《数字电子技术第三版第六章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术第三版第六章.ppt（39页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第六章学习重点,1.555定时器的功能；555定时器是将模拟电路与数字电路集成于一体的电子器件，使用方便，带载能力强。2.如何产生矩阵波以及对不理想的矩形波整形是本章的重点；施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器,概述,一、矩形脉冲的基本特性,1.矩形脉冲的二值性,矩形脉冲,二进制数字信号,高、低电平,1、0,2.矩形脉冲的特性参数,T 脉冲周期,Um 脉冲幅度,tW 脉冲宽度,tr 上升时间,tf 下降时间,3.获得脉冲的方法：,1）自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由多谐振荡器来实现,555 定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。,2）将已有波形（正弦波、锯齿
2、波等）整形为矩形脉冲。由施密特触发器和单稳态触发器来实现,二、555 定时器,1.电路组成,分压器,比较器,RS 触发器,输出缓冲,晶体管开关,2.基本功能,0,UOL,饱和,2VCC/3,111,UOL,VCC/3,饱和,2VCC/3,VCC/3,不变,不变,2VCC/3,VCC/3,UOH,截止,0,1,1,0,3.555 定时器的外引脚,双极型（TTL）电源:4.5 16V,单极型（CMOS）电源:3 18V带负载能力强。,主要用途：把变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的 矩形波。,工作特点：电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。电压传输特
3、性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT）。,6.1 施密特触发器（Schmitt Trigger）,6.1.1 用 555 定时器构成的施密特触发器,普通反相器和施密特反相器的比较,普通反相器,UTH,uY,?,TTL：,1.4 V,CMOS：,施密特反相器,UT+,UT,上限阈值电压,下限阈值电压,uY,回差电压：,一、电路组成及工作原理,uI,工作原理,0,1,1,0,1,0,UCO,外加 UCO 时,可改变阈值和回差电压,uO2,uI 上升时与 2VCC/3 比,uI 下降时与 VCC/3 比,二、滞回特性及主要参数,(一)滞回特性,UT,UT+,uI
4、增大时与上限阈值比,特点:,uI 减小时与下限阈值比,上限阈值电压,(二)主要静态参数,回差电压,下限阈值电压,回差电压,UT=UT+UT,6.1.2 集成施密特触发器,一、CMOS 集成施密特触发器,（一）引出端功能图,CC40106,CC4093,（二）主要静态参数,CC40106、CC4093 的主要静态参数,二、TTL 集成施密特触发器（略）,6.1.3 施密特触发器的应用举例,一、接口与整形,（一）接口,把缓变输入信号转换为TTL系统要求的脉冲,（二）整形,输入,输出,UT+,UT,二、阈值探测、脉冲展宽和多谐振荡器,（一）阈值探测,输入,UT,UT+,输出,（二）脉冲展宽,集电极开
5、路输出,（三）多谐振荡器,UOH,UT+,UOL,UT+,UOH,UT,6.2 单稳态触发器,特点:,输出端只有一个稳定状态，另一个状态则是暂稳态；加入触发信号后，它可以由稳态转入暂稳态，但是经过一段时间后，它又会自动返回到稳态。,稳定状态,暂稳态,稳定状态,自动返回,外界触发,学习的重点:为什么会自动返回？需要多少时间？,思路：外触发沿时从稳态翻转到暂态，而且暂态维持一段时间后，自动返回 到稳态,外触发：使低触发置1端TR有效，TH无效暂稳态1 自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端TH有 效，TR无效稳态0,6.2.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器,一、电路组成及工作原理,uI
6、,uI 与 VCC/3 比较,uC 与 2VCC/3 比较,uO,uI,VCC,0,uC,0,2VCC/3,VCC,uO,uO的脉冲宽度必须大于uI的,三、主要参数,1.输出脉冲宽度 tw,uC（0+）=0,uC（）=VCC,uC（tw）=2VCC/3,2.恢复时间 tre,很小,2=RCESC,3.最高工作频率 fmax,6.2.2 集成单稳态触发器,不可重复触发型与可重复触发型,图（a）为不可重复型触发单稳态触发器该电路在触发进入暂稳态期间如再次受到触发，对原暂稳态时间没有影响，输出脉冲宽度tw仍从第一次触发开始计算。,图（b）为可重复触发型单稳态触发器 该电路在触发进入暂稳态期间如再次被
