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1第一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.1概述1、單元電路類型:(1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器——定時(shí)、延時(shí),消除噪聲
(2)施密特觸發(fā)器——濾波整形,波形變換
(3)多諧振蕩器——產(chǎn)生矩形波,時(shí)鐘脈沖波
(4)555定時(shí)器——多用途器件2、電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
(1)含有開(kāi)關(guān)元件——各種門電路——產(chǎn)生高低電平
(2)含有儲(chǔ)能元件——阻容延時(shí)元件等3、電路工作特點(diǎn):開(kāi)關(guān)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致電路的過(guò)渡過(guò)程4、分析方法:
波形圖分析法※第二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三1、門坎電平(閾值電壓):VTHTTL與非門一般而言,開(kāi)門電平(VON)和關(guān)門電平(VOFF)不相等。為分析方便,將其理想化處理,引入門坎電平(或閾值電平)的概念,記為VTH。TTL與非門或反相器的電壓傳輸特性為:TTL與非門的VTH=1.4V;預(yù)備知識(shí):開(kāi)門電平VON:使與非門開(kāi)通的輸入高電平的最小值。關(guān)門電平VOFF:使與非門關(guān)閉的輸入低電平的最大值。輸出高電平(邏輯1)——與非門關(guān)閉輸出低電平(邏輯0)——與非門開(kāi)通第三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器CMOS反相器的VTH=VDD/2?!瑯樱珻MOS反相器也有門坎電平
或(閾值電壓):VTH第四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三2、TTL與非門的輸出等效電路:&輸出為高電平(與非門關(guān)閉)時(shí):3.6VRo100?vOH輸出為低電平(與非門開(kāi)通)時(shí):0.3VvOL輸出電阻第五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三3、TTL與非門的關(guān)門電阻和開(kāi)門電阻:&RvIvO輸入端懸空,相當(dāng)于接邏輯高電平;輸入端經(jīng)電阻接電源電壓,相當(dāng)于接邏輯高電平;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)。RvI1.0VROFF1.4VRON輸出高電平——與非門關(guān)閉輸出低電平——與非門開(kāi)通第六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三ROFF=0.85kΩRON=2.5kΩR<ROFF與非門關(guān)閉,輸出高電平;R>RON與非門開(kāi)通,輸出低電平?!P(guān)門電阻開(kāi)門電阻
※而對(duì)于CMOS門電路而言:
(1)輸入端不許懸空;
(2)輸入端經(jīng)電阻接電源時(shí),與接邏輯高電平等效;
(3)輸入端經(jīng)電阻接地時(shí),與接邏輯低電平等效。74LS系列:RON=9kΩ第七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三4、電容的儲(chǔ)能作用:
(1)電容具有儲(chǔ)能作用,當(dāng)兩端電壓增大時(shí),儲(chǔ)存電場(chǎng)能;當(dāng)兩端電壓減小時(shí),釋放電場(chǎng)能。
(2)微分電路:
(3)積分電路:CRvIvdvc-+※
電容上的電壓不能突變。換路定律:vC(0+)=vC(0-)CRvIvc+-?
穩(wěn)態(tài)時(shí),電容相當(dāng)于開(kāi)路。第八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
1)電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)、一個(gè)暫穩(wěn)態(tài);2)在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下,電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);
3)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,電路將自動(dòng)由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài);
4)暫態(tài)的持續(xù)時(shí)間只取決于電路參數(shù),而與所加觸發(fā)信號(hào)的寬度無(wú)關(guān)。與基本SR觸發(fā)器區(qū)別!單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn):注意:——后者為雙穩(wěn)態(tài)電路※第九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.2.1用CMOS門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩個(gè)與非門(或非門)+RC微分電路構(gòu)成1、電路組成:注意與P389圖8.1.1的不同:輸入端未加微分電路≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDRCvI2vI2與作業(yè)8.1.1類似※&&vO1vOG2G1vIRC???與基本SR鎖存器有何不同?輸入為窄脈沖,輸出為寬脈沖一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvO1vI2vO(1)vI未加單正脈沖vI=0穩(wěn)態(tài)時(shí)C開(kāi)路vI2=1→vO=00V01012、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,vC=0V電路處于穩(wěn)態(tài)≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2RC+-→vO1=VDD?