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1、8 脉冲波形脉冲波形(b xn)的变换与产生的变换与产生基本基本(jbn)要求要求2、理解理解(lji)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、施密特触发器、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，多谐振荡器的电路组成，理解理解其工作原理和应用；其工作原理和应用；第一页，共九十三页。1数电-07-脉冲波形的变换与产生资料概概 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)
2、多谐振荡器多谐振荡器产生矩形产生矩形(jxng)波，时钟脉冲波波，时钟脉冲波 (4)555定时器定时器多用途器件多用途器件2、电路、电路(dinl)结构特点：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、电路工作(gngzu)特点：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第二页，共九十三页。2数电-07-脉冲波形的变换与产生资料1、门坎、门坎(mnkn)电平（阈值电压电平（阈值电压)：VTHT
3、TL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。为不相等。为分析方便分析方便(fngbin)，将其理想化处理，引入，将其理想化处理，引入门坎电平（或阈门坎电平（或阈值电平）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与非门或反相器的电压(diny)传输特性为：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
4、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第三页，共九十三页。3数电-07-脉冲波形的变换与产生资料VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器反相器CMOS反相器的反相器的VTH= VDD /2。 同样同样(tngyng)，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)：VTH第四页，共九十三页。4数电-07-脉冲波形的变换与产生资料2、TTL与非门的输出与非门的输出(shch)等效电路：等效电路：&输出输出(shch)为高电平为高电平（与非门关闭
5、）（与非门关闭）时：时：3.6VRo100 vOH输出输出(shch)为低电平为低电平（与非门开通）（与非门开通）时：时：0.3VvOL输出输出电阻电阻第五页，共九十三页。5数电-07-脉冲波形的变换与产生资料3、 TTL与非门的与非门的关门关门(gunmn)电阻电阻和和开门电阻开门电阻:&RvIvO 输入输入(shr)端悬空，相当于接逻辑高电平；端悬空，相当于接逻辑高电平； 输入端经电阻接电源电压输入端经电阻接电源电压(diny)，相当于接逻辑高电平；，相当于接逻辑高电平； 输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大小有关。小有关。RvI1.0VRO
6、FF1.4VRON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第六页，共九十三页。6数电-07-脉冲波形的变换与产生资料ROFF=0.85k RON=2. 5k RRON与非门开通与非门开通(kitng)，输出低电平。输出低电平。关门关门(gunmn)电电阻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，与接逻辑低电平等效。等效。74LS系列：系列
7、：RON=9k第七页，共九十三页。7数电-07-脉冲波形的变换与产生资料4、 电容的储能电容的储能(ch nn)作用：作用： (1)电容具有储能作用，当两端电压增大时，储存电电容具有储能作用，当两端电压增大时，储存电场场(din chng)能；当两端电压减小时，释放电场能；当两端电压减小时，释放电场(din chng)能。能。 (2)微分电路：微分电路： (3)积分电路：积分电路：CRvIvdvc+ 电容电容(dinrng)上的电压不能突变。上的电压不能突变。换路定律：换路定律：vC(0+)=vC(0-)CRvIvc+ 稳态时，电容相当于开路。稳态时，电容相当于开路。第八页，共九十三页。8数电
8、-07-脉冲波形的变换与产生资料8.1 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; 2) 在外加触发在外加触发(chf)信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；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，而与所加触发信号的宽度无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。关。与基本与基本(jbn)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(tdin)：注意注意:后者为双稳态电路后者为双稳态
