合工大第7章半導(dǎo)體存儲器1.ppt

1、第6章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形,一、獲取矩形脈沖的方法,6.1 概述,二、描述矩形脈沖特性的主要參數(shù),1. 脈沖波形發(fā)生電路,2. 脈沖波形整形電路,Vm脈沖幅度,TW正脈沖寬度,Tr上升 時(shí)間,占空比：q= TW / T,脈沖周期,如何學(xué)習(xí)本章的分立電路與集成器件？,一、分立的施密特、單穩(wěn)、多諧電路的種類較多，只分析一種類型的工作原理，目的是使學(xué)習(xí)者了解其電路特點(diǎn)和相關(guān)概念，不要求掌握內(nèi)部參數(shù)計(jì)算和畫內(nèi)部過程的波形。,二、集成施密特、單穩(wěn)等電路只需掌握vO與vi之間的關(guān)系，內(nèi)部電路及其工作原理不介紹，也不做要求。,三、555定時(shí)器是一種常用的數(shù)?；旌霞呻娐?，既要理解內(nèi)部的結(jié)構(gòu),也要熟練掌握外

2、部連接。由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特、單穩(wěn)和多諧電路是本章的重點(diǎn)。, 施密特觸發(fā)器適用于緩慢變化的信號，當(dāng)輸入信號漸變達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會發(fā)生突變(電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過程)。, 電路有兩個(gè)閾值電壓（VT+，VT-）。 輸入信號增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性 。,施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：,6.2 施密特觸發(fā)器,正向傳輸 特性(VT+),負(fù)向傳輸 特性(VT-),圖6.2.2 P-311,6.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器,工作原理(VT+),門的正負(fù)向閾值電壓VTH都是VDD/2,圖3.3.12 P-81,0,0,vi是漸變, vo是突變.,vI,

3、而觸發(fā)器正向閾值VT+與負(fù)向閾值VT-不同,求VT-,1,1,vi是漸變, vo是突變.,vI,結(jié)論:施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓（VT+，VT-）。,6.2.2 集成施密特觸發(fā)器,器件實(shí)例 7413,6.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,一、 波形的變換,合理選擇回差電壓，可消除干擾信號。,為去掉干擾信號回差電壓應(yīng)如何選擇？,6.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,二、幅度鑒別,(VT+),6.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,三、波形整形,1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：,在外界觸發(fā)信號作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)， 維持一段時(shí)間后自動返回穩(wěn)態(tài)。,暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間長短取決于電路內(nèi)部參數(shù)。,6.2.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,電路有一個(gè)

4、穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。,2、關(guān)于“單穩(wěn)態(tài)” 、“雙穩(wěn)態(tài)” 、“無穩(wěn)”的概念,觸發(fā)器有“0”和“1”兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),故又可其為雙穩(wěn)態(tài)電路,1,G1和G2為TTL門電路,1、工作原理分析,圖6.3.5 P-322,1,0,1,1,0,0,1,1,0,穩(wěn)態(tài),暫穩(wěn)態(tài),0,1,二、積分型單穩(wěn)電路,輸出脈寬：tTR,tw也就是 暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間,2. 性能參數(shù)計(jì)算,求tw利用一階RC電路公式,結(jié)論：單穩(wěn)電路有多種，但動作特點(diǎn)是一樣的。,6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74 121電路結(jié)構(gòu) 和框圖,等效內(nèi)部電路見 P-324,輸入端：A1、A2、B，輸入觸發(fā)脈沖,外接元件端：Rext、Cext，決定

5、暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。,輸 入,輸 出,A1,A2,B,vO,0,X,1,0,1,X,0,1,0,1,X,X,0,0,1,1,1,X,0,1,電平 觸發(fā),1,1,1,1,1,0,X,X,0,脈沖 觸發(fā),二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表,表6.3.1 P325,1、不可重復(fù)觸發(fā),觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再加觸發(fā)脈沖無效,TW,2、可重復(fù)觸發(fā),觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再次觸發(fā)有效，輸出脈沖可再維持一個(gè)脈寬。,TW,三、分類,四、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用,tw,6.4 多諧振蕩器,多諧振蕩器是一種自激振蕩器，電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形波脈沖波或方波。,振蕩器特點(diǎn)：不需觸發(fā)信號,無輸入