第十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2(2)vI加觸發(fā)單正脈沖,電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài);vO1=0,電容電壓不能突變vI2下跳變vO=1vCvO=1vO1=0vO=1形成正反饋,即使vI正脈沖消失,輸出仍能維持——自鎖。010※此狀態(tài)能否一直保持下去?+-第十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2(3)VDD經(jīng)R向電容C充電,vI2逐漸升高;0VTH(4)當(dāng)vI2↑≥閾值電壓Vth時(shí),電路狀態(tài)將發(fā)生突變:※+-第十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2VDD+VTHVDD+Δ+vO由1變0vO1=1(注意:∵此時(shí)vI的正脈沖已撤消)電容電壓不能突變vC=Vth
vI2上升到VDD+Vth如果G2是CMOS門,由于保護(hù)二極管的鉗位作用
vI2只能上升到VDD+Δ+VTH※Vth0001暫態(tài)過(guò)程結(jié)束+-第十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2VTH+-VDD+Δ+VDD+VTHvIvO1vI2vO(5)恢復(fù)過(guò)程:電路返回穩(wěn)態(tài):vI=0vI2=VDDvO=0vO1=1電容放電,vC恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值;等待下一次觸發(fā)※特點(diǎn):輸入窄脈沖,輸出寬脈沖。第十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(1)輸出脈沖寬度tWVDD+VTHvI2vOVTHVDD+Δ+≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI20tWtW=0.7RC
——只取決于電路參數(shù),與輸入脈沖寬度無(wú)關(guān)。調(diào)節(jié)R或C,可改變tW寬度?!鵷W+-3、主要參數(shù)計(jì)算:根據(jù)RC電路瞬態(tài)分析的三要素法:RVTH=VDD/2第十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(2)恢復(fù)時(shí)間tre0tre一般認(rèn)為經(jīng)過(guò)(3~5)RC時(shí)間,電容已經(jīng)放電完畢,即:(3)最大工作頻率:則,觸發(fā)脈沖的間隔(周期)最小不能小于tw+tre,即:Tmin>tw+treVDD+VTHvRvOVTHVDD+Δ+tW※tre=(3~5)RC第十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三4、討論:≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2RC
(1)為保證觸發(fā)脈沖為窄脈沖,輸入端加RC微分電路CdvIvdRd
(2)為避免在瞬態(tài)結(jié)束瞬間vI2上跳變時(shí)損壞CMOS門,在器件內(nèi)部有二極管保護(hù)電路。
(3)與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)窄脈沖觸發(fā),輸出負(fù)寬脈沖!
(4)用TTL與非門組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(圖8.1.1a),考慮到輸入電流,則應(yīng)R<Roff,而Rd>Ron。CMOS門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中R、Rd
不受此限制。※第十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理:1)穩(wěn)態(tài):
vI=0,未加觸發(fā)正脈沖G1、G2封鎖,vO1=vO=1;2)vI加觸發(fā)正脈沖,電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀簯B(tài):vI
G1開(kāi)啟,vO1由1
0∵vc=1不能突變,G2全1出0,vO由1
0兩個(gè)與非門+RC積分電路※011100vIvOG1G2vcvO11&RvO1經(jīng)R向C充電至vc=vO1=1第十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvOG1G2vcvO11&R1003)vc經(jīng)R和導(dǎo)通G1放電,電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。vc↓≤vth時(shí)————→G2封鎖vO由0
1即使vI正脈沖仍存在4)恢復(fù)過(guò)程vI下跳變
G1封鎖,vO1由0
1,vO1又經(jīng)R向C充電,經(jīng)3RC后,vc=1穩(wěn)態(tài)vth11第二十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vIvO1vcvO穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電容放電輸出翻轉(zhuǎn)輸入消失電容充電恢復(fù)穩(wěn)態(tài)tI波形圖tWvIvOG1G2vcvO1&1特點(diǎn):輸入寬脈沖,輸出窄脈沖?!?234
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第二十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三輸出脈沖寬度tW取決于電容從vOH=3.6v放電至閾值電平1.4V的過(guò)渡時(shí)間。vO1vcvO21234567tWtpitWRO=100?