9、电路第九页，共九十三页。9数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.1.1 用用CMOS门电路组成门电路组成(z chn)的的微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器两个两个(lin )与非门与非门(或非门或非门)+RC微分电路构成微分电路构成1、电路、电路(dinl)组成：组成：注意与注意与P389 图图8.1.1的不同：输入端未加微分电路的不同：输入端未加微分电路11vO1vOG2G1vIVDDRCvI2vI2与作业与作业8.1.1类似类似&vO1vOG2G1vIRC与基本与基本SR锁存器锁存器有何不同？有何不同？输入为窄脉冲，输出为宽脉冲输入为窄脉冲，输出为宽脉冲第十页，共九十三页。10数电-
10、07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1vI2vO(1) vI未加单正脉冲未加单正脉冲(michng) vI =0稳态时稳态时C开路开路(kil)vI2=1 vO=00V01012、或非门组成的微分型单稳态触发器的工作、或非门组成的微分型单稳态触发器的工作(gngzu)原理原理电容两端电压相等，电容两端电压相等， vC=0V电路处于稳态电路处于稳态11vO1vOG2G1vIVDDvI2RC+vO1=VDD第十一页，共九十三页。11数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1vI2vO11vO1vOG2G1vIVDDvI2(2) vI加触发加触发(chf)单正脉冲单正脉冲,电路进入电路进入暂稳
11、态暂稳态;vO1=0，电容，电容(dinrng)电压不电压不能突变能突变vI2下跳变下跳变 vO=1vCvO=1 vO1=0vO=1形成正反馈，即使形成正反馈，即使(jsh)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？+第十二页，共九十三页。12数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1vI2vO11vO1vOG2G1vIVDDvI2(3) VDD经经R向电容向电容(dinrng)C充电，充电，vI2逐渐升高；逐渐升高；0VTH(4)当当vI2阈值电压阈值电压Vth时，时，电路状态将发生电路状态将发生(fshng)突
12、变：突变：+第十三页，共九十三页。13数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1vI2vO11vO1vOG2G1vIVDDvI2VDD+VTHVDD+vO由由1变变0vO1=1(注意：注意：此时此时(c sh)vI的正脉冲已撤消的正脉冲已撤消)电容电容(dinrng)电压不能突变电压不能突变vC=Vth vI2上升到上升到VDD+Vthv如果如果G2是是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用门，由于保护二极管的钳位作用 vI2只能只能(zh nn)上升到上升到VDD+VTHVth0001暂态过程结束暂态过程结束+第十四页，共九十三页。14数电-07-脉冲波形的变换与产生资料11vO1vOG2
13、G1vIVDDvI2VTH+VDD+VDD+VTHvIvO1vI2vO(5) 恢复恢复(huf)过过程程:电路电路(dinl)返回稳态返回稳态: vI=0 vI2= VDD vO=0 vO1=1电容电容(dinrng)放电，放电，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。第十五页，共九十三页。15数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(1)输出输出(shch)脉冲宽度脉冲宽度tWVDD+VTHvI2vOVTHVDD+11vO1vOG2G1vIVDDvI20tWtW=0.7RC 只取决于电路参数，与输只取决于电路参数，
14、与输入脉冲宽度入脉冲宽度(kund)(kund)无关。调节无关。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(j sun)： 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/2第十六页，共九十三页。16数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(2)恢复恢复(huf)时间时间tre0tre 一般认为经过一般认为经过(jnggu)(35)RC时间，电容已经放电完毕，即：时间，电容已经放电完毕，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(jin g)(周期周期)最小不能小于最小不能小于tw+tre， 即：即
