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1、18 脉冲波形的脉冲波形的产生与生与变换8.4 多多谐振振荡器器（由（由CMOS门）门）8.3 单稳态触触发器器8.2 施密特触施密特触发器（器（由由CMOS门）8.1 555定定时器及其器及其应用用 2多谐振荡器多谐振荡器 -用于产生脉冲用于产生脉冲单稳态触发器单稳态触发器-用于脉冲波形的变换和定时用于脉冲波形的变换和定时施密特触发器施密特触发器-用于脉冲波形的变换，尤其是用于脉冲波形的变换，尤其是 将模拟量转换成数字波形将模拟量转换成数字波形8 脉冲波形的脉冲波形的产生与生与变换3 教学基本要求教学基本要求正确理解正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触
2、发器的电路组成及发器的电路组成及工作原理工作原理。掌握掌握多谐、单稳、施密特电路的逻辑功能及多谐、单稳、施密特电路的逻辑功能及主要主要指标计算指标计算。掌握掌握555定时器的工作原理。定时器的工作原理。掌握掌握由由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路定时器组成的多谐、单稳、施密特电路工作原理及外接参数及电路指标的计算。工作原理及外接参数及电路指标的计算。8 脉冲波形的脉冲波形的产生与生与变换48.1 555定定时器及其器及其应用用 *8.1.1 555定定时器器8.1.2 定定时器器应用用举例例 电路的组成电路的组成二、二、 用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 一、一、
3、 用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器 三、三、 用用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器 工作原理工作原理 555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 5 8.1.1 555定定时器器 电路的组成电路的组成 工作原理工作原理导通导通00截止截止11导通导通01保持保持1保持保持截止截止禁禁止止1阈值阈值vI1触发触发vI2复位复位RD输出
4、输出vO放电放电T101010110016 8.1.1 555定定时器器一、一、 多谐振荡器电路多谐振荡器电路1、电路的组成、电路的组成 ；2、工作原理、工作原理 ；3、技术指标、技术指标7 一、一、一、一、 用用用用555555定时器组成定时器组成定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 8.1.2 8.1.2 定时器应用定时器应用R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输
5、出出输输 入入截止截止导通导通8 一、一、一、一、 用用用用555555定时器组成定时器组成定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 8.1.2 8.1.2 定时器应用定时器应用v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 9tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC 占空比可调占空比可调 用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器 8.1.2 定定时器器应用用举例例10 8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 定时
6、器应用定时器应用定时器应用定时器应用三、三、 施密特电路施密特电路1、电路的组成、电路的组成 ；2、工作原理、工作原理 ；3、技术指标、技术指标11 8.1.3 定定时器器应用用举例例 用用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入013VCC23VCCvIvOVOH128.1 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器二、二、单稳态触发器电路单稳态触发器电路1、电路的组成、电路的组成 ；2、工作原理、工作原理 ；3、技术指标、技术指标13 t vO VOH o vI o t vC o 1
7、3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 8.1.2 8.1.2 定定定定时时器器器器应应用用用用C1_C2+不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降沿到达时, 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 C1+tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电, 电路自动返回到稳态电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理142、用用555定时器组成定时器组成可重复触发单稳，即心电信号检测器可重复触发单稳，即心电信号检测器55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 F8.1.2 8.1.2
8、8.1.2 8.1.2 定时器应用定时器应用定时器应用定时器应用*电容器上电压大于电容器上电压大于2VCC/3、RSFF置置0，电路输出为电路输出为0，电容器放电为，电容器放电为0， 。 158.4 多多谐振振荡器器 组成特点组成特点: 开关电路开关电路 - 如门电路、电压比较器如门电路、电压比较器等，产生高、低电平；等，产生高、低电平； 反馈延迟环节反馈延迟环节 -将输出电压恰当地将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态；反馈给开关器件使之改变输出状态； 多谐振荡器多谐振荡器是一种是一种自激振荡器自激振荡器， 电路在接通电源后，无需外加触发信号就能产生一定频率电路在接通电源后，无需外加