6、端。,開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平；,多諧振蕩器電路應(yīng)由哪幾部分組成？,反饋延遲環(huán)節(jié)： 利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)胤答伣o開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻率。,多諧振蕩器組成,6.4.1 對稱式多諧振蕩器,1、電路組成（TTL門）,2、工作原理,則暫態(tài)： vI1 =1、vO1=0、v0 2=1；, 設(shè)某一時(shí)刻，電路出現(xiàn)vI1 ，vO1=0、vO2=1的狀態(tài)，,C1充電 v i2 = VTH 時(shí)，, 進(jìn)入暫態(tài)： vi1 =0、 vo1=1、 vo2=0,C2充電 vi1 = VTH 時(shí) G1導(dǎo)通 vO1=0, vi1, vo1=1,返回暫態(tài), G2導(dǎo)通 vo2=0

7、,C1開始充電、C2 放電,1,0,1,0,1,0,3、電壓波形,1,0,1,0,0,1,振蕩器進(jìn)入第一暫態(tài),C1充電,C2放電.,振蕩器進(jìn)入第二暫態(tài), C1放電，C2充電.,結(jié)論： 多諧振蕩器只有兩個(gè)暫態(tài), 暫態(tài)時(shí)間由充電參數(shù)決定。 這里參數(shù)計(jì)算不作要求。,圖6.4.5 P331,1、組成,利用門電路的傳輸延遲時(shí)間tpd ， 將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接。,vO1,vO2,vO3,2、工作波形,tpd,3、計(jì)算,TW = ntpd ；,T=2TW =2ntpd；,一般，tpd =,TTL類幾十 ns,CMOS類幾百ns,（所以，環(huán)形振蕩器的振蕩頻率f 特別高）,為了獲得較低的、可調(diào)的f ，可在環(huán)形

8、回路中增加RC延時(shí)環(huán)節(jié)。,TW,n是門的數(shù)目。,6.4.3環(huán)形振蕩器工作原理,0,1,0,1,1,0,1,0,0,4、實(shí)用的環(huán)形振蕩器,6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧,3、構(gòu)成矩形波振蕩器,0,1,1,0,C充電,C放電,4、電路改進(jìn),占空比可調(diào)電路如圖：,充電經(jīng)過R2 ，放電經(jīng)過R1 ，,q =T1/T,T=T1+T2,調(diào)節(jié)R1 或 R2 ，即可調(diào)節(jié)q,P-487,年 美國 卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電磁振蕩的頻率。 巴黎廣播電臺首先用嚴(yán)濟(jì)慈制作的石英振蕩片實(shí)現(xiàn)了無線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國相繼采用，使無線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要應(yīng)用之一。,6.4.5 石英晶體多諧振蕩器,

9、6.5.1 555定時(shí)器 （數(shù)/模混合IC）,一、電路結(jié)構(gòu), 分壓電路： VCC/3，2VCC/3。,6.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用, 基本RS觸發(fā)器, 輸出緩沖器（G3,G4）,開關(guān)三極管（TD）, 受G3輸出狀態(tài)控制, 即與vO狀態(tài)有關(guān)。,電壓比較器： C1為反相比較器, C2為同相比較器。,二、555定時(shí)器的框圖與片端,低電平觸發(fā)端,高電平觸發(fā)端,放電端,置0端,電源端,外接電壓端,輸出端,接地端,2、6、7、5、3五端之間的關(guān)系一定要清楚！,三、功能表,0,1,0,導(dǎo)通,1,0,1,0,1,1,1,截止,圖6.5.1 P-348,表 6.5.1 555定時(shí)器功能表,1,1,0,0,Vo和