15、：Tmintw+treVDD+VTHvRvOVTHVDD+tWtre=(35)RC第十七页，共九十三页。17数电-07-脉冲波形的变换与产生资料4 4、讨论、讨论(toln)(toln)：11vO1vOG2G1vIVDDvI2RC (1)为保证触发脉冲为保证触发脉冲(michng)为为窄脉冲窄脉冲(michng)，输入端加，输入端加RC微微分电路分电路CdvIvdRd (2)为避免在瞬态结束瞬间为避免在瞬态结束瞬间vI2上跳变上跳变时损坏时损坏CMOS门，在器件门，在器件(qjin)内部有内部有二极管保护电路。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触发，与非门组成的微
16、分型单稳态触发器是负窄脉冲触发，输出负宽脉冲！输出负宽脉冲！ (4)用用TTL与非门组成微分型单稳态触发器与非门组成微分型单稳态触发器(图图8.1.1a)，考虑到输入，考虑到输入电流，则应电流，则应R Roff，而，而Rd Ron。CMOS门组成的单稳态触发器门组成的单稳态触发器中中R、 Rd 不受此限制。不受此限制。第十八页，共九十三页。18数电-07-脉冲波形的变换与产生资料补充补充(bchng)： 积分型单稳态触发积分型单稳态触发器器工作工作(gngzu)原理：原理：1) 稳态：稳态： vI=0，未加触发，未加触发(chf)正脉冲正脉冲G1、G2封锁封锁,vO1=vO=1；2) vI加触
17、发正脉冲加触发正脉冲,电路由稳电路由稳态变为暂态：态变为暂态： vI G1开启开启,vO1由由1 0vc=1不能突变，不能突变，G2全全1出出0， vO由由1 0两个与非门两个与非门+RC积分电路积分电路011100vIvOG1G2vcvO11&RvO1经经R向向C充电至充电至vc=vO1=1第十九页，共九十三页。19数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvOG1G2vcvO11&R1003) vc经经R和导通和导通G1放电，电路放电，电路自动自动(zdng)返回稳态。返回稳态。vc c v vthth时时G2封锁封锁vO由由0 1即使即使 vI正脉正脉冲仍存在冲仍存在4) 恢复恢复(huf
18、)过程过程vI下跳变下跳变 G1封锁封锁(fn su),vO1由由0 1，vO1又经又经R向向C充电，经充电，经3RC后，后， vc=1 稳态稳态vth11第二十页，共九十三页。20数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1vcvO(1)稳态稳态(2) 触发触发(3)电容电容(dinrng)放放电电(4)输出翻转输出翻转(5)输入消失输入消失(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tWvIvOG1G2vcvO1&1特点特点(tdin): 输入宽脉输入宽脉冲，冲， 输出窄脉冲。输出窄脉冲。1 23 4 5 6 7 第二十一页，共九十三页。21数电-07-脉冲波形的变换与产
19、生资料输出输出(shch)脉冲宽度脉冲宽度tW取决取决于于电容从电容从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。vO1vcvO2123 4 5 6 7 tWtpitWRO=100 TTL与非门的输出电阻与非门的输出电阻vIvOG1G2vcvO11&RC第二十二页，共九十三页。22数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(1)电路中无反馈电路中无反馈电路状态转电路状态转换过程较慢换过程较慢输出输出(shch)波形波形上升沿较差，上升沿较差，(2)电路要正常工作必须电路要正常工作必须(bx)tpi tW 适用于宽脉冲触发的电路。适用于宽脉冲触发的电路。vIvOG1G2
20、vcvO11&RC两点说明两点说明(shumng)：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 vO1vcvO123 4 5 6 7 tWtpitW第二十三页，共九十三页。23数电-07-脉冲波形的变换与产生资料积分型单稳态触发器：积分型单稳态触发器：宽脉冲宽脉冲(michng)触发，触发脉冲触发，触发脉冲(michng)宽度要求宽度要求tpitW，尖峰脉，尖峰脉冲干扰不会引起误动作冲干扰不会引起误动作抗干扰能力较强。抗干扰能力较强。但是由于没有正反馈，输出波形的边沿不理想。但是由于没有正反馈，输出波形的边沿不理想。微分型单稳态触发
21、器：微分型单稳态触发器：窄脉冲触发，容易引起误动作；窄脉冲触发，容易引起误动作；电路中有正反馈，所以电路中有正反馈，所以(suy)输出的边沿比较好。输出的边沿比较好。两种单稳态触发器比较两种单稳态触发器比较(bjio)：第二十四页，共九十三页。24数电-07-脉冲波形的变换与产生资料分为分为可重复触发可重复触发(chf)和和不可重复触发不可重复触发两类。两类。不可重复不可重复(chngf)触发型触发型电路进入暂稳态电路进入暂稳态(被触发状态被触发状态)时，不受触时，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发。发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发。可重复触发型可重复触发型电路在暂稳态