——TTL與非門的輸出電阻vIvOG1G2vcvO11&RC※第二十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(1)∵電路中無(wú)反饋∴電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程較慢輸出波形上升沿較差,(2)電路要正常工作必須tpi
>tW適用于寬脈沖觸發(fā)的電路。vIvOG1G2vcvO11&RC兩點(diǎn)說(shuō)明:為此,后面再加一級(jí)整形電路。觸發(fā)脈沖最小周期Tmin>5RC※vO1vcvO1234567tWtpitW第二十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:寬脈沖觸發(fā),觸發(fā)脈沖寬度要求tpi>tW,尖峰脈沖干擾不會(huì)引起誤動(dòng)作——抗干擾能力較強(qiáng)。但是由于沒(méi)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:窄脈沖觸發(fā),容易引起誤動(dòng)作;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:※第二十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三分為可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩類。不可重復(fù)觸發(fā)型——電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(被觸發(fā)狀態(tài))時(shí),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)??芍貜?fù)觸發(fā)型——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(huì)繼續(xù)保持tW。不可重復(fù)觸發(fā)tWtWtWtW可重復(fù)觸發(fā)tΔ(74121、74221、74LS221)(74122、74123、74LS122)※7.2.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三
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)器定時(shí)元件的連接:R:外接電阻或采用內(nèi)部電阻C:外接電容輸出緩沖電路(1)電路結(jié)構(gòu):※第二十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三Rext/Cext,Cext,Rint外接電阻/電容/內(nèi)接電阻引腳QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCRext/CextCextRint741211234567141312111098A1、A2、B觸發(fā)輸入Q、Q輸出74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL不可觸發(fā)下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)(2)引腳圖和功能表※第二十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(3)工作波形:A1A2=0B有上升沿B=1,A1A2=1并A2有下降沿B=1,A1A2=1并A1有下降沿※第二十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三外接電容接在10,11引腳(Cext,Rext/Cext)之間,如果C有極性,正極接10腳(Cext)若使用內(nèi)部電阻(2k),把9引腳(Rint)接VCC若使用外部電阻(1.4~40k),電阻兩端分別接11,14腳(Rext,VCC)輸出脈沖寬度tw=0.7RC(4)定時(shí)方式:外接電阻內(nèi)部電阻※+-+-第二十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.2.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1、定時(shí)——利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出一定寬度的脈沖,控制其它電路,使之在tW時(shí)間內(nèi)動(dòng)作或不動(dòng)作。用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制脈沖的定時(shí)通過(guò)&單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIvAvBvOvAvIvBvOtW※第三十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三
vO的上升沿相對(duì)于vI的上升沿延遲了tW1的時(shí)間,其寬度由R1、C1決定!2、延時(shí)—將輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間之后輸出。第三十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三3、消除噪聲電路(脈寬鑒別電路)只要設(shè)置tW,使之小于有用信號(hào)寬度,而大于噪聲寬度。對(duì)有用信號(hào),在輸入仍保持階段,CP有上升沿,可以輸出信號(hào);對(duì)干擾,在CP上升沿到來(lái)時(shí),已經(jīng)消失,所以被消掉?!鵙CCA1A2BCextRext/CextQ1DRC1vIvO74121(1)
