1、9.1 单稳态触发器单稳态触发器9.2 施密特触发器施密特触发器9.3 多器多器谐振荡谐振荡4.4 555定时器及其应用定时器及其应用9 555定时器及多谐振荡器定时器及多谐振荡器1ppt课件 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态，电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态，电路的输出可以是高电平，也可以是低电平，但稳定的电路的输出可以是高电平，也可以是低电平，但稳定的输出状态是唯一的。输出状态是唯一的。单稳态触发器的工作特点单稳态触发器的工作特点（P247P247）在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态稳态;暂稳态不能长时间保持，经过一段时间后
2、，电路暂稳态不能长时间保持，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间仅取决于电路的参会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间仅取决于电路的参数，与外界触发脉冲的宽度和幅度无关。数，与外界触发脉冲的宽度和幅度无关。9.1 单稳态触发器单稳态触发器2 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器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555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按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分39.1.1 用用CMOS
3、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.电路电路CMOS与非门与非门构成的微分型构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门或非门构成的微分型构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1负脉冲触发负脉冲触发稳态为稳态为0正脉冲触发正脉冲触发 R vO G2&C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 4电路处于一种稳态：电路处于一种稳态：1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00
4、01 11 10 0 o=0 c=0a)没有触发信号时，没有触发信号时，I=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：5b)b)外加触发信号外加触发信号 d d=VTH迅速使迅速使 o1=0 o=1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 电容充电电容充电 I21 10 0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 6c)c)电容充电电容充电,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 1 vO1 v
5、O G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 01 1 I2 I2=VTH迅速使迅速使 o=0 o1=1电容放电电容放电 c=0vo2 vO1 vR vI 0 t vd 0 t vO11 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw7 tw0.7RC（1）输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw(2)恢复时间恢复时间tre tre 3 d(3)最高工作频率最高工作频率 fmax 3、主要参数的计算主要参数的计算 vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCC
6、C l ln nW W R RC CvC(0+)=0；vC()=VDD =RC,VTH=VDD/2THDDDDw0VVVlnRCt =RCln2rew11ttTfminmax 84.讨论讨论b)为了改善输出波形，电路输出端再加一级反相器为了改善输出波形，电路输出端再加一级反相器a)在暂稳态结束在暂稳态结束(t=t2)瞬间，门瞬间，门G2的输入电压的输入电压 I2达到达到 VDD+VTH，可能损坏，可能损坏G2门，怎么办？门，怎么办？3）采用）采用TTL与非门构成与非门构成 单稳电路时，单稳电路时，R要小于要小于0.7k Rd要大于要大于2K vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD v
7、O Cd Rd vO 1 G3 VD 99.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发被重复触发被重复触发没有被重复触发没有被重复触发10 1.不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器 74121触发信号控制电路触发信号控制电路微分型单稳触发器微分型单稳触发器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容：外接电阻容 B A1 A2 G1&G2&G3&G4&a G5&1 G6&Cext Rext Rext/Cext
8、Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路(a)逻辑图 11输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：tw0.7RC 电路的不可重复触发特性电路的不可重复触发特性(1)工作原理工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于但由于G4门在此期间关闭门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态暂稳态:Q=1 Q=0 B A1 A2 G1&G2&G3&G4&a G5&1 G6&Cext Rext Re
9、xt/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触触发发信信号号控控制制电电路路 微微分分型型单单稳稳态态触触发发器器 输输出出缓缓冲冲电电路路(a)逻辑图 10001274121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表 P259不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、中有一个或两个为中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发降
10、沿时电路被触发139.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.定时定时 vO 与与门门 vA vB tW 单稳单稳态态 触发触发器器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 14 A1 Rext/Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO2 R1 C1 R2 C2 74121（1）74121（2）vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2.延时延时153.组成噪声消除电路组成噪声消除电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉
11、宽，单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。才可消除噪声。vI Q vO 噪声噪声 C R VCC Cext Rext/Cext 74121 A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 169.2 施密特触发器施密特触发器1 1、施密特触发器、施密特触发器电压传输特性电压传输特性及工作特点及工作特点（P245P245）施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。压值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值输入信号增加和减
12、少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压电压分别是正向阈值电压（VT+）和负向阈值电压（）和负向阈值电压（VT-）。同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+VOH VOL oVT+vO VOH VOL VT-vI 171、电路组成、电路组成2、工作原理、工作原理 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I19.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2 I为三角波为三角波 假定：假定：2THDDVV 18 1 1 G
13、1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR00 1(1)I上升上升当当vI=0，=0VvO正向阈值电压正向阈值电压(VT+):I 在增加过在增加过程中，使输出电压产生跳变时所程中，使输出电压产生跳变时所对应对应 I 的值。的值。只要只要 I1 VTH，I1(4)当当I下降下降,也下降也下降则保持则保持 =VOHo当当 =VTH，电路产生跳变，电路产生跳变：I1 vO1=VOH 20 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 1 v vo ov vI I 传特性曲线传特性曲线 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t
14、t vO VDD O VT VT vI 219.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 vI vO vO，VDD TP1 TP2 TP3 TN5 TN4 TN6 vS2 vS5 TP7 TN8 TP9 TN10 TN12 TP11 VDD 施施密密特特电电路路 整整形形电电路路 输输出出电电路路 1 vI vO 229.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t v vT T+v vT T-1 vI vO 1.1.波形变换波形变换 23 vI VT+VT 0 t vO VOH VOL 0 t(b
15、)vO vI 1 2.波形的整形波形的整形 vO vI 1 vI VT+VT 0 t vO VOH VOL 0 t(a)24 1 v vo ov vI I o VT+vO VOH VOL VT-合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 3.3.消除干扰信号消除干扰信号25 VT-vI 0 VT+0 t vO VO H VO L 0 1 o oI I4.幅度鉴别幅度鉴别 o VT+vO VOH VOL VT-vI 269.3 多谐振荡器多谐振荡器9.3.1 由门电路组成的多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器9.3.
16、2 由由施密特触发器施密特触发器构成构成的的波形产生电路波形产生电路9.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器27ppt课件 多谐振荡器是一种多谐振荡器是一种自激振荡器自激振荡器，在接通电，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形（脉冲）波。由于矩形波中含有丰富的高次形（脉冲）波。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器矩形波振荡器叫做叫做多谐振荡器多谐振荡器。多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态故又称为态故又称为无稳态电路。无稳态电路。它可以由分立元件构成，也可以由
17、集成它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。电路构成。28ppt课件9.3.1 由由CMOS门门电路组成的多谐振荡器电路组成的多谐振荡器 1.电路组成电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器o1=1,o=0 时时,电容充电电容充电,I增加增加;o1=0,o=1 时时,电容放电电容放电,I下降下降;o1与与o 反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间:29 2.工作原理工作原理DDTH0O 2NFFVVVV假定假定 电路初态：电路初态：=1vO
18、1=0vOvC=0V电容充电电容充电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使迅速使G1导通、导通、G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO 1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 电电 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD030（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电电容放电vCvIvI当当=VTH 时时
19、，迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2导通导通电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态O2=0 O1=12.工作原理工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放电电 vI D2 TN TN vO1 vO2 D4 R C vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t 31 TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。频率稳定性较差。3.振荡周期的计算振荡周期的计算THDDDD1ln
20、VVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+)0；vC()VDD =RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0 =RC,t=t3-t2T2:THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t 32v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV C Cv vo ov
21、vI IR R1 19.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路339.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1、石英晶体石英晶体电路符号和选频特性电路符号和选频特性电路符号电路符号 阻抗特性阻抗特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f =f0 时时,电抗电抗 X=0342、石英晶体振荡器（、石英晶体振荡器（P255）R:使使G1 G2工作在线性区工作在线性区对对TTL门电路在门电路在0.72K之间之间 对对CMOS门电路在门电路在10100MK 之间之间C1:用于两个反相器之间用于两个反相器之间的耦合的耦合C2:抑制高次谐波抑制高次谐波 保证稳定的
