1、8.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.2 施密特觸發(fā)器 8.3 多諧振蕩器8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用 8 脈沖波形的變換與產(chǎn)生4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)的計(jì)算。 1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸 發(fā)器的電路組成及工作原理。 2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯 功能及主要指標(biāo)計(jì)算。 3、掌握555定時(shí)器的工作原理。 教學(xué)基本要求 8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.1.1 用門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作

2、特點(diǎn)： 在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài); 由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)保持, 經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的 持續(xù)時(shí)間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。 8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分8.1.1 用CMOS門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1. 電路CMOS與非門構(gòu)成的微分型 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOS或非門構(gòu)成的微分型 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 穩(wěn)態(tài)為1負(fù)脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為0正脈沖觸發(fā) 電路處于一種穩(wěn)態(tài)：00110o =0c

3、=0a)沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓工作原理：b)外加觸發(fā)信號(hào) d d =VTH產(chǎn)生如下正反饋過程：迅速使 o1 = 0o =1電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 電容充電 I2 10 - + 1 v O 1 v O G 2 G 1 C D R V DD v I v I2 v C 1 R d C d v d c)電容充電,電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)01I2 I2 =VTH產(chǎn)生如下正反饋過程：迅速使 o1 = 1o =0電容放電c =0v o2 v O1 vR v O 1 v O v I2 0 t t t 0 V TH V DD t 1 t 2 0 tw tw0.7RC （1） 輸出脈沖寬度t

4、w (2) 恢復(fù)時(shí)間tre tre 3d (3) 最高工作頻率 fmax 3、 主要參數(shù)的計(jì)算vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2= RCln24. 討論b)用TTL門電阻R的取值可以是任意的嗎？a)在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t= t2)瞬間，門G2的輸入電壓I2達(dá)到VDD+VTH，可能損壞G2門，怎么辦？采用TTL與非門構(gòu)成單穩(wěn)電 路時(shí)，電阻R要小于0.7k。 8.1.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vO vI tw tw vO vI tw tw 不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā) 1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121觸發(fā)信號(hào)控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器電

5、路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電阻容輸出脈沖寬度： tw0.7RC 電路的不可重復(fù)觸發(fā)特性 (1)工作原理在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入,但由于G4門在此期間關(guān)閉，不會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài): Q=1 Q=0100074121功能表 H H A1A2B Q L H L L H L L L H H H L H H H H H H L L 邏輯功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平， 在B端輸入上升沿時(shí)電路被觸發(fā)B 和A1、A2、 中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平，輸入端有一個(gè)或兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)8.1.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 定時(shí) 該

6、電路可用于頻率計(jì) 2. 延時(shí)4. 組成噪聲消除電路 單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)脈寬，才可消除噪聲。 如用I作為下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤.8.2 施密特觸發(fā)器8.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器 8.2.2 集成施密特觸發(fā)器 8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 8.2 施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作特點(diǎn)： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。 電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-） 。同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)

7、器 o V T+ v O V OH V OL V T - v I 1、電路組成2、工作原理I18.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器R1 R2 I為三角波 假定： 10 8 6 4 2 0 v I /V 2 4 6 8 10 V OH V DD v O /V B vI1001(1) I上升當(dāng)vI1=0， = 0Vv O正向閾值電壓 (VT+): I 值在增加過程中，使輸出電壓產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I 的值。只要 I1 VTH， I1 (4)當(dāng)I下降, 也下降則保持 =VOHo當(dāng) =VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋 ： I1vI1 vovI8.2.2 集成施密特觸發(fā)器 8.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 VT+

8、 VT_ vT+vT-1. 波形變換 2. 波形的整形 vovI合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。 3.消除干擾信號(hào) 8.3 多諧振蕩器8.3.1 由門電路組成的多諧振蕩器 8.3.2 由門電路組成的多諧振蕩器 8.3.3 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路 開關(guān)電路 RC延時(shí)環(huán)節(jié) 多諧振蕩器的基本組成：開關(guān)器件,反饋延遲環(huán)節(jié)開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（ RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。概述8.3 多諧振蕩器8.3.1 由CMOS門電路組成的多諧振蕩器 1. 電路組成 v ID 1 D 2 T