9、触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波、脉冲波或方波。和幅值的矩形波、脉冲波或方波。 无稳态无稳态：输出：输出 Q 从从0、1、0，两个状态都是，两个状态都是暂稳暂稳。开关开关电路电路 延时环节延时环节8.4.1 门电路路组成的多成的多谐振振荡器器8.4.2 石英晶体振石英晶体振荡器器 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 振荡周期的计算振荡周期的计算16附： CMOS反相器的传输特性iD+VDDB1G1D1S1+ +uI - -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /V转折电压转折电压阈值电压：阈值电压：UTH阈值电压阈值电压:UTH =
10、0.5( VDD)17 8.4.1 门电路路组成的多成的多谐振振荡器器 1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理图图9.1.1 由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器VC 组成特点组成特点: 开关电路开关电路 - 如门如门电路、电压比较器等，电路、电压比较器等，产生高、低电平；产生高、低电平； 反馈延迟环节反馈延迟环节 -将输出电压恰当地反将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改馈给开关器件使之改变输出状态；变输出状态；01010118 8.4.1 门电路路组成的多成的多谐振振荡器器 1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路
11、组成及工作原理电路组成及工作原理VC设设vI = 0, vo1=1, vo2=0010vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0vI vTH vo1 vo2 (1) 第一暂稳态及电路的翻转第一暂稳态及电路的翻转 101进入进入 第二暂稳态第二暂稳态 19 8.4.1 门电路路组成的多成的多谐振振荡器器 1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理VC010vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0vI vTH vo1 vo2 (1) 第一暂稳态及电路的翻转第一暂稳态及电路的翻转 101(2) 第二暂稳态及电路的翻转第二暂稳态及电路的翻转 回到回到
12、 第一暂稳态第一暂稳态 2. 2. 振荡周期振荡周期振荡周期振荡周期T T的计算的计算的计算的计算TT2T120 2. 2. 振荡周期振荡周期振荡周期振荡周期T T的计算的计算的计算的计算vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0TT2T1T=T1(充电充电)+T2(放电放电) 8.4.1 门电路路组成的多成的多谐振振荡器器TRC1n41.4RC 周期周期T取决于取决于RC 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。 21工作原理：工作原理： 8.4.2 石英晶体振石英晶体振荡器器特点：频率稳定，精度高。特点：频率稳定，精度高。1. 符号和选频特性符号和选频特性符号符号当当 f =
13、f0 时时,电抗电抗 X = 0fXf0电电感感性性电电容容性性2. 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1. 反相器静态工作在转折区（放大）反相器静态工作在转折区（放大）2. 石英晶体石英晶体 X = 0, 回路构成正反馈回路构成正反馈;电阻取值范围：电阻取值范围：TTL反相器：反相器：R1= R2 = 0.7 2 k CMOS反相器：反相器：R1= R2 =10 100 M 223. CMOS 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器为保证为保证 CMOS 反相器静态时工反相器静态时工作在转折区，偏置电阻作在转折区，偏置电阻RF 取值为取值为 :RF =10 100 M C1RFC2uo111
14、00 M 20 pF5 50 pF f0 8.4.2 石英晶体振石英晶体振荡器器4. 秒信号发生器秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 触发器触发器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz23 石英晶体振石英晶体振石英晶体振石英晶体振荡荡器器器器应应用用用用248.2 施密特触施密特触发器器 8.2.1 门电路路组成的施密特触成的施密特触发器器 8.2.2 集成施密特触集成施密特触发器器 8.2.3 施密特触施密特触发器的器的应用用工作特点：工作特点：工作特点：工作特点： 施密特触发器属于施密特触发器属于电平触发器件电平触发器件，
15、适用于缓慢变化的信号，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 电路有电路有两个阈值电压两个阈值电压。 输入信号增加和减少时，电路的阈输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性 。vovIvovI迟滞比较器迟滞比较器25普通反相器和施密特反相器的比较普通反相器和施密特反相器的比较AY1普通反相器普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4 VCMOS：施密特反相器施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压uY回差电
