1、教学内容,10.1 概述(i sh)10.2 施密特触发器10.3 单稳态触发器10.4 多谐振荡器10.5 555定时器及其应用,第一页，共九十一页。,教学要求,一.重点(zhngdin)掌握的内容：,(1)555定时器及其应用.(2)石英(shyng)晶体多谐振荡器.,二.一般(ybn)掌握的内容：,(1)施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作特点和典型应用。(2)施密特触发器、单稳态触发器输入电压与输出电压之间的关系；多谐振荡器振荡周期的估算方法。,第二页，共九十一页。,10.1 概述(i sh),矩形脉冲信号的获取(huq)方法有两种：,产生:不用信号源，加上电源自激振荡，直接(
2、zhji)产生波形。,整形:输入信号源进行整形.,脉冲产生电路:多谐振荡器,脉冲整形（变换）电路:施密特触发器、单稳态触发器,第三页，共九十一页。,脉冲(michng)周期T,脉冲幅度Vm,脉冲宽度,上升时间tr,下降时间tf,占空比：,第四页，共九十一页。,施密特触发器是一种能够把输入波形(b xn)整形成为适合于 数字电路需要的矩形脉冲的电路。,10.2 施密特触发器,第五页，共九十一页。,10.2.1 用门电路组成(z chn)的施密特触发器,设G1、G2阈值电压VTHVDD/2，R1R2（否则电路(dinl)进入自锁状态,不能正常工作）,第六页，共九十一页。,二、原理(yunl),G1
3、、G2是CMOS构成，阈值电压为VTH约为1/2VDD，且R1R2。1）vI=0时，vO=0=vOL，vA=02)vI 上升至vA=VTH时，G1进入放大区，且由于R1、R2作用，引发正反馈过程，使vO急剧上升为vO=vOH=vDD，使上升沿很陡峭(duqio)。a)求VT+：定义vI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平vI=VT+，叫正向阈值电压。计算过程：忽略G1、G2门输入电流，又跳变前有vO=0，iR1=iR2(VT+-vA)/R1=(vA-vO)/R2=vA/R2 得VT+=（1+R1/R2）VTH,第七页，共九十一页。,b)vI 从vDD下降至vA=VTH时，由于R1、R2作
4、用，引发正反馈过程，使vO急剧下降为vO=vOL=0，且下降沿很陡峭。求VT-：定义(dngy)vI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平vI=VT-，叫负向阈值电压。计算过程：忽略G1、G2门输入电流，又跳变前有vO=vDD，iR1=iR2(VI-vA)/R1=(vA-vDD)/R2 又vDD=2 VTH 得VT-=VI=（1-R1/R2）VTH回差电压 VT：VT=VT+-VT-=2（R1/R2）VTH,第八页，共九十一页。,正向(zhn xin)阈值电压,负向阈值电压,回差电压(diny)：VT VTVT,滞回电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平(din pn)不同
5、。这是施密特触发器固有的特性。,同相输出的施密特触发器,反相输出的施密特触发器,第九页，共九十一页。,电路的电压(diny)传输特性图,同相输出(shch)：vO和vI的高、低电平是同相的。入高出高，入低出低反相输出：vO和vI的高、低电平是反相的。入高出低，入低出高例10.2.1（书中459页）,第十页，共九十一页。,*10.2.2 集成(j chn)施密特触发器（460页，略）,组成：1）二极管与门：D1-D4，另外四个D，防负脉冲干扰，电源VDD，R1。2）施密特电路：T1、T2、R2、R3、R4，R4的正反馈保证了边沿的陡峭。3）电平偏移：T3、D5、R5、R6，偏移0.7V+0.7V
6、=1.4V保证VO低电平时（1.9V)，T4能可靠(kko)截止。4）输出电路：推挽倒相出，T4截止、T5截止、T6导通，Vo高电平出；T4导通、T5导通、T6截止，Vo低电平出。降低输出电阻以提高电路的驱动能力。5）图形符号：,第十一页，共九十一页。,第十二页，共九十一页。,电压传输(chun sh)特性：VT-=0.8v VT+=1.7V VT=VT+-VT-=0.9V,图6.2.6 CMOS集成施密特触发器CC40106（315页）（略）四级电路组成：输入保护、施密特电路、整形级、输出缓冲级。T1T4组成反相器，T3、T6的加入使它有施密特触发器特性，当VI从小(cngxio)变大过程中
7、，由于T6（原为导通）的作用，使T5的导通滞后于T4，VI大于1/2VDD=VT+时才可能导通。,VT、VT+、VT-固定(gdng)不可调。,第十三页，共九十一页。,第十四页，共九十一页。,10.2.3 施密特触发器的应用(yngyng),1.用于波形(b xn)变换：,第十五页，共九十一页。,2.用于脉冲(michng)整形：,第十六页，共九十一页。,3.用于脉冲(michng)鉴幅：,施密特触发器能将幅度(fd)大于VT+的脉冲选出。,第十七页，共九十一页。,4.用于构成(guchng)多谐振荡器：,第十八页，共九十一页。,本节小结(xioji),施密特触发器具有两个稳定的状态，是一种能
8、够把输入波形(b xn)整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,第十九页，共九十一页。,10.3 单稳态触发器,工作特点：1、电路中有一个稳态和一个暂稳态两个工作状态；2、在外界触发脉冲作用下，电路能从稳态翻 转至暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动(zdng)翻转至稳态；3、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的 参数与触发脉冲无关。,第二十页，共九十一页。,10.3.1 用门电路组成(z chn)的单稳态触发器,单稳态触发器因为电
