数字电路第八章 脉冲波形的产生与变换

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1、第第8 8章章 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生4 4、掌握由掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的 电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。1 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的 电路组成及工作原理。电路组成及工作原理。2 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能及器件的逻辑功能及 主要指标计算。主要指标计算。3 3、掌握掌握555定时器的工作原理。定时器的工作原理。教学基本要求教学基本

2、要求8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发器用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 没有触发脉冲作用时电路处于一种稳定状态。没有触发脉冲作用时电路处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作特点：单稳态触发器的工作特点： 在触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长在触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长 久保持的状态久保持的状态 由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过经过 一段时间后，一段时

3、间后， 电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中的电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中的RC参数值。参数值。8.1单稳态触发器单稳态触发器 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器MSIMSI集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用用555555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同划分按电路形式不同划分单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类按工作特点划分按工作特点划分单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中。单稳态触发器的这些特点被广泛

4、地应用于脉冲波形的变换与延时中。 8.1.1 8.1.1 用用CMOSCMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器与非门构成的微分型单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器或非门构成的微分型单稳态触发器 稳态为稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为稳态为0负脉冲触发负脉冲触发单稳态触发器单稳态触发器(CMOS(CMOS或非门或非门) )的工作原理的工作原理没有触发信号时，没有触发信号时，vI I为低电平，门为低电平，门G G2 2的输入端经电阻的输入端经电阻R R接至接至V V

5、DDDD, ,因此因此vO O为低电平；为低电平；G G1 1的两个输的两个输 入均为入均为0 0，故输出，故输出vO1O1为高电平，电容两端电压接近为高电平，电容两端电压接近0V0V，这是电路的，这是电路的“稳态稳态”。在触发信号到。在触发信号到来来 之前，电路一直处于这个状态；之前，电路一直处于这个状态；vO1O1=V=VOHOH, , vO O=V=VOL .OL .外加触发信号时，电路由稳态翻转到暂稳态。外加触发信号时，电路由稳态翻转到暂稳态。vI I正跳变时，门正跳变时，门G G1 1的输出的输出vO1O1由高变为低，经电由高变为低，经电 容耦合使容耦合使vI2I2为低电平，于是为低

6、电平，于是G G2 2的输出的输出vO O变为高电平，变为高电平， vO O的高电平接至的高电平接至G G1 1门的输入端，从而门的输入端，从而 在此瞬间导致如下正反馈过程在此瞬间导致如下正反馈过程 。暂稳态时。暂稳态时vO1O1=V=VOLOL, , vO O=V=VOHOH . .vIvO1vI2vO电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态。电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态。vI2vOvO1C充电电路返回到稳态后，电路返回到稳态后， vO1O1=V=VOHOH, , vO O=V=VOLOL暂稳态结束后，电容通过电阻暂稳态结束后，电容通过电阻R R放电，使放电，使C C上的电压恢复到稳定状

7、态时的初始值。上的电压恢复到稳定状态时的初始值。vO1vI &+-G1G2vOvCvI 21 Cd Rdvd D C RvO1vI 1+-G1G2vOvCvI 21 Cd Rdvd D C RVDD电路处于一种稳态：电路处于一种稳态：0 00 01 11 10 0a)没有触发信号时，没有触发信号时，vI=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDVV 工作原理：工作原理：vO1vI 1+-VDDG1G2vOvCvI 21 Cd Rdvd D C Rb)b)外加触发信号外加触发信号vd vd =VTH产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程：迅速使迅速使 vo1 = 0vo=1v

8、IvO1vI2vO1 11 10 00 01 1 电路进入暂稳态电路进入暂稳态电源电源VDD通过通过R、C及及G1门输出端对电容充电门输出端对电容充电vIt0vO1t0vI2t0vOt0VDDVDDVDD+VTHt1t2VthtWtpivdt0VTHvI2c)c)电容充电电容充电vI2当当vI2=VTH时，时，产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程：vI2vOvO1C充电0 00 01 11 10 0，电路由暂稳态自动返回到稳态，电路由暂稳态自动返回到稳态电容放电电容放电vO =0vo =0vc =0vO1 =12.2.主要参数的计算主要参数的计算将触发器作用的起始时刻将触发器作用的起始时刻t

9、 t1 1作为时间起点作为时间起点(0 )0( )( )( )(0 )( )CCDDtCCCCvvVRCvtVVVe ()(1)lnWtRCCWTHDDDDWDDTHvtVVeVtRCVV当当t=tt=tW W时，时，v vI2I2（t tW W)=V)=VTHTH代入上式可得代入上式可得当当VTH=VDD/2, 则则 tW0.7RC（1 1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度t tW W（2 2）恢复时间）恢复时间t trere（电容放电）（电容放电）: :一般时间为一般时间为3 3时时 认为放电过程已基本结束，故认为放电过程已基本结束，故t trere约为约为3 3（3 3）最高工作频率）最高工作

10、频率f fmaxmax: :设触发信号设触发信号v vI I的时间的时间 间隔为间隔为T T，为了使单稳态能正常工作，应，为了使单稳态能正常工作，应 满足满足T Tt tw w+t+trere的条件，故的条件，故T Tminmin= t= tw w+t+trere。因。因 此，单稳态触发器的最高工作频率为此，单稳态触发器的最高工作频率为m a xm in11Wr efTtt讨论在讨论在p391vIt0vO1t0vI2t0vOt0VDDVDDVDD+VTHt1t2VthtWtpivdt0VTH3.3.讨论讨论vO1vI 1+-VDDG1G2vO2vCVD1 Cd Rdvd D C RG31vO1

11、b)b)用用TTLTTL门电阻门电阻R R的取值可以是任意的吗？的取值可以是任意的吗？a)a)在暂稳态结束在暂稳态结束(t= t(t= t2 2) )瞬间，门瞬间，门G G2 2的输入电的输入电 压压vI2I2达到达到V VDDDD+V+VTHTH，可能损坏，可能损坏G G2 2门，怎么办？门，怎么办？采用采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻与非门构成单稳电路时，电阻R要小要小0.7k 。8.1.28.1.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器（1 1）不可重复触发的单稳态触发器）不可重复触发的单稳态触发器 （2 2）可重复触发的单稳态触发器）可重复触发的单稳态触发器tWtWvIvOtWtWvIv