10、TD狀態(tài) 維持不變,0,1,0,截止,復(fù)習(xí)基本SR觸發(fā)器的邏輯功能,結(jié)論：在 4端=高電平條件下，只要2端 ，則Vo = 1。,6.5.2 用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器,2、工作原理,1、電路組成,6.5.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,不變,不變,導(dǎo)通,0,截止,1,導(dǎo)通,0,T,VO,VI2,VI1,輸 出,輸 入,a、接通電源，設(shè)vC=0,vo=0, TD導(dǎo)通，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。,vc=0,2、工作原理,1、電路組成,vI1=0,vI2=1,0,VCC,只要vI1(VCC/3) ，vo=0的穩(wěn)態(tài)一直維持下去。,6.5.3、用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,b、當(dāng)輸入信號下降沿到達(dá)時(shí), 電

11、路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 。,tW,tw = RC1n3 1.1RC,c、電容放電, 電路自動返回到穩(wěn)態(tài),1、工作原理,單穩(wěn)的低電平觸發(fā)脈沖間隔時(shí)間若小于tW，會出現(xiàn)什么情況？,暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tW推導(dǎo),o,t,o,0,tW,5端外接電源的單穩(wěn)電路,+E,vI,vC,vO,單穩(wěn)觸發(fā)脈沖低電平時(shí)間過長問題。,解決辦法: 在觸發(fā)端加微分電路.,如果低電平時(shí)間超過1.1RC,則單穩(wěn)態(tài)時(shí)間tW無法計(jì)算。,習(xí)題6.26：,3、用555定時(shí)器組成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn),0,0,0,t,t,t,tW,(補(bǔ)充題,不作要求),6.5.4、用555定時(shí)器組成多諧振蕩器,vO,2,3,V,CC,1,3,V,CC,v,C,0,t1,不變,不變

12、,導(dǎo)通,0,截止,1,導(dǎo)通,0,T,VO,VI2,VI1,輸 出,輸 入,截止,（P-353）,1、電路組成,2、工作原理,設(shè)vC在初始時(shí)間為0.,555定時(shí)器組成多諧振蕩器,v,2,3,V,CC,1,3,V,CC,v,C,0,t2,t2=R2C1n20.7R2C,不變,不變,導(dǎo)通,0,截止,1,導(dǎo)通,0,T,VO,VI2,VI1,輸 出,輸 入,振蕩周期: T=t1+t2=(R1+2R2)Cln2,問題：如果5端外接電源E，將有什么區(qū)別？,占空比可調(diào)的多諧振蕩器,圖示電路是用兩個(gè)555定時(shí)器接成的開機(jī)延時(shí)報(bào)警器。當(dāng)開關(guān)S斷開后，經(jīng)過一定的延遲時(shí)間后揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。如果在延遲時(shí)間內(nèi)S重新閉合，

13、揚(yáng)聲器不會發(fā)出聲音。在圖中給定的參數(shù)下，求延遲時(shí)間的具體數(shù)值和揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的頻率。已知G1是CMOS反相器，輸出的高、低電平分別為VOH12V，VOL0V。,習(xí)題6.31 構(gòu)成延遲報(bào)警器,延遲時(shí)間： tW =1.1RC,揚(yáng)聲器頻率：,圖 用 555 定時(shí)器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器 (a) 電路圖； (b) 波形圖,構(gòu)成模擬聲響發(fā)生器,某年試題：（1）.兩片555各組成什么電路？ （2）.簡要分析各電路及LED管閃爍的原理。 （3）.求發(fā)亮、熄滅的時(shí)間和閃爍周期。,構(gòu)成間歇閃光燈,解：, U1構(gòu)成多諧,U2構(gòu)成單穩(wěn)。,VOH,vo1,t2,t1,vC2,vo2, vo1為高電平時(shí)間： t1 = 0.7(R1+R2)C1 vo1為低電平時(shí)間： t2 = 0.7R2C1,LED發(fā)亮?xí)r間： t3 = R3C2ln3 LED熄滅時(shí)間： t4 = t1+ t2t3,LED閃爍周期： T = t1+ t2,t3,本章作業(yè),6.25; 6.26; 6.28; 6.29; 6.31;,1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：中規(guī)模計(jì)數(shù)器 時(shí)間：星期天下午,本 周 實(shí) 驗(yàn),