸發(fā),輸出負寬脈沖! (4)若用若用TTL與非門組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,考慮到輸與非門組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,考慮到輸入電流,則應(yīng)入電流,則應(yīng)R Roff,而,而Rd Ron。CMOS門組成的單穩(wěn)門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中態(tài)觸發(fā)器中R、 Rd 不受此限制。不受此限制。19v vIv vO1v vcv vOtI波形圖波形圖tWv vIv vOG1G2v vcv vO1&1特點特點: 輸入寬脈沖,輸出窄脈沖。輸入寬脈沖,輸出窄脈沖。補充:補充:積分

15、型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩個與非門兩個與非門+RC積分電路積分電路THDDOTHDDOWVVCRRVVCRRtln)(00ln)( 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tW取決于電容從取決于電容從v vOH=3.6v放電至閾值電平放電至閾值電平1.4V的過渡時間。的過渡時間。RO=100 TTL與非門的輸出電阻與非門的輸出電阻20(1)電路中無反饋電路中無反饋電路狀電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程較慢態(tài)轉(zhuǎn)換過程較慢輸出波輸出波形上升沿較差,形上升沿較差,(2)電路要正常工作必須電路要正常工作必須tpi tW 適用于寬脈沖觸發(fā)的電路。適用于寬脈沖觸發(fā)的電路。v vIv vOG1G2v vcv vO11&RC

16、兩點說明:兩點說明:為此,后面再加一級整形電路為此,后面再加一級整形電路觸發(fā)脈沖最小周期觸發(fā)脈沖最小周期 Tmin5RC v vO1v vcv vO123 4 5 6 7 tWtpitW21積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:寬脈沖觸發(fā),觸發(fā)脈沖寬度要求寬脈沖觸發(fā),觸發(fā)脈沖寬度要求tpitW,尖峰脈沖干擾,尖峰脈沖干擾不會引起誤動作不會引起誤動作抗干擾能力較強。抗干擾能力較強。但是由于沒有正反饋,輸出波形的邊沿不理想。但是由于沒有正反饋,輸出波形的邊沿不理想。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:窄脈沖觸發(fā),容易引起誤動作;窄脈沖觸發(fā),容易引起誤動作;電路中有正反饋,所以輸出的邊沿比較好

17、。電路中有正反饋,所以輸出的邊沿比較好。兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較:兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較:22分為分為可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)和和不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)兩類。兩類。不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型電路進入暫穩(wěn)態(tài)電路進入暫穩(wěn)態(tài)(被觸發(fā)狀態(tài)被觸發(fā)狀態(tài))時,不受時,不受觸發(fā)輸入影響,只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再次觸發(fā)。觸發(fā)輸入影響,只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再次觸發(fā)。可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入,可以電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入,可以被重復(fù)觸發(fā),每觸發(fā)一次,電路暫穩(wěn)態(tài)會繼續(xù)保持被重復(fù)觸發(fā),每觸發(fā)一次,電路暫穩(wěn)態(tài)會繼續(xù)保持tW。不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)tWtWtWtW可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)t(7

18、4121、74221、74LS221)(74122、74123、74LS122)8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器23 1、 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)觸發(fā)器定時元件的連接:定時元件的連接:R:外接電阻或采用內(nèi)部電阻:外接電阻或采用內(nèi)部電阻C:外接電容:外接電容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1

19、Q Q 觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 輸出緩沖電路輸出緩沖電路 (a) 邏輯圖 輸出緩沖電路輸出緩沖電路(1)電路結(jié)構(gòu):電路結(jié)構(gòu):24Rext/Cext,Cext,Rint外接電阻外接電阻/電容電容/內(nèi)接電阻內(nèi)接電阻引腳引腳QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCRext/CextCextRint74121741211234567141312111098A1、A2、B觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入Q、Q 輸出輸出74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L不可不可觸發(fā)觸發(fā)下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā)上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā)(2)