22、中仍然可以接受输入，可以被重复电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。不可重复不可重复(chngf)触发触发tWtWtWtW可重复触发可重复触发t（74121、74221、74LS221）（74122、74123、74LS122）8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器第二十五页，共九十三页。25数电-07-脉冲波形的变换与产生资料 1、 不可不可(bk)重复触发的集成单稳态触发器重复触发的集成单稳态触发器 74121触发触发(chf)信号控制电路信号控制电路 微分微分(wi fn)型单稳触发器型单稳触发器
23、定时元件的连接：定时元件的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容：外接电容输出缓冲电路输出缓冲电路(1)电路结构：电路结构：第二十六页，共九十三页。26数电-07-脉冲波形的变换与产生资料Rext/Cext,Cext,Rint外接电阻外接电阻(dinz)/电容电容/内接电阻内接电阻(dinz)引脚引脚QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCRext/CextCextRint74121741211234567141312111098A1、A2、B触发触发(chf)输入输入Q、Q 输出输出74121功能表功能表 HHA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHH
24、HHHL L不可不可触发触发下降沿下降沿触发触发上升沿上升沿触发触发(2)引脚图和功能表引脚图和功能表第二十七页，共九十三页。27数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(3)工作工作(gngzu)波形：波形：A1A2=0B有上升有上升(shngshng)沿沿B=1, A1A2=1并并A2有下降有下降(xijing)沿沿B=1, A1A2=1并并A1有下降沿有下降沿第二十八页，共九十三页。28数电-07-脉冲波形的变换与产生资料外接电容接在外接电容接在10，11引脚引脚(Cext, Rext/Cext)之间，之间，如果如果(rgu)C有极性，正极接有极性，正极接10脚脚(Cext)若使用内部电阻若
25、使用内部电阻(2k)，把，把9引脚引脚(Rint)接接VCC若使用外部电阻若使用外部电阻(1.440k)，电阻两端，电阻两端(lin dun)分别接分别接11,14脚脚(Rext,VCC)输出输出(shch)脉冲宽度脉冲宽度tw=0.7RC(4)定时方式：定时方式：外接电阻外接电阻内部电阻内部电阻+第二十九页，共九十三页。29数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)1、定时、定时利用单稳态触发器输出一定宽度的脉冲，控制其它利用单稳态触发器输出一定宽度的脉冲，控制其它(qt)电路，使之在电路，使之在tW时间内动作或不动作。时间内动作或不
26、动作。用单稳态触发器控制脉冲用单稳态触发器控制脉冲(michng)的定时通过的定时通过&单稳态单稳态触发器触发器vIvAvBvOvAvIvBvOtW第三十页，共九十三页。30数电-07-脉冲波形的变换与产生资料 vO的上升沿相对于的上升沿相对于vI的上升沿延迟了的上升沿延迟了tW1的时间的时间(shjin)，其宽度，其宽度由由R1、C1决定！决定！2、延时、延时将输入信号将输入信号(xnho)延迟一定时间之后输出。延迟一定时间之后输出。第三十一页，共九十三页。31数电-07-脉冲波形的变换与产生资料3、消除噪声电路、消除噪声电路(dinl)(脉宽鉴别电路脉宽鉴别电路(dinl)只要设置只要设置
27、tW，使之小于有用，使之小于有用(yu yn)信号宽度，而大于噪声宽度。信号宽度，而大于噪声宽度。对有用信号，在输入仍保对有用信号，在输入仍保持阶段，持阶段，CP有上升沿，可有上升沿，可以输出信号；以输出信号；对干扰对干扰(gnro)，在，在CP上升沿上升沿到来时，已经消失，所以被到来时，已经消失，所以被消掉。消掉。VCCA1A2BCext Rext/CextQ1DRC1vIvO7412174121(1) vI =0D=0，R=0，触发器清零触发器清零;(2) vI =1 D=1，R=1， CP无上升沿，触发器输出不无上升沿，触发器输出不变变;(3) vI =1 D=1，R=1， CP上升沿上
28、升沿，触发器输出，触发器输出1。vIQvOD触发器：触发器：D、R接接vI；CP接接Q干扰脉冲干扰脉冲tW干扰脉冲干扰脉冲第三十二页，共九十三页。32数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.2 施密特触发器施密特触发器v具有两个稳态；具有两个稳态；v电路状态的电路状态的转换与维持转换与维持均依赖于外加触均依赖于外加触 发电发电平，输入电压在某一点平，输入电压在某一点(y din)上会导致输出上会导致输出 电压电压的突变；的突变；v输入信号电压上升和下降对应的阈值电输入信号电压上升和下降对应的阈值电 压压不同。不同。VT+VT-vIvOvIvOVT+VT-输入信号为上升趋势的电压输入信号为上升趋