9、 P T N v O1 R C D 4 D 3 T P T N v O G 1 G 2 + V DD VC 組成的多諧振蕩器.o1 =1, o =0 時(shí),電容充電, I增加; o1 =0, o =1 時(shí),電容放電, I下降; o1與o反相,電容接在o與I之間: 2. 工作原理假定 電路初態(tài)：=1v O 1 =0v O v C = 0V電容充電v C v Iv I當(dāng)=VTH 時(shí)，迅速使G1導(dǎo)通、 G2截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)v O2=1v O1=0=0v O 1=1v O（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電容充電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)v Iv O1v OvI VDD VTH 0 t t vO VDD 0

10、（2）第二暫穩(wěn)態(tài)電容放電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容放電v Cv Iv I當(dāng)=VTH 時(shí)，迅速使得G1截止、G2導(dǎo)通 電路返回第一暫穩(wěn)態(tài) O2=0 O1=1 2. 工作原理v Iv O1v O TRC1n41.4RC 由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和 VTH，頻率穩(wěn)定性較差。 3. 振蕩周期的計(jì)算vI(0+) 0；vC() VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC() 0 =RC, t = t3-t2T2 :vovIVT+ VT_ VOL VOH T1 T2 0 t 0 t C vovIR 1 8.3.2 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路8

11、.3.3 石英晶體振蕩器1、石英晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào) 阻特性 fXf0電 感 性電 容 性電 容 性當(dāng) f = f0 時(shí), 電抗 X = 02、石英晶體振蕩器R: 使G1工作在線性區(qū)C1 : 耦合電容C2 : 抑制高次諧波CP Q f 1 f 2 3、雙相脈沖產(chǎn)生電路8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用8.4.1 555定時(shí)器 8.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器 8.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 8.4.4 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器 (1) 電路結(jié)構(gòu). 三個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器；. 兩個(gè)電壓比較器: C1、C2 ；. 一個(gè)與非門 RS 觸發(fā)器；. 放電三極管T及

12、反向驅(qū)動(dòng)器G。555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理8.4 555定時(shí)器及其應(yīng)用8.4.1 555定時(shí)器集成555定時(shí)器電阻分壓網(wǎng)絡(luò)電壓比較器基本與非門RS觸發(fā)器反向驅(qū)動(dòng)器放電三極管T集成555定時(shí)器上觸發(fā)電壓：(2Vcc)/3下觸發(fā)電壓：Vcc/3電壓比較器的功能：V+ V-Vco =1V+ (2Vcc)/3Vi2 Vcc/3V+ V-VC2O = 1Vi1(2Vcc)/3Vi2Vcc/3Vo = 0 0T為導(dǎo)通狀態(tài)輸入輸出狀態(tài)分析:S16.1 集成555定時(shí)器1110上: (2Vcc)/3下: Vcc/3Vi1 Vcc/3V+ V-VC1O = 1V+ V-VC2O = 1Vi1Vcc/3Vo

13、= 0(保持) 0T保持上一狀態(tài)輸入輸出狀態(tài)分析:S26.1 集成555定時(shí)器0101上: (2Vcc)/3下: Vcc/3Vi1(2Vcc)/3Vi2 V-VC1O = 1V+ V-VC2O = 0Vi1Vcc/3Vo = 11T為截止?fàn)顟B(tài)輸入輸出狀態(tài)分析:S36.1 集成555定時(shí)器0011上: (2Vcc)/3下: Vcc/3Vi1(2Vcc)/3Vi2 Vcc/3V+ V-VC1O = 0V+ (2Vcc)/3Vi2Vcc/30該情況觸發(fā)器狀態(tài)不定T為導(dǎo)通狀態(tài)6.1 集成555定時(shí)器1上: (2Vcc)/3下: Vcc/3Vi1任意Vi2任意= 1= 0Vo = 00555定時(shí)器為復(fù)位

14、狀態(tài)T為導(dǎo)通狀態(tài) = 0復(fù)位狀態(tài)6.1 集成555定時(shí)器導(dǎo)通01(2Vcc)/3導(dǎo)通01Vcc/3(2Vcc)/3不變保持1Vcc/3(2Vcc)/3截止11Vcc/3(2Vcc)/3導(dǎo)通00放電管T輸出(Vo)復(fù)位(/R)觸發(fā)輸入Vi2閥值輸入Vi1輸出輸入555定時(shí)器的功能表如果將2,6腳連在一起，則有如下規(guī)律：2腳/S(低電平置位：置1)；6腳R(高電平復(fù)位:置0)，消去不穩(wěn)定狀態(tài)。集成555定時(shí)器的管腳配置：目前生產(chǎn)的555定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型：雙極型：具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA，工作頻率高，但功耗較大，以NE555為典型代表；CMOS型：具有較低功耗，輸入