20、引腳圖和功能表引腳圖和功能表25(3)工作波形:工作波形:A1A2=0B有上升沿有上升沿B=1, A1A2=1并并A2有下降沿有下降沿B=1, A1A2=1并并A1有下降沿有下降沿26外接電容接在外接電容接在10,11引腳引腳(Cext, Rext/Cext)之間,之間,如果如果C有極性,正極接有極性,正極接10腳腳(Cext)若使用內(nèi)部電阻若使用內(nèi)部電阻(2k),把,把9引腳引腳(Rint)接接VCC若使用外部電阻若使用外部電阻(1.440k),電阻兩端分別接,電阻兩端分別接11,14腳腳(Rext,VCC)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw=0.7RC(4)定時方式:定時方式:外接電阻外接電阻內(nèi)

21、部電阻內(nèi)部電阻+ + +278.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時、定時利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出一定寬度的脈沖控制其他利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出一定寬度的脈沖控制其他電路,使之在電路,使之在tW時間內(nèi)動作或不動作時間內(nèi)動作或不動作用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制脈沖的定時通過用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制脈沖的定時通過&單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器v vIv vAv vBv vOv vAv vIv vBv vOtW28 A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 (1) 741

22、21 (2) vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 v vO的上升沿相對于的上升沿相對于v vI的上升沿延遲了的上升沿延遲了tW1的時間的時間2、延時、延時將輸入信號延遲一定時間之后輸出。將輸入信號延遲一定時間之后輸出。293、消除噪聲電路、消除噪聲電路(脈寬鑒別電路脈寬鑒別電路) 只要設(shè)置只要設(shè)置tW,使之小于有用信,使之小于有用信號寬度,而大于噪聲寬度。號寬度,而大于噪聲寬度。對有用信號,在輸入仍對有用信號,在輸入仍保持階段,保持階段,CP有上升沿,有上升沿,可以輸出信號;可以輸出信號;對干擾,在對干擾,在CP上升沿到上升沿到來時,已經(jīng)消

23、失,所以來時,已經(jīng)消失,所以被消掉。被消掉。VCCA1A2BCext Rext/CextQ1DRC1v vIv vO7412174121(1) v vI =0D=0,R=0,觸發(fā)器清零觸發(fā)器清零;(2) v vI =1 D=1,R=1, CP無上升沿,觸發(fā)器輸出無上升沿,觸發(fā)器輸出不變不變;(3) v vI =1 D=1,R=1, CP上升沿,觸發(fā)器輸出上升沿,觸發(fā)器輸出1。v vIQv vOD觸發(fā)器:觸發(fā)器:D、R接接v vI;CP接接Q干擾脈沖干擾脈沖tW干擾脈沖干擾脈沖308.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器v具有兩個穩(wěn)態(tài);具有兩個穩(wěn)態(tài);v電路狀態(tài)的電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與維持轉(zhuǎn)換與維持均依賴于外加

24、觸均依賴于外加觸 發(fā)電平,輸入電壓在某一點上會導致輸出發(fā)電平,輸入電壓在某一點上會導致輸出 電壓的突變;電壓的突變;v輸入信號電壓上升和下降對應(yīng)的閾值電輸入信號電壓上升和下降對應(yīng)的閾值電 壓不同。壓不同。VT+VT-v vIv vOv vIv vOVT+VT-輸入信號為上升趨勢的電壓,對應(yīng)閾輸入信號為上升趨勢的電壓,對應(yīng)閾值電壓值電壓VT+輸入信號為下降趨勢的電壓,對應(yīng)閾輸入信號為下降趨勢的電壓,對應(yīng)閾值電壓值電壓VT-電壓傳輸特性具有滯回特性:電壓傳輸特性具有滯回特性:VT+VT-VT=稱為回差稱為回差電路特點:電路特點:318.2.1 門電路組成的施密特觸發(fā)器門電路組成的施密特觸發(fā)器 1、

25、電路組成:、電路組成:圖圖8.2.2CMOS反相器組成的施密特觸發(fā)器反相器組成的施密特觸發(fā)器G1、G2:CMOS反相器;反相器;設(shè)閾值電壓設(shè)閾值電壓Vth=VDD/2, R1R2v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2顯然顯然, G1門的輸入門的輸入v vI1決定著電路的狀態(tài)。決定著電路的狀態(tài)。狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的臨界時刻為狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的臨界時刻為v vI1 = Vth根據(jù)疊加原理有根據(jù)疊加原理有OIIvRRRvRRRv2112121 32(1)當當v vI=0V時時 G1門截止,門截止, G2門導通門導通 v vO=0V。設(shè)輸入為三角波設(shè)輸入為三角波由此求得正閾值電壓由此求得正閾值電壓VT

