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1、8 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生基本要求基本要求2、理解理解555定时器的工作原理，定时器的工作原理，掌握掌握其应用。其应用。1、了解了解门电路组成的单稳态触发器、施密特触门电路组成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的电路组成，发器、多谐振荡器的电路组成，理解理解其工作原理其工作原理和应用；和应用；1概概 述述1、单元电路类型、单元电路类型:(1)单稳态触发器单稳态触发器定时、延时，消除噪声定时、延时，消除噪声 (2)施密特触发器施密特触发器滤波整形，波形变换滤波整形，波形变换 (3)多谐振荡器多谐振荡器产生矩形波，时钟脉冲波产生矩形波，时钟脉冲波 (4)555定时器定时器多
2、用途器件多用途器件2、电路结构特点：、电路结构特点：(1)含有开关元件含有开关元件各种门电路各种门电路产生高低电平产生高低电平 (2)含有储能元件含有储能元件阻容延时元件等阻容延时元件等3、电路工作特点：、电路工作特点：开关元件的状态转换导致电路的过渡过程开关元件的状态转换导致电路的过渡过程4、分析方法、分析方法:波形图分析法波形图分析法21、门坎电平（阈值电压、门坎电平（阈值电压)：VTHTTL与非门与非门 一般而言，一般而言，开门电平开门电平(VON)和和关门电平关门电平(VOFF)不相等。不相等。为分析方便，将其理想化处理，引入为分析方便，将其理想化处理，引入门坎电平（或阈门坎电平（或阈
3、值电平）值电平）的概念，记为的概念，记为VTH。TTL与非门或反相器的电压传输特性为：与非门或反相器的电压传输特性为：TTL与非门的与非门的VTH=1.4V；预备知识：预备知识：开门电平开门电平VON：使使与非门开通与非门开通的的输入输入高电平的最小值高电平的最小值。关门电平关门电平VOFF：使使与非门关闭与非门关闭的的输入输入低电平的最大值低电平的最大值。输出高电平（逻辑输出高电平（逻辑1）与非门关闭与非门关闭输出低电平（逻辑输出低电平（逻辑0）与非门开通与非门开通3VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOv vO Ov vI IVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器反相器CM
4、OS反相器的反相器的VTH=VDD/2。同样，同样，CMOS反相器也有反相器也有门坎电平门坎电平或（阈值电压或（阈值电压)：VTH42、TTL与非门的输出等效电路：与非门的输出等效电路：&输出为高电平输出为高电平（与非门关闭）（与非门关闭）时：时：3.6VRo100 v vOH输出为低电平输出为低电平（与非门开通）（与非门开通）时：时：0.3Vv vOL输出输出电阻电阻53、TTL与非门的与非门的关门电阻关门电阻和和开门电阻开门电阻:&Rv vIv vO 输入端悬空，相当于接逻辑高电平；输入端悬空，相当于接逻辑高电平；输入端经电阻接电源电压，相当于接逻辑高电平；输入端经电阻接电源电压，相当于接
5、逻辑高电平；输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大小有关。阻值大小有关。Rv vI1.0VROFF1.4VRON输出高电平输出高电平 与非门关闭与非门关闭输出低电平输出低电平 与非门开通与非门开通6ROFF=0.85k RON=2.5k RRON与非门开通，与非门开通，输出低电平。输出低电平。关门电阻关门电阻开门电阻开门电阻 而对于而对于CMOS门电路而言：门电路而言：(1)输入端不许悬空；输入端不许悬空；(2)输入端经电阻接电源时，与接逻辑高电输入端经电阻接电源时，与接逻辑高电平等效；平等效；(3)输入端经电阻接地时，与接逻辑低电平输入端经电阻接地时，
6、与接逻辑低电平等效。等效。74LS系列：系列：RON=9k74、电容的储能作用：电容的储能作用：(1)电容具有储能作用，当两端电压增大时，储存电容具有储能作用，当两端电压增大时，储存电场能；当两端电压减小时，释放电场能。电场能；当两端电压减小时，释放电场能。(2)微分电路：微分电路：(3)积分电路：积分电路：CRv vIv vdv vc+电容上的电压不能突变。电容上的电压不能突变。换路定律：换路定律：v vC(0+)=v vC(0-)CRv vIv vc+稳态时，电容相当于开路。稳态时，电容相当于开路。88.1 单稳态触发器单稳态触发器 1)电路有一个稳态、一个暂稳态电路有一个稳态、一个暂稳态
