數(shù)字電子技術(shù)第九章

9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2施密特觸發(fā)器9.3多諧振蕩器9.4555定時(shí)器及其應(yīng)用9脈沖波形的變換與產(chǎn)生4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計(jì)算。1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能及主要指標(biāo)計(jì)算。3、掌握555定時(shí)器的工作原理。教學(xué)基本要求9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.1用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用①電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：②在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);③由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)保持,經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。9.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VIVOtW穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)TrgTWQ

門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分9.1.1用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路CMOS或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

CMOS與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

暫穩(wěn)態(tài)為1正脈沖觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)為0負(fù)脈沖觸發(fā)

電路處于一種穩(wěn)態(tài)：00110o=0c=0a)沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓2.工作原理：b)外加觸發(fā)信號(hào)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電容充電I210c)電容充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)01I2I2=VTH迅速使o1=

1o=0電容放電c=0vo2ˉ-vO1-vR-

vO11

vO

vI2

0

t

t

t

0

VTH

VDD

t1

t2

0

tw

當(dāng)ui的寬度很寬時(shí)，可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門G1被ui封住了，會(huì)使uo2的下降沿變緩。

tw≈0.7RC

（1）輸出脈沖寬度tw(2)恢復(fù)時(shí)間tretre(3~5)(3)最高工作頻率fmax

3.主要參數(shù)的計(jì)算

vC(0+)=0；vC()=VDD

=RC,VTH

=VDD/2

=RCln2

4.討論b)用TTL門電阻R的取值可以是任意的嗎？a)在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t=t2)瞬間，門G2的輸入電壓I2達(dá)到VDD+VTH，可能損壞G2門，怎么辦？采用TTL與非門構(gòu)成單穩(wěn)電路時(shí)，電阻R要小于0.7k。9.1.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)

1.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(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容輸出緩沖電路輸出脈沖寬度：tw≈0.7RC電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性工作原理在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入,但由于G4門在此期間關(guān)閉，不會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài):Q=1Q=0100074121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL邏輯功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，在B端輸入上升沿時(shí)電路被觸發(fā)B

和A1、A2、中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平，輸入端有一個(gè)或兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)9.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.定時(shí)

該電路可用于頻率計(jì)

2.延時(shí)3.組成噪聲消除電路

單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。如用I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤.4.利用兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器。9.2施密特觸發(fā)器9.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器9.2.2集成施密特觸發(fā)器9.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用普通反相器和施密特反相器的比較AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4VCMOS：施密特反相器AYuAUT+UT–上限閾值電壓下限閾值電壓uY回差電壓：9.2施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)

是具有滯后特性的反相器。（1）電路有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，是雙穩(wěn)電路。（2）電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依賴于輸入信號(hào)的維持。

輸出狀態(tài)取決于輸入信號(hào)的幅度。（3）具有滯后電壓傳輸特性。

對(duì)正向增長(zhǎng)和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閾值電平。①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。②電路有兩個(gè)閾值電壓。輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-）?；夭铍妷海箅妷海害T＝

VT＋－VT－同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

2、施密特觸發(fā)器的兩種電路形式1、電路組成2、工作原理I19.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器R1<R2I為三角波假定：

108

6

4

2

0

2

4

6

8

10

VOH≈VDD

B

vI1001(1)I上升當(dāng)vI1=0，=0VvO正向閾值電壓(VT+):I值在增加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I的值。只要

I1

<VTH，則保持=0VOVTHυI1υo(2)當(dāng)=VTH，電路發(fā)生正反饋：υI1vI1(3)

υI1VTH電路,維持不變?chǔ)設(shè)=VOH

,只要υI1>VTH，υI1(4)當(dāng)υI下降,

也下降則保持=VOHυo當(dāng)=VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋：

υI1vI1vovI8.2.2集成施密特觸發(fā)器

8.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

VT+VT_vT+vT-1.波形變換2.

波形的整形vovI合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。3.消除干擾信號(hào)4.

幅度鑒別oυI9.3多諧振蕩器9.3.1門電路組成的多諧振蕩器9.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器9.3.3石英晶體多諧振蕩器

開關(guān)電路

RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本組成：開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。9.3多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。9.3.1門電路組成的多諧振蕩器

1.電路組成

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VCCMOS門組成的多諧振蕩器.υo1=1,υo=0時(shí),電容充電,υI增加;υo1=0,υo=1時(shí),電容放電,υI下降;υo1與υo反相,電容接在υo與υI之間:2.工作原理假定電路初態(tài)：=1vO1=0vOvC=0V電容充電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速使G1導(dǎo)通、G2截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電容充電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0（2）第二暫穩(wěn)態(tài)電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容放電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速使得G1截止、G2導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)υO(shè)=0υO(shè)1=1

2.工作原理vIvO1vO

T＝RC1n4≈1.4RC

由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和VTH，頻率穩(wěn)定性較差。3.振蕩周期的計(jì)算vI(0+)0；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD；vC()0

=RC,t=t3-t2T2:vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR9.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器9.3.3石英晶體振蕩器1、石英晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào)阻抗特性fXf0電感性電容性電容性當(dāng)f=f0時(shí),電抗X=02、石英晶體振蕩器R1和R2:使對(duì)應(yīng)門工作在線性區(qū)C1:耦合電容C2:抑制高次諧波AQf1f23、雙相脈沖產(chǎn)生電路9.4555定時(shí)器及其應(yīng)用9.4.1555定時(shí)器9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器9.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器9.4.1555定時(shí)器555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可在定時(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警等方面。電阻分壓器電壓比較器基本SR鎖存器輸出緩沖反相器集電極開路輸出三極管1、電路結(jié)構(gòu)低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端4.5～16V復(fù)位端低電平有效輸出端放電端2、工作原理①RD=0時(shí)，Q=1，vo=0，T導(dǎo)通。0102、工作原理①RD=0時(shí)，Q=1，vo=0，T導(dǎo)通。②RD=1、vI1＞2VCC/3、vI2＞VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通＞2VCC/3＞VCC/301002、工作原理①RD=0時(shí)，Q=1，vo=0，T導(dǎo)通。②RD=1、vI1>2VCC/3、vI2>VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通③RD=1、vI1<2VCC/3、vI2<VCC/3時(shí)Q=0,vo=1，T截止＜2VCC/3＜VCC/310112、工作原理①RD=0時(shí)，Q=1，vo=0，T導(dǎo)通。②RD=1、vI1>2VCC/3、vI2>VCC/3時(shí)Q=1,vo=0，T導(dǎo)通③RD=1、vI1<2VCC/3、vI2<VCC/3時(shí)Q=0,vo=1，T截止＜2VCC/3>VCC/31④RD=1、vI1<2VCC/3、vI2>VCC/3時(shí)Q、vo、T狀態(tài)不變13、555定時(shí)器功能表不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入9.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器vI如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用①波形變換VT+VT_電路的頻率可變?占空比可變?如何改變占空比?回差電壓減小,占空比如何變化?CvovIR②

波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器

)vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR9.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、電路VCCvI②外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1③觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0①?zèng)]有觸發(fā)信號(hào)時(shí)(υi)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

13VCCVCCvItw=