26、+2、工作原理:、工作原理:tv vIVTHVT+IIvRRRv2121 VT+VTHv vI1=211RRVVTHTv vI從從0V逐漸逐漸,只要只要v vI1 VTH,即,即vI VT+時,時,v vO=0V不變。不變。tv vOv vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G2vI從從0V逐漸逐漸,當當vI上升到使上升到使vI1=VTH時時33tv vIVTHVT+tv vO(2) v vI繼續(xù)繼續(xù),當使當使v vI1 Vth時,時, 電路發(fā)生如下正反饋過程:電路發(fā)生如下正反饋過程:v vI1 v vo1 v vo 電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為v vo VDD ,由此負閾值

27、電壓由此負閾值電壓VT-v vO=VDD2112121RRVRvRRRvDDII VT-VTH211RRVVTHTVT-(3) v vI,到達最大值后,到達最大值后,只要,只要v vIVT-,v vO保持保持VDD不變。不變。v vIv vOv vO1v vI1R1R211G1G234tv vIVTHVT+tv vOVT-(4) v vI繼續(xù)繼續(xù),當,當v vIVT-時,電時,電路發(fā)生如下正反饋過程:路發(fā)生如下正反饋過程:v vI1 v vo1 v vo 電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為v vo= 0V 。(5) v vI ,到達最小值后,到達最小值后上升,只要上升,只要v vI vth電

28、容反向充電電容反向充電v vA下降下降在在v vR vth時時,v vo不不翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)。v vo=0v vo1=1v vo2=0v vR vthv vC經(jīng)經(jīng)R放電放電(或或v vo1向向C反向充電反向充電)v vA0tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth111RRSCAv vov vo1v vo2v vR第一暫態(tài)第一暫態(tài)54(2)當當v vRv vth時,時,v vo翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)v vo1、v vo2也隨著一起翻轉(zhuǎn)。也隨著一起翻轉(zhuǎn)。注意注意: 由于電容電壓不能突變由于電容電壓不能突變, ,當當v vo1o1 發(fā)生下跳變時發(fā)生下跳變時, ,v vR R下跳變下跳變同樣的值同樣的值。V

29、111RRSCAv vov vo1v vo2v vR0tv vo0tv vo20tv vo10tv vRVth55只要只要v vRv vth,v vo就就不翻轉(zhuǎn)。不翻轉(zhuǎn)。(3)(3)由于由于v vo1R,忽略與非門輸出電阻,且,忽略與非門輸出電阻,且VOL0 ,)2ln(21THTHOHTHOHTHOHVVVVVVVRCTTT則有則有598.4 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用預(yù)備知識:預(yù)備知識:電壓比較器電壓比較器模擬電子中有詳述模擬電子中有詳述電壓比較器是運算放大器的非線性應(yīng)用(開環(huán))電壓比較器是運算放大器的非線性應(yīng)用(開環(huán)) 運算放大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增運算放大器是一種

30、高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多級放大器。益、低漂移的直耦式多級放大器。C+v vI+v vI-v vO符號符號同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端當當v vI+ v vI-時,時,v vO= +VOmax輸出為邏輯輸出為邏輯1;當當v vI+V-輸出輸出1V-V+輸出輸出0門控放電管:門控放電管:受受Q控制的放電開關(guān)控制的放電開關(guān)RD輸出緩沖級:輸出緩沖級:提高帶負載能力,隔提高帶負載能力,隔離負載的影響離負載的影響RS控制電壓控制電壓閾值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入放電端放電端復(fù)位端復(fù)位端電源電源接地接地輸出端輸出端1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu):芯片有八個管腳芯片有八個管腳閾