29、势的电压(diny)，对应阈值，对应阈值电压电压(diny)VT+输入信号为下降趋势的电压，对应阈值输入信号为下降趋势的电压，对应阈值电压电压VT-电压电压(diny)传输特性具有滞回特性：传输特性具有滞回特性：VT+VT-VT=称为回差称为回差电路特点：电路特点：第三十三页，共九十三页。33数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.2.1 门电路组成门电路组成(z chn)的施密特触发器的施密特触发器 1、电路、电路(dinl)组成：组成：图图8.2.2CMOS反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器G1、G2：CMOS反相器；反相器；设阈值电压设阈值电压Vth=VDD/2， R1R2
30、vIvOvO1vI1R1R211G1G2显然显然, G1门的输入门的输入vI1决定着电路的状态。决定着电路的状态。状态翻转状态翻转(fn zhun)的临界时刻为的临界时刻为vI1 = Vth根据叠加原理有根据叠加原理有第三十四页，共九十三页。34数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(1)当当vI=0V时时 G1门截止门截止(jizh)， G2门导通门导通 vO=0V。设输入设输入(shr)为三角波为三角波由此求得正阈值电压由此求得正阈值电压VT+2、工作、工作(gngzu)原理：原理：tvIVTHVT+VT+VTHvI1=vI从从0V逐渐逐渐,只要只要vI1 VTH，即，即vI VT+时，时，
31、vO=0V不变。不变。tvOvIvOvO1vI1R1R211G1G2vI从从0V逐渐逐渐,当当vI上升到使上升到使vI1=VTH时时第三十五页，共九十三页。35数电-07-脉冲波形的变换与产生资料tvIVTHVT+tvO(2) vI继续继续,当使当使vI1 Vth时，时， 电路电路(dinl)发生如下正反馈过程：发生如下正反馈过程：vI1 vo1 vo 电路状态很快转换电路状态很快转换(zhunhun)为为vo VDD ，由此负阈值电压由此负阈值电压VT-vO=VDDVT-VTHVT-(3) vI，到达，到达(dod)最大值后最大值后，只要，只要vIVT-，vO保持保持VDD不变。不变。vIv
32、OvO1vI1R1R211G1G2第三十六页，共九十三页。36数电-07-脉冲波形的变换与产生资料tvIVTHVT+tvOVT-(4) vI继续继续，当，当vIVT-时，电路时，电路(dinl)发生如下正反馈过程：发生如下正反馈过程：vI1 vo1 vo 电路状态很快转换电路状态很快转换(zhunhun)为为vo= 0V 。(5) vI ，到达最小值后上升，到达最小值后上升(shngshng)，只要，只要vI vth电容反向充电电容反向充电(chng din)vA下降下降在在vR vth时时，vo不不翻转翻转(fn zhun)。vo=0vo1=1vo2=0vR vthvC经经R放电放电(或或v
33、o1向向C反向充电反向充电)vA0tvo0tvo20tvo10tvRVth111RRSCAvovo1vo2vR第一暂态第一暂态第五十六页，共九十三页。56数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(2)当当vRvth时，时，vo翻转翻转vo1、vo2也随着也随着(su zhe)一起翻转。一起翻转。注意注意: 由于电容电压由于电容电压(diny)(diny)不能突变不能突变, ,当当vo1o1 发生下跳变时发生下跳变时, ,vR R下跳变同下跳变同样的值样的值。V111RRSCAvovo1vo2vR0tvo0tvo20tvo10tvRVth第五十七页，共九十三页。57数电-07-脉冲波形的变换与产生资
34、料只要只要(zhyo)vRvth，vo就就不翻转。不翻转。(3)(3)由于由于vo1R，忽略，忽略(hl)与非门输出电阻，且与非门输出电阻，且VOL0 ，则有则有第六十一页，共九十三页。61数电-07-脉冲波形的变换与产生资料补充补充:实验电路实验电路(dinl)2积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器11vIvo1vCRvoCvIvcvo1vo输入宽脉冲输入宽脉冲(michng)，输出窄脉冲。输出窄脉冲。第六十二页，共九十三页。62数电-07-脉冲波形的变换与产生资料补充补充(bchng):实验电路实验电路3微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器G1G2G3整形整形(zhng xng)作用作用稳
35、态：稳态：Vi未加触发负脉冲，未加触发负脉冲，C断路，断路，R=510 Ron(相当于输入高电平相当于输入高电平)G1开通开通vo1=0为什么为什么?R1为什么取为什么取10K?微分电路微分电路将宽脉冲变为将宽脉冲变为窄脉冲窄脉冲注意注意两个微分电路的不同！两个微分电路的不同！第六十三页，共九十三页。63数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIttvdttttvo1vRvo2voG1G2G3波形图波形图tW其中其中(qzhng)第六十四页，共九十三页。64数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)预备知识：预备知识：电压电压(diny)比较器