7、;2)在外加触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；在外加触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；3)经过一段时间，电路将自动由暂稳态返回到稳态；经过一段时间，电路将自动由暂稳态返回到稳态；4)暂态的持续时间只取决于电路参数，而与所加触发信号暂态的持续时间只取决于电路参数，而与所加触发信号的宽度无关。的宽度无关。与基本与基本SR触发器区别！触发器区别！单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：注意注意:后者为双稳态电路后者为双稳态电路98.1.1 用用CMOS门电路组成的门电路组成的微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器两个与非门两个与非门(或非门或非门)+RC微分电路构成微分电路构成1、电路
8、组成：、电路组成：注意与注意与P389 图的不同：输入端未加微分电路图的不同：输入端未加微分电路11v vO1v vOG2G1v vIVDDRCv vI2v vI2与作业类似与作业类似&v vO1v vOG2G1v vIRC与基本与基本SR锁存锁存器有何不同？器有何不同？输入为窄脉冲，输出为宽脉冲输入为窄脉冲，输出为宽脉冲10v vIv vO1v vI2v vO(1)v vI未加单正脉冲未加单正脉冲 v vI=0稳态时稳态时C开路开路v vI2=1 v vO=00V01012、或非门组成的微分型单稳态触发器的工作原理、或非门组成的微分型单稳态触发器的工作原理电容两端电压相等，电容两端电压相等，
9、v vC=0V电路处于稳态电路处于稳态11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC+v vO1=VDD11v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(2)v vI加触发单正脉冲加触发单正脉冲,电路进入电路进入暂稳态暂稳态;v vO1=0，电容电压不能突，电容电压不能突变变v vI2下跳变下跳变 v vO=1v vCv vO=1 v vO1=0v vO=1形成正反馈，即使形成正反馈，即使v vI正脉冲消失，正脉冲消失，输出仍能维持输出仍能维持自锁。自锁。010此状态能否此状态能否一直保持下一直保持下去？去？+12v vIv vO1v
10、vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2(3)VDD经经R向电容向电容C充电，充电，v vI2逐渐升高；逐渐升高；0VTH(4)当当v vI2阈值电压阈值电压Vth时，时，电路状态将发生突变：电路状态将发生突变：+13v vIv vO1v vI2v vO11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VDD+VTHVDD+v vO由由1变变0v vO=1(注意：注意：此时此时v vI的正脉冲已撤消的正脉冲已撤消)电容电压不能突变电容电压不能突变v vC=Vth v vI2上升到上升到VDD+Vthv如果如果G2是是CMOS门，由于保护二极管的作用门，由于保护二
11、极管的作用 v vI2只能上升到只能上升到VDD+VTHVth0001暂态过程结束暂态过程结束+1411v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2VTH+VDD+VDD+VTHv vIv vO1v vI2v vO(5)恢复过程恢复过程:电路返回稳态电路返回稳态:v vI=0 v vO1=1 v vO=0 v vI2=VDD电容放电，电容放电，v vC恢复到稳态值恢复到稳态值;等待下一次触发等待下一次触发特点特点:输入窄脉冲，输入窄脉冲，输出宽脉冲。输出宽脉冲。15(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tWVDD+VTHv vI2v vOVTHVDD+11v vO1v vOG2G1v vIVDD