31、值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入控制電壓控制電壓放電端放電端輸出端輸出端復(fù)位端復(fù)位端電源電源接地接地61(2)v vI12/3VCC;v vI21/3VCCR=0,S=0Q=1v vO=1,TD截止截止;(3)v vI11/3VCCR=1,S=1Q保持保持v vO保持,保持,TD保持保持;(4)v vI12/3VCC;v vI22/3VCC;v vI21/3VCC R=0,S=1Q=0 v vO=0,TD導通導通2、工作原理工作原理RD=0時,時,TD導通,導通,v vO=0RD1/3VCC2/3VCC設(shè)設(shè)RD=1、VCO懸空,懸空,由于三個電阻的分由于三個電阻的分壓關(guān)系,壓關(guān)系,RS62輸輸

32、入入輸輸 出出RDv vI1v vI2v vOTD狀態(tài)狀態(tài)0低電平低電平導通導通1低電平低電平導通導通1不變不變不變不變1高電平高電平截止截止CCV32CCV31CCV32CCV31CCV32CCV311高電平高電平截止截止CCV32CCV31555 定時器的功能表定時器的功能表則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。思考:思考:RD=1時時,控制電壓輸入端控制電壓輸入端v vCO若加控制電壓若加控制電壓VCO,如何?,如何?閾值輸入閾值輸入觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=0633、555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用a. . v vI1/3VC

33、C時時,C1輸出高電輸出高電平,平,C2輸出低電平,輸出低電平,v vO1=1c. 1/3VCC v vI2/3VCC時時,C1輸出低電輸出低電平,平,C2輸出高電平,輸出高電平,v vO1=0RS64如果如果v vI從小變大,從小變大,v vI1/3VCCv vO1=11/3VCC v vI2/3VCCv vO1=0如果如果v vI從大變小,從大變小,v vI2/3VCCv vO1=01/3VCCv vI2/3VCCv vO1=0 v vI1/3VCCv vO1=1設(shè)設(shè)v vI輸入為三角波輸入為三角波v vIv vO1VCC12348765VCOVCC1v vO2VT+=2/3VCC; VT

34、-=1/3VCC反相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器RS65v vIv vO1 若在若在5引腳上加控制電壓,引腳上加控制電壓,可以改變可以改變VT+,VT-電壓傳輸特性:電壓傳輸特性:VT+VT-v vO1=0時,時,v vO2=0V; v vO1=1時,時,v vO2=VCC1v vIv vO1VCC12348765VCOVCC1v vO2RS66tv vOVT+2/3 VCCVT-1/3 VCCv vIt波形圖波形圖三角波三角波矩形波矩形波波形變換波形變換67v vOVCCR1Cv vC0.01uF12348765R2(2)構(gòu)成構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器:a.電源合閘,電源合閘,VC

35、C經(jīng)經(jīng)R1、 R2向向C充電,充電, v vC增大,在增大,在v vC2/3 VCC時,時, v vO=1,放電管,放電管TD截止;截止;b. v vC繼續(xù)增大,當繼續(xù)增大,當v vC2/3 VCC時,時, v vO=0,放電管,放電管TD導通;導通;c. v vC經(jīng)經(jīng)R2 和放電管和放電管TD放電,放電, v vC下降,當下降,當v vC1/3 VCC時,時, v vO=1,放電管,放電管TD又截止;又截止;d. VCC又經(jīng)又經(jīng)R1、 R2向向C充電,充電, v vC增大增大周而復(fù)始,周而復(fù)始,v vO輸出矩形波。輸出矩形波。RS68VT+VT-v vCv vOtPLtPH2ln3/13/2

36、ln00ln222CRVVCRVVCRtCCCCTTPL 2ln)(3/23/1ln)(ln)(212121CRRVVVVCRRVVVVCRRtCCCCCCCCTCCTCCPH 占空比:占空比:q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=(R2+R1)/(2R2+R1) * 100%VCC經(jīng)經(jīng)R1 、R2向向C充電充電VC經(jīng)經(jīng)R2和放電管和放電管TD放電放電2ln)2(21CRRT可見占空比只與電阻有關(guān)系可見占空比只與電阻有關(guān)系69vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充電路徑:充電路徑:tPH=RACln2放電路徑:放電路徑:tPL=RBCln2占空比:占空比:

37、q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=RA/(RA+RB) * 100%占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器 利用利用D單向?qū)щ娞匦裕瑢蜗驅(qū)щ娞匦?,將充、放電回路分開,再加上充、放電回路分開,再加上電位器調(diào)節(jié),便構(gòu)成了占空電位器調(diào)節(jié),便構(gòu)成了占空比可調(diào)的多諧振蕩器比可調(diào)的多諧振蕩器70VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765電路組成:電路組成:觸發(fā)信號從觸發(fā)輸入端觸發(fā)信號

38、從觸發(fā)輸入端v vI2 (2) 輸入,輸入,將放電端將放電端(7)與閾值輸入端與閾值輸入端(6)v vI1相連,相連,同時對電源和對地分別接入同時對電源和對地分別接入R和和C,71VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765a.電路的穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)態(tài):電容電壓電容電壓vc=0,vo=0, R=S=1v vI=1(未加觸發(fā)負脈沖未加觸發(fā)負脈沖):1 1)v vO=0, TD導通導通,vC迅速放電至迅速放

39、電至0V, R=S=1 v vO保持低電平不變保持低電平不變 2)v vO=1,TD截止,截止,VCC經(jīng)經(jīng)R向向C充充電,當電,當v vC2/3 VCC時,時,R=0,S=1 v vO=0VTD導通,導通, v vC迅速放電至迅速放電至0V R=S=1 v vO保持低電平不變保持低電平不變 。b. v vI加觸發(fā)負脈沖,電路翻轉(zhuǎn)為加觸發(fā)負脈沖,電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài):暫態(tài): v vI下跳變,當下跳變,當v vI 1/3 VCC時,時,S=0,R=1 Q=1, v vO跳變?yōu)樘優(yōu)楦唠娖礁唠娖?,與此同時,與此同時, TD截截止,電容被充電止,電容被充電 。72VCC 5k vIC vI1 C1 5k v

40、I2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI(3)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器v vIv vOVCCRCv vC0.01uF12348765c. 當當C充電至充電至2/3VCC時,時, R=0。如輸入端觸發(fā)脈沖已消失,即如輸入端觸發(fā)脈沖已消失,即S=1 Q=0,于是,于是v vO跳變?yōu)榈碗娞優(yōu)榈碗娖剑瑫r平,同時TD導通,電容迅速放電導通,電容迅速放電至至0V,電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。,電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。73波形圖:波形圖:v vItv vCt2/3VccVCCv vOttW該觸發(fā)器是不可重復(fù)觸發(fā)型該觸發(fā)器是不可重復(fù)觸發(fā)型因為觸發(fā)器回因為觸發(fā)器

41、回0的唯一條件是的唯一條件是v vC上升至上升至2/3VCC時,時,R=0。74在暫態(tài)過程中,在暫態(tài)過程中,即使即使v vI有新的負脈沖,有新的負脈沖,vo仍保持為仍保持為1,電路,電路狀態(tài)不變,狀態(tài)不變,直至暫態(tài)結(jié)束。直至暫態(tài)結(jié)束。2/3VCCRv vCv vI(S)v vOVCCtttt另外注意:另外注意:此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為窄脈沖觸器為窄脈沖觸發(fā)!發(fā)!75VTHv vCv vOVCCtW3ln3/20ln)()()0()(lnRCVVVRCtvvvvRCtCCCCCCWCCCCW 在在5引腳外,接控制引腳外,接控制電壓電壓VCO可改變可改變tW暫態(tài)持續(xù)時間暫態(tài)持續(xù)時間tW:由過渡

42、過程三要素法求得由過渡過程三要素法求得tW對應(yīng)對應(yīng)v vC從從0V充電到充電到2/3VCC所需的時間所需的時間此時,此時, 比較電壓為比較電壓為VCO76可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器加一個加一個PNP型放電管型放電管T,其其e極接極接6、7腳,腳,c極接地,極接地,b極接極接v vI,VCCv vIv vORCv vC0.01uF12348765T使使v vC多了一個放電途徑,當多了一個放電途徑,當v vI為為0時,時,T導通,導通, v vC放電。放電。起什么起什么作用?作用?77觸發(fā)過程:觸發(fā)過程:(1) 觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖v vI下跳變,進入暫穩(wěn)下跳變,進入暫穩(wěn)態(tài),態(tài),T導通,導通,C放電。放電。S=0, 此時此時R=1 Q=1, v vO跳變?yōu)?/p>

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