7、触发，则输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tw。,因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。,1.图形符号,表示不属于逻辑状态连接,下降沿触发输入,上升沿触发输入,非重复触发,外接定时电阻、电容,VCC,内接接定时电阻引出端,一、非重复触发单稳态触发器 74121,非重复触发 只能在稳态接受输入信号。,2.功能表,3.主要参数,输出脉宽 tw:,输入触发脉冲最小周期 Tmin:,周期性输入触发脉冲占空比 q:,74121应用电路,输出脉冲uO的宽度：tw 0.7RCext外接电容Cext一般取值范围为10 pF10F，采用外接电阻定时方式得到脉冲宽
8、度可达20ns 200ms。,图(a)：外接电阻 R=Rext（1.440k）,图(b)：用内部电阻 RRint(约为2k)。,二、可重复触发单稳态触发器 74122,可重复触发 在暂稳态期间,能够接受新的触发信号。,1.图形符号,直接复位,可重复触发,2.功能表,当定时电容C 1000 pF时:,6.2.3 单稳态触发器应用举例,一、延时与定时,1.延时,uI,uO,2.定时选通,uF,uO,二、整形,uI,uO,1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发,只需接通电源。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分
9、量，故称作多谐振荡器。,工作特点：,6.3 多谐振荡器 Astable Multivibrator,设计思想：多谐振荡器是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变THTR，使触发器交替置0、置1。,6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器,6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器,一、电路组成和工作原理,二、振荡频率的估算和占空比可调电路,1.C 充电时间 tw1,uC（0+）=VCC/3,uC（）=VCC,充电时间常数,1=（R1+R2）C,2.C 放电时间 tw2,可求得:,放电时间常数,2=R2C,（一）振荡频率的估算,3.振荡频率
10、f,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C,T=0.7（R1+2R2）C,振荡周期：,振荡频率：,占空比：,（二）占空比可调电路,tw1=0.7R1C,tw2=0.7R2C,6.3.2 石英晶体多谐振荡器,特点：频率稳定，精度高。,1.符号和选频特性,符号,当 f=f0 时,电抗 X=0,电感性,电容性,2.石英晶体多谐振荡器,工作原理：,1.反相器静态工作在转折区（放大）;,2.石英晶体 X=0,回路构成正反馈;,3.C1、C2 为耦合电容,可不要。,电阻取值范围：,TTL反相器：,R1=R2=0.7 2 k,CMOS反相器：,R1=R2=10 100 M,3.CMOS 石英晶
11、体多谐振荡器,电容三点式,为保证 CMOS 反相器静态时工作在转折区，偏置电阻RF 取值为:,RF=10 100 M,6.3.3 多谐振荡器应用举例,一、秒信号发生器,T触发器,32768 Hz,16384 Hz,1 Hz,2 Hz,二、模拟声响电路,第六章 小 结,一、555 定时器,是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。,双极型(TTL)电源:4.5 16 V,单极型(CMOS)电源:3 18 V带负载能力强,二、施密特触发器,是一种脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的
12、同周期的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。,施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同的电平来维持的，输出脉冲的宽度由输入信号的波形决定。此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。,外接电压调节回差,施密特触发器可由 555 定时器构成，也可用专门的集成电路实现。,三、单稳态触发器,也属于脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲的定时、整形、展宽（延时）等。,单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信号无关。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。,改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。,单稳态触发器可由 555 定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现。,四、多谐振荡器,是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。,改变 R、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。,在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。,