vI=0→D=0,R=0,觸發(fā)器清零;(2)vI=1→D=1,R=1,CP無(wú)上升沿,觸發(fā)器輸出不變;(3)vI=1→D=1,R=1,CP上升沿,觸發(fā)器輸出1。vIQvOD觸發(fā)器:D、R接vI;CP接Q干擾脈沖tW干擾脈沖第三十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.3施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài);電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與維持均依賴于外加觸發(fā)電平,輸入電壓在某一點(diǎn)上會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的突變;輸入信號(hào)電壓上升和下降對(duì)應(yīng)的閾值電壓不同?!鵙T+VT-vIvOvIvOVT+VT-輸入信號(hào)為上升趨勢(shì)的電壓,對(duì)應(yīng)閾值電壓VT+輸入信號(hào)為下降趨勢(shì)的電壓,對(duì)應(yīng)閾值電壓VT-電壓傳輸特性具有滯回特性:VT+VT--△VT=稱為回差電路特點(diǎn):第三十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.3.1門電路組成的施密特觸發(fā)器1、電路組成:圖8.2.2CMOS反相器組成的施密特觸發(fā)器G1、G2:CMOS反相器;設(shè)閾值電壓Vth=VDD/2,
R1<R2vIvOvO1vI1R1R211G1G2顯然,G1門的輸入vI1決定著電路的狀態(tài)。狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的臨界時(shí)刻為vI1=Vth根據(jù)疊加原理有第三十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(1)當(dāng)vI=0V時(shí)G1門截止,
G2門導(dǎo)通
vO=0V。設(shè)輸入為三角波由此求得正閾值電壓VT+2、工作原理:tvIVTHVT+VT+VTHvI1=vI從0V逐漸↑,只要vI1<VTH,即vI<VT+時(shí),vO=0V不變。tvOvIvOvO1vI1R1R211G1G2vI從0V逐漸↑,當(dāng)vI上升到使vI1=VTH時(shí)第三十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三tvIVTHVT+tvO(2)vI繼續(xù)↑,當(dāng)使vI1≥Vth時(shí),電路發(fā)生如下正反饋過(guò)程:vI1↑vo1↓vo↑電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為vo≈VDD
,由此負(fù)閾值電壓VT-vO=VDDVT-VTHVT-(3)vI↑↑,到達(dá)最大值后↓,只要vI≥VT-,vO保持VDD不變。vIvOvO1vI1R1R211G1G2第三十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三tvIVTHVT+tvOVT-(4)vI繼續(xù)↓,當(dāng)vI≤VT-時(shí),電路發(fā)生如下正反饋過(guò)程:vI1↓
vo1↑
vo↓
電路狀態(tài)很快轉(zhuǎn)換為vo=0V。(5)vI↓↓
,到達(dá)最小值后上升,只要vI<VT+,vO=0V不變?!ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぶ貜?fù)上述過(guò)程,電路輸出矩形波。三角波矩形波若輸入為三角波,※波形變換vIvOvO1vI1R1R211G1G2第三十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三若VTH=VDD/2vIvOVT+VT-調(diào)節(jié)R1、R2,可以調(diào)節(jié)回差電壓1vIvO1vIvO邏輯符號(hào)※3、求回差由VT+VT-vIvO邏輯符號(hào)電壓傳輸特性
P4038.2.2集成施密特觸發(fā)器介紹了CC40106——施密特反相器電壓傳輸特性同相輸出反相輸出第三十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.3.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用:1、波形變換vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波矩形波三角波矩形波※1vIvO第三十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三2、波形整形——消除噪聲干擾vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差電壓比較小回差電壓比較大具有頂部干擾的輸入信號(hào)※vItvOtVT+VT-1vIvO第四十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vItvOtVT+VT-可以調(diào)節(jié)VT+作為鑒別門限※3、幅度鑒別:去除幅度小于某個(gè)值的脈沖,只要調(diào)節(jié)VT+的值即可。1vIvO第四十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.4多諧振蕩器一種自激振蕩電路,在接通電源后無(wú)需外界觸發(fā)即可產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波,沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)——無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。矩形波中含有多種諧波分量,又稱為多諧振蕩器。電路特點(diǎn):※
(1)電路中含有開(kāi)關(guān)器件,如門電路、電壓比較器、BJT等——用以產(chǎn)生高低電平;
(2)具有反饋網(wǎng)絡(luò)——將輸出電壓反饋給開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)——自動(dòng)進(jìn)入振蕩狀態(tài);
(3)具有延時(shí)環(huán)節(jié)(RC充放電回路)——以獲得所需要的振蕩頻率。第四十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.4.1門電路組成的多諧振蕩器1、電路組成:G1、G1:CMOS反相器——開(kāi)關(guān)器件;R、C:延時(shí)環(huán)節(jié)兼作反饋網(wǎng)絡(luò)?!鵹O2G1G2vO1vI11RC???