22、频率输出保证稳定的频率输出 G1 1 G2 1 C1 R C2 R vO 35 1 2 1&石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q&C1 CPQ123、双相脉冲产生电路双相脉冲产生电路369.4 555定时器及其应用定时器及其应用9.4.1 555定时器定时器9.4.2 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器9.4.3 用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 9.4.4 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器37ppt课件555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,广泛用于信号的产广泛用
23、于信号的产生、变换、控制与检测。生、变换、控制与检测。9.4 555定时器及其应用定时器及其应用电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC (8)G1、电路 结构9.4.1 555定时器定时器382、工作原理、工作原理 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD&1 G vO 不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电放
24、电管管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 3、功能表、功能表39 3、555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 409.4.2 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 VCC 5k vIC vI1 C1 5k
25、vI2 C2 5k v O T S R RD&1 G(3vvI如何改变电路的阈值电压和回差电压如何改变电路的阈值电压和回差电压?vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 41 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01 F 7 3 5 1 波形变换波形变换 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_电路的频率与占空比的关系电路的频率与占空比的关系?如何改变占空比如何改变占空比?回
26、差电压减小回差电压减小,占空比如何变化占空比如何变化?42 波形产生电路波形产生电路(多谐振荡器多谐振荡器)C Cv vo ov vc cR R1 1 VCC 8 4 555 6 2 R 0.01 F 7 3 5 1 C 43v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t C Cv vo ov vI IR R1 1T=T1+T2449.4.4 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器1 1、电路组成电路组成 VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2 TC1C
27、2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV-1R-2R451 1、）、）电路第一暂态，输出为电路第一暂态，输出为1 1。电容充电，电路转换到。电容充电，电路转换到第二暂态第二暂态,输出为输出为0 02 2、工作原理、工作原理2 2、）、）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态 TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoC)(-CCV-1R-2R463、工作波形与振荡频率计算工作波形与振荡频率计算tPL=R
28、2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1 R2 vC VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O tPL tPH t t 474 4、用用555555定时器组成定时器组成占空比可调的占空比可调的多谐振荡器多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC RA RB R1 R2 R3 D2 C vC D1 8 4 7 6 2 1 5 3 555 VCC vO 0.01 F C)RR(.ttfB ApLpH
29、4311%(%)q100A B BA AR RR RR R 48例：用例：用多谐振荡器多谐振荡器构成构成 简易电子琴电路简易电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/3首先用首先用555 定时器定时器构成构成多谐振荡器多谐振荡器:0tuo输出波形输出波形4948162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图 简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出的阻值来改变输出方波的周期，使外接的喇叭发出不同的音调方波的周期，使外接的喇叭发出不同的音调。509.4.3 用用555定时器定时器
30、组成组成单稳态触发器单稳态触发器 1、电路、电路VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD&1 G vO vI51外加触发信号，外加触发信号，Vi1/3Vcc 电路转换到暂态，输出为电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电到触发信号消除后，电容充电到 2/3Vcc 电路自动转换到稳态输电路自动转换到稳态输出为出为0没有触发信号时没有触发信号时(i )电路处于稳态，电路处于稳态，输出为输出为0 0 13VCCVCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2
31、C2 5k v O T S R RD&1 G vO vI vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 52 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n31.1RC 4 4、）工作波形及输出脉宽的计算、）工作波形及输出脉宽的计算电路是可重复触发的单稳吗电路是可重复触发的单稳吗?如将如将5脚接电压脚接电压V,电路的脉宽会改变吗电路的脉宽会改变吗?V增加增加,脉宽脉宽如何改变如何改变?减小还是增大减小还是增大?vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 53可重复触发单稳可重复触发单稳在暂稳态期间，在
32、暂稳态期间，T T导导通，通，C C放电。触发信放电。触发信号撤除后，号撤除后，C C充电，充电，只要未冲到只要未冲到2Vcc/32Vcc/3，电路均处于暂稳态。电路均处于暂稳态。若此时有新的触发脉若此时有新的触发脉冲，冲，T T再次导通，再次导通，C C放电，重新触发暂稳放电，重新触发暂稳态。态。8 4 7 6 2 1 3 5 R VCC R1 C T vI vO 0.01 F 54 vI O t 8 4 2 5 3 7 6 vI 1 vIC C vO R VCC 脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器工作波形工作波形 vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t 555组成的单稳态的应用组成的单稳态的应用:55