15、阻抗高的優(yōu)點(diǎn)，但驅(qū)動(dòng)能力較低，一般在4mA以下，以ICM7555為典型代表；控制電壓端:通常接103的濾波電容,外加電壓可調(diào)制輸出波形閥值電壓輸入端觸發(fā)電壓輸入端放電端復(fù)位輸入端輸出端高電平狀態(tài)：相當(dāng)于3端與Vcc接一低電阻低電平狀態(tài)：相當(dāng)于3端與地接一低電阻具有200mA的拉電流和灌電流能力。電源端+518V公共端2、工作原理不變不變1導(dǎo)通01 截止11 導(dǎo)通00放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸 出輸 入 3、555定時(shí)器功能表不變不變1導(dǎo)通01 截止11 導(dǎo)通00放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸 出輸 入 施密特觸

16、發(fā)器 施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。施密特觸發(fā)器屬于波形變換電路，它可以將正弦波、三角波、鋸齒波以及變化不規(guī)則的信號(hào)變?yōu)槊}沖信號(hào)。回差電壓VT8.4.2 用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器v I 6.2 施密特觸發(fā)器6.2.1 用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理0uOt2VCC/31VCC/30tui2、6腳連在一起；2腳/S(低電平置位:置1)；6腳R(高電平復(fù)位:置0) 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 波形變換 VT+VT_ 波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器 )C vovIR 1 vovIVT+ VT_ VOL VOH T1 T2 0 t

17、0 t C vovIR 1 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用4. 光施密特觸發(fā)器光強(qiáng)時(shí)為低阻，2腳低電平，555置位，J不動(dòng)作；光弱時(shí)呈高阻，6腳為高電平，555復(fù)位，J吸合。光敏電阻低電平高電平高電平(置位)低電平(復(fù)位)電位器的作用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5. 簡(jiǎn)易燈光控制電路光敏三極管光強(qiáng)時(shí)為三極管飽和導(dǎo)通，呈低阻態(tài)；光弱時(shí)為三極管截止，呈高阻態(tài)；8.4.3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)稱單穩(wěn)。特點(diǎn)是: 輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài), 另一個(gè)是暫穩(wěn)態(tài)。加入觸發(fā)信號(hào)后，它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，但是, 經(jīng)過一定時(shí)間以后,它又會(huì)自動(dòng)返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回8.4.

18、3 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1、電路 VCCvI外加觸發(fā)信號(hào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)( i )電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0 1 3VCCVCCvI用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理101T導(dǎo)通011工作原理:穩(wěn)態(tài)(Vi=“1”，VO=“0”，VC=“0”)0011T截止11工作原理:暫穩(wěn)態(tài)(Vi=“1”“0”，VO=“0” “1”)00VC1101T導(dǎo)通111自動(dòng)返回階段(VC=“1”“0”，VO=“1” “0”)VC=2VCC/30VC0進(jìn)入保持狀態(tài)0uI=1時(shí)uO=0，uC=0, 穩(wěn)態(tài)。uI下降沿，uO

19、由0跳變?yōu)?，轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，T截止，C充電。，uC由0V 上升，在uC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。uC上升至2/3VCC時(shí)，uO由1變0，T導(dǎo)通，C經(jīng)T放電，uC下降至0V，重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過放電三極管 T放電，時(shí)間常數(shù) 2=RCESC，經(jīng)過（35）2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。tw=RC1n31.1RC 4、）工作波形及輸出脈寬的計(jì)算電路是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)? 脈沖寬度調(diào)制器 工作波形 555組成的單穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用: 用555定時(shí)器組成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)8.4.4 用555定時(shí)器組成多諧振蕩器1、電路組成 R1 R2 T C1 C2 + - - +

20、(4) R S & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD VCC (8) G (1) (2) (5) (6) (7) C ) ( - CC V - 1 R - 2 R 1、）電路第一暫態(tài)，輸出為1。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為02、工作原理2、）電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài) T C1 C2 + - - + (4) R S & 5 k 5 k 5 k & & 1 RD VCC (8) G (1) (2) (5) (6) (7) C ) ( - CC V - 1 R - 2 R 3、工作波形與振蕩頻率計(jì)算tPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 1. 脈沖整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)uI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖uO。uO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用2. 觸摸定時(shí)控制開關(guān) 該觸摸開關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。(1