vID1
D2
TP
TN
vO1
R
C
D4
D3
TP
TN
vOG1
G2
+VDD
VC一.非對(duì)稱式多諧振蕩器第四十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三2、工作原理(1)t=0時(shí)刻接通電源,假定C未充電;vO1=VOH=VDD,則vI=vO2=VOL=0;+-(2)vO1高電平,vO2低電平,vO1通過(guò)R向C充電,vI電壓逐漸升高。此狀態(tài)能否一直保持下去?第一暫態(tài)※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttvO2G1G2vO1vI11RC???第四十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(3)當(dāng)vI上升至VTH時(shí),門電路G1發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn),
vO1=0
vO2=VDD電容兩端電壓不能突變vC=VTH
vI=vO2+vC=VDD+VTH對(duì)CMOS門電路而言,VTH=1/2VDD,vI應(yīng)該上升到1.5VDD,但是由于保護(hù)二極管的作用,vI不能上升那么高,僅到達(dá)VDD+ΔV++-0VTH※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+VDD+VTHvO2G1G2vO1vI11RC???第四十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三+-電容C通過(guò)R放電或由vO2反向充電,vI電壓逐漸下降。(4)vO1=0,vO2=VDD,在vI下降至Vth之前,vO1=0,vO2=VDD,保持不變。此狀態(tài)能否一直保持下去?※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+第二暫態(tài)vO2G1G2vO1vI11RC???第四十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(5)當(dāng)vI下降到VTH,門電路G1再次發(fā)生狀態(tài)變化vO1=VDD,vO2=0此時(shí)vC=VDD-VTH,電容電壓不能突變vI=VTH-VDD=-(VDD-VTH)CMOS門電路-(VDD-VTH)=-1/2VDD,由于保護(hù)二極管的作用,vI只能下降到-ΔV-※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+-ΔV-+-vO2G1G2vO1vI11RC???第四十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(6)
vI=-ΔV-
vO1=VDD
vO2=0,電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)?!ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぶ芏鴱?fù)始,電路產(chǎn)生多諧振蕩?!鵙DDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+-ΔV-vO2G1G2vO1vI11RC???第四十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三3、振蕩頻率計(jì)算:由RC電路的瞬態(tài)響應(yīng)(三要素法):vO1vO2vIRC根據(jù)vI求tt1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-※vO2G1G2vO1vI11RC???三要素法見(jiàn)閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》P274~275第四十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三求T1:t1為時(shí)間起點(diǎn)0+;求T2:t2為時(shí)間起點(diǎn)0+
;vO1=VDDvO2=0vIRC計(jì)算T1:※t1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-vI(0+)=-ΔV- vI(T1)=VTH
vI(∞)=VDD第五十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vI(∞)=0vI(T2)=VTHvI(0+)=VDD+ΔV+vO1=0vO2=VDDvIRC計(jì)算T2:※t1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-第五十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三ΔV+,ΔV-的值大約為保護(hù)二極管的正向?qū)妷?.7V,相對(duì)于VDD可以忽略不計(jì)對(duì)CMOS門電路:VTH=1/2VDD,則有調(diào)節(jié)R或C可以改變T或f※第五十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三限流電阻結(jié)合工作波形說(shuō)明其工作原理:※二、RC環(huán)形多諧振蕩器將奇數(shù)個(gè)與非門(反相器)首尾相接,添加RC延時(shí)電路即可構(gòu)成。RC延時(shí)環(huán)節(jié)兼作反饋網(wǎng)絡(luò)。111RRSCAvo3vo1vo2vR+-G1G2G3G4vo1整形第五十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(1)設(shè):電源合閘瞬間vA>vth電容反向充電vA下降在vR>
vth時(shí),vo不翻轉(zhuǎn)。vo=0→vo1=1→vo2=0vR>vth→vC經(jīng)R放電(或vo1向C反向充電)→vA↓0tvo0tvo20tvo10tvRVth※111RRSCAvovo1vo2vR+-第一暫態(tài)第五十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(2)當(dāng)vR↓≤vth時(shí),vo翻轉(zhuǎn)→vo1、vo2也隨著一起翻轉(zhuǎn)。注意:
由于電容電壓不能突變,當(dāng)vo1發(fā)生下跳變時(shí),vR下跳變同樣的值。V※111RRSCAvovo1vo2vR+-0tvo0tvo20tvo10tvRVth第五十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三只要vR<vth,vo就不翻轉(zhuǎn)。(3)由于vo1<vo2,vo2經(jīng)R向C正向充電→vR↑;※111RRSCAvovo1vo2vR+-V0tvo0tvo20tvo10tvRVth第二暫態(tài)第五十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(4)當(dāng)vA↑≥vth
時(shí),vo、vo1、vo2翻轉(zhuǎn)。同理由于電容電壓不能突變,當(dāng)vo1發(fā)生上跳變時(shí),vA將上跳變同樣的值。V然后電容又反向充電,vA開(kāi)始下降如此,周而復(fù)始……※111RRSCAvovo1vo2vA+-0tvo0tvo20tvo10tvAVthV第五十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三T由此產(chǎn)生多諧振蕩:※
說(shuō)明:由于與非門輸出電阻和電路中電容的影響,當(dāng)與非門輸出由0→1時(shí),在上跳變瞬間,其高電平達(dá)不到3.6V(因?yàn)槌潆婋娏髟谳敵鲭娮鑂o上有電壓降);隨著充電電流的減小,輸出高電平升高,如圖所示。0tvo0tvo20tvo10tvRVthVT1T2振蕩周期T:第五十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三T≈2.2RC若VOH=3V,Vth=1.4V見(jiàn)閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》P486由RC電路的瞬態(tài)響應(yīng)(三要素法):即:若R1+RS>>R,忽略與非門輸出電阻,且VOL≈0,※則有第五十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.4.2施密特觸發(fā)器構(gòu)成的的多諧振蕩器vItvOtVT+VT-T1T2※1vIvORCTT=T1+T2=振蕩周期??第六十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三1、石英晶體的電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào)電抗頻率特性fXf0電感性電容性電容性當(dāng)f=f0時(shí),電抗X=07.4.3石英晶體振蕩器(了解)具有極高的等效品質(zhì)因數(shù)Q
選頻特性極高頻率穩(wěn)定度極高※頻率穩(wěn)定度(?