36、比较器模拟电子中有详述模拟电子中有详述电压比较电压比较(bjio)器是运算放大器的非线性应用（开环）器是运算放大器的非线性应用（开环） 运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高增益、运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多级放大器。低漂移的直耦式多级放大器。C+vI+vI-vO符号符号同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端当当vI+ vI-时，时，vO= +VOmax输出为逻辑输出为逻辑1；当当vI+V-输出输出1V-V+输出输出0门控放电管：门控放电管：受受Q控制的放电开关控制的放电开关RD输出缓冲级：输出缓冲级：提高带负载能力，隔离提高带负载能力，隔离负载的影响
37、负载的影响RS控制控制(kngzh)电电压压阈值阈值(y zh)输入输入触发触发(chf)输入输入放电端放电端复位端复位端电源电源接地接地输出端输出端1、电路结构、电路结构:芯片有八个管脚芯片有八个管脚阈值输入阈值输入触发输入触发输入控制电压控制电压放电端放电端输出端输出端复位端复位端电源电源接地接地第六十六页，共九十三页。66数电-07-脉冲波形的变换与产生资料(2)vI12/3VCC;vI21/3VCCR=0,S=0Q=1vO=1，TD截止截止(jizh);(3)vI11/3VCCR=1,S=1Q保持保持(boch)vO保持，保持，TD保持保持;(4)vI12/3VCC;vI22/3VCC
38、;vI21/3VCC R=0,S=1Q=0 vO=0，TD导通导通2、工作原理工作原理RD=0时，时，TD导通，导通，vO=0RD1/3VCC2/3VCC设设RD=1、VCO悬空，悬空，由于三个电阻的分压关由于三个电阻的分压关系，系，RS第六十七页，共九十三页。67数电-07-脉冲波形的变换与产生资料输输 入入输输 出出RDvI1vI2vOTD状态状态0低电平低电平导通导通1低电平低电平导通导通1不变不变不变不变1高电平高电平截止截止1高电平高电平截止截止555 定时器的功能表定时器的功能表则电路相应的所有则电路相应的所有(suyu)阈值都发生变阈值都发生变化。化。思考：思考：RD=1时，若加
39、控制时，若加控制(kngzh)电压电压VCO，如何？，如何？阈值阈值(y zh)输输入入触发输入触发输入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=0第六十八页，共九十三页。68数电-07-脉冲波形的变换与产生资料则电路相应的所有则电路相应的所有(suyu)阈值都发生变化。阈值都发生变化。思考：思考：RD=1时，若加控制电压时，若加控制电压(diny)VCO，如何？，如何？vI1=VCOvI2=1/2VCO第六十九页，共九十三页。69数电-07-脉冲波形的变换与产生资料3、555定时器的应用定时器的应用(yngyng)a. vI1/3VCC时时，C1输出输出(shch)高电高电平，平，C2输
40、出低电平，输出低电平，vO1=1c. 1/3VCC vI2/3VCC时时，C1输出低电平，输出低电平，C2输出高电平，输出高电平，vO1=0RS第七十页，共九十三页。70数电-07-脉冲波形的变换与产生资料如果如果(rgu)vI从小变大，从小变大，vI1/3VCCvO1=11/3VCC vI2/3VCCvO1=0如果如果(rgu)vI从大变小，从大变小，vI2/3VCCvO1=01/3VCCvI2/3VCCvO1=0 vI1/3VCCvO1=1设设vI输入输入(shr)为三角波为三角波vIvO1VCC12348765VCOVCC1vO2VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCC反相输出的施密
41、特触发器反相输出的施密特触发器RS第七十一页，共九十三页。71数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vIvO1 若在若在5引脚上加控制电压引脚上加控制电压(diny)，可以改变可以改变VT+,VT-电压传输电压传输(chun sh)特性：特性：VT+VT-vO1=0时，时，vO2=0V; vO1=1时，时，vO2=VCC1vIvO1VCC12348765VCOVCC1vO2RS第七十二页，共九十三页。72数电-07-脉冲波形的变换与产生资料tvOVT+2/3 VCCVT-1/3 VCCvIt波形图波形图三角三角(snjio)波波矩形矩形(jxng)波波波形波形(b xn)变换变换第七十三页，共九
42、十三页。73数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2(2)构成构成(guchng)多谐振荡器多谐振荡器:a.初始初始(ch sh)Vc=0，电源合闸，电源合闸，VCC经经R1、 R2向向C充电，充电， vC增大，在增大，在vC2/3 VCC时，时， vO=1，放电管，放电管TD截止；截止；b. vC继续继续(jx)增大，当增大，当vC2/3 VCC时，时， vO=0，放电管，放电管TD导通；导通；c. vC经经R2 和放电管和放电管TD放电，放电， vC下降，当下降，当vC1/3 VCC时，时， vO=1，放电管，放电管TD又截止；又截止；d.