12、v vI20tWtW=0.7RC 只取决于电路参数，与只取决于电路参数，与输入脉冲宽度无关。调节输入脉冲宽度无关。调节R或或C，可改变可改变tW宽度。宽度。tW+3、主要参数计算：、主要参数计算：根据根据RC电路瞬态分析电路瞬态分析的三要素法：的三要素法：RVTH=VDD/216(2)恢复时间恢复时间tre0tre 一般认为经过一般认为经过(35)RC时时间，电容已经放电完毕，间，电容已经放电完毕，即：即：(3)最大工作频率：最大工作频率：则，触发脉冲的间隔则，触发脉冲的间隔(周期周期)最小不能小于最小不能小于tw+tre，即：即：Tmintw+treVDD+VTHv vRv vOVTHVDD
13、+tWtre=(35)RC174 4、讨论：、讨论：11v vO1v vOG2G1v vIVDDv vI2RC (1)为保证触发脉冲为窄脉为保证触发脉冲为窄脉冲，输入端加冲，输入端加RC微分电路微分电路Cdv vIv vdRd (2)为避免在瞬态结束瞬间为避免在瞬态结束瞬间v vI2上上跳变时损坏跳变时损坏CMOS门，在器件内部门，在器件内部有二极管保护电路。有二极管保护电路。(3)与非门组成的微分型单稳态触发器是负窄脉冲与非门组成的微分型单稳态触发器是负窄脉冲触发，输出负宽脉冲！触发，输出负宽脉冲！(4)若用若用TTL与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到
14、输入电流，则应入电流，则应R Roff，而，而Rd Ron。CMOS门组成的单稳门组成的单稳态触发器中态触发器中R、Rd 不受此限制。不受此限制。18补充：补充：积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器工作原理：工作原理：1)稳态：稳态：v vI=0，未加触发正脉冲，未加触发正脉冲G1、G2封锁封锁,v vO1=v vO=1v vO1经经R向向C充电至充电至v vc=v vO1=12)v vI加触发正脉冲加触发正脉冲,电路由电路由稳态变为暂态：稳态变为暂态：v vI G1开启开启,v vO1由由1 0v vc=1不能突变，不能突变，G2全全1出出0，v vO由由1 0两个与非门两个与非门+RC积分
15、电路积分电路011100v vIv vOG1G2v vcv vO11&R19v vIv vOG1G2v vcv vO11&R1003)v vc经经R和导通和导通G1放电，电放电，电路自动返回稳态。路自动返回稳态。v vc c v vthth时时G2封锁封锁v vO由由0 1即使即使 v vI正脉正脉冲仍存在冲仍存在4)恢复过程恢复过程v vI下跳变下跳变 G1封锁封锁,v vO1由由0 1，v vO1又经又经R向向C充电，经充电，经3RC后，后，v vc=1 稳态稳态vth1120v vIv vO1v vcv vO(1)稳态稳态(2)触发触发(3)电容放电电容放电(4)输出翻转输出翻转(5)输
16、入消失输入消失(6)电容充电电容充电(7)恢复稳态恢复稳态tI波形图波形图tWv vIv vOG1G2v vcv vO1&1特点特点:输入宽脉冲，输入宽脉冲，输出窄脉冲。输出窄脉冲。1 23 4 5 6 7 21输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW取决于取决于电容从电容从v vOH=3.6v放电至放电至阈值电平阈值电平1.4V的过渡时的过渡时间。间。v vO1v vcv vO2123 4 5 6 7 tWtpitWRO=100 TTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻v vIv vOG1G2v vcv vO11&RC22(1)电路中无反馈电路中无反馈电路状态电路状态转换过程较慢转换过程较慢输出波形输出波形上升沿较差，上升沿较差，(2)电路要正常工作必须电路要正常工作必须tpi tW 适用于宽脉冲触发的电路。适用于宽脉冲触发的电路。v vIv vOG1G2v vcv vO11&RC两点说明：两点说明：为此，后面再加一级整形电路为此，后面再加一级整形电路触发脉冲最小周期触发脉冲最小周期 Tmin5RC v vO1v vcv vO123 4 5 6 7 tWtpitW23积分型单稳态触发器：积分型单稳