f0/f0)可達(dá)10-10~10-11。第六十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三7.5555定時(shí)器及其應(yīng)用預(yù)備知識(shí):電壓比較器——模擬電子中有詳述電壓比較器是運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用(開(kāi)環(huán))運(yùn)算放大器是一種高輸入阻抗、低輸出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多級(jí)放大器。C+-vI+vI-vO符號(hào)同相輸入端反相輸入端當(dāng)vI+>vI-時(shí),vO=+VOmax——輸出為邏輯1;當(dāng)vI+<vI-時(shí),vO=-VOmax——輸出為邏輯0;一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路,用于信號(hào)產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)?!诹?yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三三個(gè)電阻構(gòu)成分壓電路:VR1=2/3VCC;VR2=1/3VCC帶有清零端(RD)的基本SR鎖存器:R≠S時(shí),Q=RR=S=1時(shí),Q保持R=S=0時(shí),Q=1,次態(tài)不定。RD=0時(shí),vO=0電壓比較器C1,C2:V+>V-輸出1V->V+輸出0門控放電管:受Q控制的放電開(kāi)關(guān)RD輸出緩沖級(jí):提高帶負(fù)載能力,隔離負(fù)載的影響RS控制電壓閾值輸入觸發(fā)輸入放電端復(fù)位端電源接地輸出端1、電路結(jié)構(gòu):芯片有八個(gè)管腳※閾值輸入觸發(fā)輸入控制電壓放電端輸出端復(fù)位端電源接地第六十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三(2)vI1>2/3VCC;vI2<1/3VCCR=0,S=0Q=1vO=1,TD截止;(3)vI1<2/3VCC;vI2>1/3VCCR=1,S=1Q保持vO保持,TD保持;(4)vI1<2/3VCC;vI2<1/3VCCR=1,S=0Q=1vO=1,TD截止;(1)
vI1>2/3VCC;vI2>1/3VCCR=0,S=1Q=0
vO=0,TD導(dǎo)通2、工作原理RD=0時(shí),TD導(dǎo)通,vO=0※RD1/3VCC2/3VCC設(shè)RD=1、VCO懸空,由于三個(gè)電阻的分壓關(guān)系,RS第六十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三輸入輸出RDvI1vI2vOTD狀態(tài)0××低電平導(dǎo)通1低電平導(dǎo)通1不變不變1高電平截止>><><<1高電平截止><555定時(shí)器的功能表則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化?!伎迹篟D=1時(shí),若加控制電壓VCO,如何?閾值輸入觸發(fā)輸入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=0第六十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三則電路相應(yīng)的所有閾值都發(fā)生變化。思考:RD=1時(shí),若加控制電壓VCO,如何?vI1=VCOvI2=1/2VCO第六十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VCCvI(1)用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765電路組成:觸發(fā)信號(hào)從觸發(fā)輸入端vI2(2)
輸入,將放電端(7)與閾值輸入端(6)vI1相連,同時(shí)對(duì)電源和對(duì)地分別接入R和C,3、555定時(shí)器的應(yīng)用第六十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VCCvIvIvOVCCRCvC0.01uF12348765a.電路的穩(wěn)態(tài):vc=0,vo=0,R=S=1vI=1(未加觸發(fā)負(fù)脈沖):1)vO=0,TD導(dǎo)通,vC迅速放電至0V,R=S=1→vO保持低電平不變2)vO=1,TD截止,VCC經(jīng)R向C充電,當(dāng)vC↑≥2/3VCC時(shí),R=0,S=1→vO=0V→TD導(dǎo)通,vC迅速放電至0V→R=S=1→vO保持低電平不變。b.vI加觸發(fā)負(fù)脈沖,電路翻轉(zhuǎn)為暫態(tài):
vI下跳變,當(dāng)vI≤1/3VCC時(shí),S=0,R=1Q=1,vO跳變?yōu)楦唠娖?,與此同時(shí),TD截止,電容被充電。(1)555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第六十八頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VCCvIvIvOVCCRCvC0.01uF12348765c.當(dāng)C充電至2/3VCC時(shí),