43、VCC又经又经R1、 R2向向C充电，充电， vC增大增大周而复始，周而复始，vO输出矩形波。输出矩形波。RS第七十四页，共九十三页。74数电-07-脉冲波形的变换与产生资料VT+VT-vCvOtPLtPH占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=(R2+R1)/(2R2+R1) * 100%VCC经经R1 、R2向向C充电充电(chng din)VC经经R2和放电管和放电管TD放电放电(fng din)可见占空比只与电阻可见占空比只与电阻(dinz)有有关系关系第七十五页，共九十三页。75数电-07-脉冲波形的变换与产生资料vOVCCR1C0.01uF1234876
44、5R2R3RARB充电充电(chng din)路径：路径：tPH=RACln2放电放电(fng din)路径：路径：tPL=RBCln2占空比：占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH) * 100%=RA/(RA+RB) * 100%占空比可调的方波发生器占空比可调的方波发生器 利用利用(lyng)D单向导电特性，单向导电特性，将充、放电回路分开，再加上将充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空比电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器可调的多谐振荡器第七十六页，共九十三页。76数电-07-脉冲波形的变换与产生资料VCCvI(3)构成构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器v
45、IvOVCCRCvC0.01uF12348765电路组成电路组成(z chn)：触发信号从触发输入端触发信号从触发输入端vI2 (2) 输入，输入，将放电端将放电端(7)与阈值输入端与阈值输入端(6)vI1相连，相连，同时对电源和对地分别接入同时对电源和对地分别接入R和和C，第七十七页，共九十三页。77数电-07-脉冲波形的变换与产生资料VCCvI(3)构成构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765a.电路电路(dinl)的稳态的稳态:vc=0，vo=0， R=S=1vI=1(未加触发未加触发(chf)负脉冲负脉冲)：1）vO=0， TD导通
46、导通，vC迅速放电至迅速放电至0V， R=S=1 vO保持低电平不变保持低电平不变 2）vO=1，TD截止，截止，VCC经经R向向C充电，充电，当当vC2/3 VCC时，时，R=0，S=1 vO=0VTD导通，导通， vC迅速放电至迅速放电至0V R=S=1 vO保持低电平不变保持低电平不变 。b. vI加触发负脉冲，电路翻转为暂态：加触发负脉冲，电路翻转为暂态： vI下跳变，当下跳变，当vI 1/3 VCC时，时，S=0，R=1 Q=1, vO跳变为高电平跳变为高电平，与此同时，与此同时， TD截止，电容被充截止，电容被充电电 。第七十八页，共九十三页。78数电-07-脉冲波形的变换与产生资
47、料VCCvI(3)构成构成(guchng)单稳态触发器单稳态触发器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765c. 当当C充电至充电至2/3VCC时，时， R=0。如输。如输入端触发负脉冲已消失，即入端触发负脉冲已消失，即S=1 Q=0，于是，于是vO跳变为低电平，同时跳变为低电平，同时TD导通，电容导通，电容(dinrng)迅速放电至迅速放电至0V，电路，电路恢复到稳态。恢复到稳态。第七十九页，共九十三页。79数电-07-脉冲波形的变换与产生资料波形图：波形图：vItvCtVTHVCCvOttW该触发器是不可重复该触发器是不可重复(chngf)触发型触发型因为因为(yn wi)触发器回
48、触发器回0的唯一条件是的唯一条件是vC上升至上升至2/3VCC时，时，R=0。第八十页，共九十三页。80数电-07-脉冲波形的变换与产生资料在暂态过程中，在暂态过程中，即使即使vI有新的负脉冲，有新的负脉冲，vo仍保持仍保持(boch)为为1，电路状，电路状态不变，态不变，直至暂态结束。直至暂态结束。2/3VCCRvCvI(S)vOVCCtttt另外注意另外注意(zh y)：此单稳态触发器此单稳态触发器为窄脉冲触发！为窄脉冲触发！VCCvI第八十一页，共九十三页。81数电-07-脉冲波形的变换与产生资料VTHvCvOVCCtW在在5引脚外，接控制引脚外，接控制电压电压(diny)VCO可改变可
49、改变tW暂态持续时间暂态持续时间tW：由过渡由过渡(gud)过程三要素法求得过程三要素法求得tW对应对应(duyng)vC从从0V充电到充电到2/3VCC所需的时间所需的时间此时，此时， VTH=1/2 VCO第八十二页，共九十三页。82数电-07-脉冲波形的变换与产生资料可重复可重复(chngf)触发的单稳态触发器触发的单稳态触发器加一个加一个(y )PNP型放电管型放电管T，其其e极接极接6、7脚，脚，c极接地，极接地，b极接极接vI，VCCvIvORCvC0.01uF12348765T使使vC多了一个放电多了一个放电(fng din)途径，当途径，当vI为为0时，时，T导通，导通， vC