9、路具有一个稳定状态而得名。它由两个门电路、一个RC电路组成。它的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的，根据RC电路的不同(b tn)接法，分为微分型和积分型。,第二十一页，共九十一页。,0,1,0,1,0,1,稳态 没有(mi yu)触发器电平时，vI为低电平，vO为低电平，vO1为高电平。vI2=vO1=高电平，因此C上无电荷,一、微分(wi fn)型单稳态触发器,第二十二页，共九十一页。,稳态至暂稳态 当vI正跳变时，vO1由高到低，vI2=vO1(因C上无电荷),为低电平，于是vO为高电平。即使vI 触发器信号撤除，由于(yuy)vO的作用，vO1仍可为低电平。,1,1,0,1
10、,0,第二十三页，共九十一页。,暂稳态至稳态 暂稳态期间(qjin)，电源经电阻R和门G1对电容C充电，vI2升高，当vI2=VTH时，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最终vO1=1，vO=0。,0,0,1,0,1,脉冲(michng)宽度要窄,tW=0.69RC,第二十四页，共九十一页。,当vI的脉冲宽度很宽时，在单稳态触发器的输入端加一个(y)RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被vI封住了，会使vo的下降沿变缓。,第二十五页，共九十一页。,组成(z chn)：R、C积分电路，门G1、G2两门级联。原理：CMOS 门G1、G2，VOH=VDD VOL=0 V
11、TH=1/2VDD1）稳态下，VI=0，VO1=VOH，（G1门，有0出1）VO=VOH，C上充电至充满，VC=VO1=VOH。2）VI加入正脉冲，VO1变为低电平VOL，但C上电压不能突变，仍为VOH，G2出低电平（全1出0），VO=VOL，电路进入暂稳态。,二、积分(jfn)型单稳态触发器,第二十六页，共九十一页。,3）C经R和G1门放电，VC降至VTH以后，门G2输入一高一低，出高电平，电路结束暂稳态，重新(chngxn)回到稳态。4）VI返回到低电平时，VO1重变为高电平，通过R对C充电，VC上升，VO输出VOH，继续保持稳态。Vc充至VOH时，下一个VI触发脉冲可加入。5）VI加入正
12、脉冲后，又重复以上过程。,第二十七页，共九十一页。,第二十八页，共九十一页。,波形：图10.3.6参数计算：单稳态触发器的特性(txng)参数：脉宽tW、脉幅Vm、恢复时间tre、分辩时间td。tW=（R+R0）Cln（VOL-VOH）/（VOL-VTH）Vm=VOH-VOL=VDD tre=(35)（RON+R0）C td=tre+tTR,微分型单稳态触发器与积分型单稳态触发器比较：微分：因有正反馈，输出边沿好，多用窄脉冲触发，若宽触发脉冲也可工作，则输出上升、下降沿差些。积分：因无正反馈，输出边沿差，多用宽脉冲触发，触发脉冲宽度大于tW才可正常工作，否则输出上升、下降沿差些。具抗干扰能力较
13、强的优点(yudin)。因数电中较多尖峰脉冲形成的干扰，在积分型单稳态触发器具有足够宽度的触发脉冲(干扰)才可形成干扰，所以形成的干扰少。,第二十九页，共九十一页。,10.3.2 集成(j chn)单稳态触发器,功能表见表10.3.1（P472）,tW=0.69RextCext,第三十页，共九十一页。,图10.3.10,第三十一页，共九十一页。,外接电阻（下降沿触发）,内部电阻（上升沿触发）,第三十二页，共九十一页。,目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，才接受下
14、一个触发脉冲而转入暂稳态。可重复触发的单稳态触发器进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续(jx)维持一个tW宽度。,不可重复(chngf)触发型,可重复(chngf)触发型,第三十三页，共九十一页。,10.3.3 单稳态触发器的应用(yngyng),1、定时(dn sh),只有在脉冲宽度 tpo内的信号(xnho)才能通过。,第三十四页，共九十一页。,2、延时与整形(zhng xng),可将脉冲宽度不等的矩形脉冲整形成(xngchng)脉冲宽度相等的矩形波。,第三十五页，共九十一页。,通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳
15、态电路，将输出(shch)脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。,3、消除(xioch)噪声,第三十六页，共九十一页。,本节小结(xioji),单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态。在单稳态触发器中,由稳态到暂稳态需要输入触发(chf)脉冲,暂稳态的持续时间即脉冲宽度是由电路的阻容元件RC决定的,与输入信号无关。,单稳态触发器可以(ky)由门电路构成，也可以(ky)由555定时器构成。,单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。,第三十七页，共九十一页。,10.4 多谐振荡器,多谐振荡器又称无稳电路，主要(zhyo)用于产生各种方波或时间脉冲信号。它是一种自激振荡器，在
16、接通电源之后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲波（连续脉冲波形）。由于矩形脉冲波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。,性能特点：没有稳态，有两个暂稳态。工作不需要外加(wiji)信号源，只需要电源。,第三十八页，共九十一页。,10.4.1 对称(duchn)式多谐振荡器,T1.3RFC,第三十九页，共九十一页。,对称式多谐振荡器组成：两个反相器G1、G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反馈振荡回路。原理：形成自激振荡，不能有稳态，振荡器静态时（没有振荡时）的状态必须不稳定。G1、G2的电压放大倍数大于1且工作在特性曲线的转折区，电路可维持振荡。1）VI1微小正跳变，引起下列(xili)正反馈过程：VI1升VO1降VI2降VO2升，因VI2=VO1+VC1，所以VO1、VI2降、升一致。,第四十页，共九十一页。,第四十一页，共九十一页。,第四十二页，共九十一页。,VO1迅速变为低电平，VO2迅速变为高电平，电路进入第一暂稳态。2）这时VO2高电平通过(tnggu)RF2对C1充电，C2通过RF1VI1端放电。使VI2升VO2降VI1降VO1升VO