R=0。如輸入端觸發(fā)脈沖已消失,即S=1Q=0,于是vO跳變?yōu)榈碗娖?,同時(shí)TD導(dǎo)通,電容迅速放電至0V,電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。(1)用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第六十九頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三※波形圖:vItvCtVTHVCCvOttW該觸發(fā)器是不可重復(fù)觸發(fā)型因?yàn)橛|發(fā)器回0的唯一條件是vC上升至2/3VCC時(shí),R=0。(1)用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第七十頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三在暫態(tài)過(guò)程中,即使vI有新的負(fù)脈沖,vo仍保持為1,電路狀態(tài)不變,直至?xí)簯B(tài)結(jié)束。2/3VCCRvCvI(S)vOVCCtttt※另外注意:此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為窄脈沖觸發(fā)!VCCvI第七十一頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VTHvCvOVCCtW在5引腳外,接控制電壓VCO可改變tW※暫態(tài)持續(xù)時(shí)間tW:由過(guò)渡過(guò)程三要素法求得tW對(duì)應(yīng)vC從0V充電到2/3VCC所需的時(shí)間此時(shí),VTH=1/2VCO第七十二頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器加一個(gè)PNP型放電管T,其e極接6、7腳,c極接地,b極接vI,VCCvIvORCvC0.01uF12348765※T使vC多了一個(gè)放電途徑,當(dāng)vI為0時(shí),T導(dǎo)通,vC放電。起什么作用?第七十三頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三觸發(fā)過(guò)程:觸發(fā)脈沖vI下跳變,進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),T導(dǎo)通,C放電。S=0,此時(shí)R=1Q=1,vO跳變?yōu)楦咂?,電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài);與此同時(shí),TD截止,——可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器2/3VCCVCCtWtW※vI上跳變,電容充電。(3)若在C未充電到2/3VCC時(shí),輸入端又有觸發(fā)脈沖,則電容通過(guò)T放電,在負(fù)脈沖消失后再次充電——暫穩(wěn)態(tài)一直持續(xù)到兩個(gè)觸發(fā)脈沖的間隔大于tW,C充電至2/3VCC時(shí)為止。(2)當(dāng)C充電至2/3VCC時(shí),R=0,并S=1Q=0,于是vO跳變?yōu)榈碗娖?,同時(shí)TD導(dǎo)通,電容迅速放電至0V,電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。RvCvI(S)vO第七十四頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2(2)構(gòu)成多諧振蕩器:a.電源合閘,VCC經(jīng)R1、R2向C充電,
vC增大,在vC<2/3VCC時(shí),vO=1,放電管TD截止;b.vC繼續(xù)增大,當(dāng)vC≥2/3VCC時(shí),vO=0,放電管TD導(dǎo)通;c.vC經(jīng)R2和放電管TD放電,
vC下降,當(dāng)vC≤1/3VCC時(shí),
vO=1,放電管TD又截止;d.VCC又經(jīng)R1、R2向C充電,
vC增大……周而復(fù)始,vO輸出矩形波?!鵕S第七十五頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三VT+VT-vCvOtPLtPH占空比:q(%)=tPH/(tPL+tPH)*100%=(R2+R1)/(2R2+R1)*100%※VCC經(jīng)R1
、R2向C充電VC經(jīng)R2和放電管TD放電可見(jiàn)占空比只與電阻有關(guān)系第七十六頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充電路徑:tPH=RACln2放電路徑:tPL=RBCln2占空比:q(%)=tPH/(tPL+tPH)*100%=RA/(RA+RB)*100%占空比可調(diào)的方波發(fā)生器利用D單向?qū)щ娞匦?,將充、放電回路分開(kāi),再加上電位器調(diào)節(jié),便構(gòu)成了占空比可調(diào)的多諧振蕩器※第七十七頁(yè),共八十九頁(yè),編輯于2023年,星期三a.vI<1
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