50、放电。放电。起什么起什么作用？作用？第八十三页，共九十三页。83数电-07-脉冲波形的变换与产生资料触发触发(chf)过程：过程：(1)触发脉冲触发脉冲vI下跳变下跳变(tio bin)，进入暂，进入暂稳态，稳态，T导通，导通，C放电。放电。S=0， 此时此时R=1 Q=1, vO跳变为高平，电路跳变为高平，电路进入暂稳态；与此同时，进入暂稳态；与此同时， TD截止，截止，可重复可重复(chngf)触发单稳触发触发单稳触发器器2/3VCCVCCtWtWvI上跳变，上跳变，电容充电。电容充电。 (3)若在若在C未充电到未充电到2/3VCC时，输入端时，输入端又有触发脉冲，则电容通过又有触发脉冲，
51、则电容通过T放电，放电，在负脉冲消失后再次充电在负脉冲消失后再次充电暂暂稳稳态一直持续到两个触发脉冲的间隔大于态一直持续到两个触发脉冲的间隔大于tW, C充电至充电至2/3VCC时为止。时为止。(2)当当C充电至充电至2/3VCC时，时，R=0，并，并S=1 Q=0，于是，于是vO跳变为低电平，跳变为低电平，同时同时TD导通，电容迅速放电至导通，电容迅速放电至0V，电路，电路恢复到稳态。恢复到稳态。RvCvI(S)vO第八十四页，共九十三页。84数电-07-脉冲波形的变换与产生资料施密特施密特触发器触发器可重复可重复(chngf)触发单稳态触触发单稳态触发器发器失落失落(shlu)脉冲检测器脉
52、冲检测器8.4.48.4.4a8.4.4b8.4.48.4.48.4.4第八十五页，共九十三页。85数电-07-脉冲波形的变换与产生资料报警报警(bo jng)信号信号2/3VCC8.4.4tW参考参考(cnko)教材教材P420vB第八十六页，共九十三页。86数电-07-脉冲波形的变换与产生资料多谐振荡多谐振荡(zhndng)器的振荡器的振荡(zhndng)频率频率代入代入R3、C2、f的值，的值，求出求出R2=0.61 k 8.4.48.4.48.4.4注意注意(zh y)此处的连接此处的连接第八十七页，共九十三页。87数电-07-脉冲波形的变换与产生资料8.4.58.4.58.4.5第八
53、十八页，共九十三页。88数电-07-脉冲波形的变换与产生资料波形图：波形图：Tvo1t0vI2t0vo2t0VDDVDD+VD+tW多谐振荡器多谐振荡器输出一定周期输出一定周期(zhuq)的矩形波的矩形波微分电路微分电路输出输出(shch)尖脉冲尖脉冲二极管二极管限幅限幅单稳态触发器单稳态触发器输出输出(shch)脉宽一定脉宽一定的矩形波的矩形波R1T但但tW保持不变！保持不变！频率可调、脉宽不变的方波发生器频率可调、脉宽不变的方波发生器第八十九页，共九十三页。89数电-07-脉冲波形的变换与产生资料 (1)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 (2)单稳态触发器单
54、稳态触发器定时、延时，消除噪声定时、延时，消除噪声 (3)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(binhun) (4)555定时器定时器多用途器件多用途器件小小 结结end第九十页，共九十三页。90数电-07-脉冲波形的变换与产生资料作业作业(zuy)1:(1) 8.1.1 , 8.1.2(只定性只定性(dng xng)画出波形图画出波形图)(2) 8.3.2, 8.3.3 (均只定性均只定性(dng xng)画出波形图画出波形图) (3) 8.4.3 , 8.4.4 , 8.4.5 提示：此为微分型单稳态触发器，稳态是提示：此为微分型单稳态触发器，稳态是vI=0。作业
55、作业2:作业作业3:第九十一页，共九十三页。91数电-07-脉冲波形的变换与产生资料小测验小测验(cyn)： 分别分别(fnbi)采用反馈清零法和反馈置数法两种方法用集成同采用反馈清零法和反馈置数法两种方法用集成同步四位二进制加法计数器步四位二进制加法计数器74161实现实现24进制计数器，画出逻进制计数器，画出逻辑示意图。辑示意图。74161CR D0 D1 D2 D3CETCEPCP TCPEQ0 Q1 Q2 Q3CET、 CEP：使能端，高电平有效；：使能端，高电平有效；CP：时钟脉冲输入：时钟脉冲输入(shr)端；端；CR：异步清零端，低电平有效；：异步清零端，低电平有效；PE：同步置
56、数端，低电平有效；：同步置数端，低电平有效；TC：进位输出端；：进位输出端；D3D2D1D0：置数输入端；：置数输入端；Q3Q2Q1Q0：输出端。：输出端。第九十二页，共九十三页。92数电-07-脉冲波形的变换与产生资料内容(nirng)总结8 脉冲波形的变换与产生。(1)单稳态触发器定时、延时，消除噪声。3、 TTL与非门的关门电阻和开门电阻:。1) 电路有一个稳态、一个暂稳态。2) 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。(1)为保证触发脉冲为窄脉冲，输入端加RC微分电路。(2)为避免在瞬态结束瞬间vI2上跳变时损坏CMOS门，在器件内部(nib)有二极管保护电路。三角波矩形波。92第九十三页，共九十三页。数电-07-脉冲波形的变换与产生资料