16、压：回差电压：8.2 施密特触施密特触发器器26UTH?TTL：1.4 VCMOS：UT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压回差电压：回差电压：8.2 施密特触施密特触发器器27UT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压回差电压：回差电压：8.2 施密特触施密特触发器器28 8.2.2 8.2.2 集成施密特触集成施密特触集成施密特触集成施密特触发发器器器器CMOS CMOS 集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器CC401061A1Y2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4YVDDVSS1234567141312111098CC409
17、33A3B3Y4Y4A4BVDDVSS12345671413121110 9 81A1Y1B2A2Y2BTTL TTL 集成施密特触发器（集成施密特触发器（集成施密特触发器（集成施密特触发器（74147414）29 8.2.3 8.2.3 施密特触施密特触施密特触施密特触发发器的器的器的器的应应用用用用1. 1. 波形的整形及变换波形的整形及变换波形的整形及变换波形的整形及变换 vovIvovT2vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。 为去掉干扰信号回差电压应如何选择？为去掉干扰信号回差电压应如何选择？30 2. 2. 幅度鉴别幅度鉴别幅度鉴别幅度鉴别
18、 8.2.3 施密特触施密特触发器的器的应用用vovI00ttVth(VT+)31 3. 3. 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 8.2.3 施密特触施密特触发器的器的应用用CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t328.3 单稳态触触发器器 电路有一个电路有一个稳态稳态，一个，一个暂稳态暂稳态。 外来触发脉冲使：电路由外来触发脉冲使：电路由稳态稳态暂稳态暂稳态稳态稳态。 暂稳态的持续时间仅仅决定于电路中暂稳态的持续时间仅仅决定于电路中RC的参数。的参数。性能特点：性能特点：性能特点：性能特点：8.3.1 门电路路组成的微分型成的微分型单稳态触触发器器8.3.2
19、集成集成单稳态触触发器器8.3.3 单稳态触触发器的器的应用用用途用途用途用途: :定时：定时：产生一定宽度的方波。产生一定宽度的方波。延时：延时：将输入信号延迟一定时间后输出。将输入信号延迟一定时间后输出。整形：整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。33 8.3.1 门电路路组成的微分型成的微分型单稳态触触发器器 1. 1. 电路电路电路电路vO1vO2vcRvI&CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器（图单稳态触发器（图9.2.1a） CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器（图（图9.2.1b）
20、 vO1vO2vcvIRVDD34 2. 2. 工作原理工作原理工作原理工作原理 8.3.1 门电路路组成的微分型成的微分型单稳态触触发器器vO1vO2vcvIRVDD稳态稳态 a)无触发信号无触发信号电路处于电路处于稳态稳态 01001暂稳态暂稳态b)外加触发信号外加触发信号进入进入暂稳态暂稳态100110c)电容充电电容充电暂稳态暂稳态自动自动稳态稳态003. 3. 主要参数的计算主要参数的计算主要参数的计算主要参数的计算稳态稳态 35vOvItwtw8.3.2 集成集成单稳态触触发器器 基本形式：基本形式：外接定时元件电容外接定时元件电容C，电阻，电阻R（有的内含电阻）（有的内含电阻）触
21、发信号的形式：正沿触发、负沿触发触发信号的形式：正沿触发、负沿触发具有两个对称互补输出端具有两个对称互补输出端 Q 和和 /Q定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间集成单稳型号：集成单稳型号：非可重复触发型非可重复触发型：如：如LS121、LS221可重复触发型可重复触发型：如：如LS122、LS123、MC14538不可重复触发不可重复触发vOvItwtw被重复触发被重复触发36 1. 1. 不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 电路结构电路结构电路结构电路结构74121触发
22、信号控制电路触发信号控制电路窄脉冲形成窄脉冲形成微分型单稳触发器微分型单稳触发器输出输出缓冲缓冲37 工作原理工作原理工作原理工作原理 1. 1. 不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器74121关键关键: 窄脉冲形成窄脉冲形成不可重复触发不可重复触发稳态稳态 0100101A1 A2 B Q Q 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 011暂稳态暂稳态微分型单稳触发器微分型单稳触发器00111010稳态稳态 A1 A2 B Q Q 0 0 1 1 1 1输出脉冲宽度：输出脉冲宽度： tw0.7RC 38例例例例: : 组成噪声消除电路组成噪声消除电路组成噪声消除电路组成噪声消除电路 8.3.3 单稳态触触发器的器的应用用RCCextCext/Rext7412174121vovccB A1 A2vIC1DRvovIDCP(R)vovI噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度 而小于信号脉宽，才可消除噪声。而小于信号脉宽，才可消除噪声。 噪声噪声 39结束第八章作业：8.4.4、 8.4.5。40
