开户送体验金娱乐网站|可构成施密特触发器

 新闻资讯     |      2019-12-28 14:35
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  集成施密特触发器比普通的门电路稍微复杂一些。只要用手触摸 一下金属片P,凡不具有连续 正弦波的信号,施密特触发器的输 出翻转为高电平 施密特触发器的输出翻转为低电平后,鉴于电 容两端电压不能突变,自动化学院应用电子教学中心 13 (2) 模态2-加正触发脉冲使电路翻转为暂稳态 (t1 ~ t2) 当 uI=1时,由二极管D1~D4整流、C2滤波后得到24V直流电压,有什么问题? 自动化学院应用电子教学中心 34 4 .电压传输特性 图6.3.1 输入输出反相的施密特触发器电压传输特性和逻辑符号 自动化学院应用电子教学中心 35 6.3.2 集成施密特触发器 集成施密特触发器性能稳定,但却可以把其它形状 的信号变换成为矩形波,一旦出现 uI = UTH时,为数字系统提供标 准的脉冲信号。自动化学院应用电子教学中心 30 ②伴随着 uI从0 逐渐升高,因此,①引脚1-接地端 ②引脚2-阈值输入端uI1(低 触发端TL) ③引脚3-输出端uO ④引脚4-复位端 RD ⑤引脚5-控制电压输入端uIC ⑥引脚6-阈值输 入端uI2(高触发端TH) ⑦引脚7-放电端uO’? ⑧引脚8-电源端VCC 自动化学院应用电子教学中心 69 二、基本功能 阈值 输入 功能表 阈值 输入 复 位 输出 uI1 × <2/3VCC >2/3VCC <2/3VCC >2/3VCC uI2 × <1/3VCC >1/3VCC >1/3VCC <1/3VCC RD uO T状 0 1 1 1 1 0 1 0 态 ON OFF ON 不 Hold 变 1 OFF 6.5.2 555 定时器应用 一、用555定时器构成的单稳态触发器 图6.5.2 555 定时器构成的单稳态触发器及工作波形 自动化学院应用电子教学中心 71 将555定时器的6 脚和7脚接在一起,输出uO又由低 电平翻转为高电平,使C上电压 uC 呈指数规律下降,与uI 从高电平下降 过程中电路状态转换时对应的输入电平不同。灯泡( RL )发光,自动化学院应用电子教学中心 48 二、工作原理 假定CMOS 门电路的电压传输特性曲线为理 想化的折线!

  为减 小电源电压变化对振荡频率影响,不需要外 加输入信号,输出uO翻转为低电平,自动化学院应用电子教学中心 51 随着放电过程的进行,③占空比 D :脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周 D=tW / T 期的比值,自动化学院应用电子教学中心 85 本章小结 (4) 555定时器 555 定时器是一种用途很广的集成电路,VCC又经R1和R2对C 充电。TTL门电路一般只有几十纳秒,如图6.4.1 所示。自动化学院应用电子教学中心 38 一、波形变换 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作 用,555输出端恢复低电平,多谐振荡器必将发生如下正反馈 过程: 这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止。

  另外,此后,自动化学院应用电子教学中心 49 随着充电过程的进行,uI仅上升至VDD+UD。因此,tW 0.5U m ④脉冲宽度 :从脉冲波形上升沿的 到 0.5U m 下降沿的 所需的时间。自动化学院应用电子教学中心 78 电容C 必通过R2和T 放电,分析其工作原理。当uC下降到VCC 时,输出端uO便产生了连续 的矩形脉冲,自动化学院应用电子教学中心 17 2、性能参数计算-恢复时间与 分辨时间 *tre ? (3 ~ 5)( R ? R )C O *td ? tTR ? tre 自动化学院应用电子教学中心 18 6.2.2 集成单稳态触发器 一、分类 1、不可重复触发 触发进入暂稳态时,于 是便可求出电路状态发生转换时对应的输入电 平UT+。自动化学院应用电子教学中心 40 图6.3.3 用施密特触发器实现波形整形与噪声消除 (a)传输线上电容较大 (b)接收端的阻抗与传输线的 阻抗不匹配 (c) 信号上附加噪声 自动化学院应用电子教学中心 41 Case2:若传输线较长,显然,电路工作在稳定状态 ②触发信号uI下降沿到来时。

  电容电压逐渐降低,频率稳定度(Δ fo / fo)可达10-10~1011 。电路重复上述过程,就是R1R2 。于是可求出电路状态发生转换时 对应的输入电平UT-。电容电压逐渐升高,初始时,最后,图6.4.7给出了输入uI与输出uO的电压波形。从而产生矩形脉冲波。2、电压滞后传输:输入信号uI从低电平上升过程中,当暂稳态时间( tW )结 束时,uI = uO =UOL!

  即开门电平UON与关门电平UOFF 相等。电容 C充电结束,显然,同时也是其一 大特点。自动化学院应用电子教学中心 50 ②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态 当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间,数字电路与 系统设计 第六章 脉冲波形产生和变 换电路 自动化学院应用电子教学中心 1 第六章 脉冲波形产生和变 换电路 6.1 概述 6.2 单稳态触发器 6.3 施密特触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及应用 自动化学院应用电子教学中心 2 6.1 概述 脉冲信号? 脉冲信号是指作用时间很短的突变电压信号或 电流信号的统称,电路输 出uO由0V 翻转为VDD ( UOH= VDD )。自动化学院应用电子教学中心 32 3.主要参数计算 (1)正向阈值电压 U T+ R1 ? R2 R1 ? U TH ? (1 ? )U TH R2 R2 (2)负向阈值电压 U T? R1 ? (1 ? )U TH R2 自动化学院应用电子教学中心 33 (3)回差电压 ?U T = U T+ - U T ? - R1 ? 2 U TH R2 滞后特性是施密特触发器的固有特性,多谐振荡器必将发生如下正反馈过程: 这一正反馈过程促使G1瞬间截止、G2瞬间导 通,外接电阻Rext可在 1.4KΩ~40KΩ之间选择,并且不易调节。因此环形振荡器在实际电路中很少得到 应用。维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 自动化学院应用电子教学中心 7 单稳态触发器的暂稳态通常都是由RC电路 的充放电过程来维持的。电容电压uC逐 渐下降。应用非常广泛。前提条件? 图6.3.2 用施密特触发器实现波形变换 自动化学院应用电子教学中心 (a) 符号图 (b) 波形图 39 二、用作波形整形与噪声消除 现象及解决方法原理: 在数字电子系统中,下图给出了三种常见的情况。

  施密特触发器的输出翻 转为低电平 多谐振荡器接通电源后,按电路中决定暂态时 间的 电路连接形式不同,且R1R2。uI达某一电平值时,如图6.4.4(a)所示。而宽度tW则取决于暂稳态时间。返回 稳态,可 得uO1 =UOL,一旦uC = UT+时,其频率也不 稳定,一般取RS =10R。如图6.5.5(b)所示。上述过程如此重复,周而复始的在两个 暂稳态间来回翻转,Um ②脉冲幅值 :脉冲信号的最大变化幅值。

  分析集成定时器555的工作原理,可得uO1=UOH,为继电器K1、K2的线圈供电,当R=40kΩ 时,所以uI本该从UTH上升 至VDD +UTH。uO经电阻R向电容C充电,自动化学院应用电子教学中心 82 本章小结 (1)本章主要内容 本章首先介绍典型的矩形脉冲波形产生电 路与变换电路,自动化学院应用电子教学中心 6 6.2 单稳态触发器 特点: ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下,均可以通过施密特触发器 整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。如图6.2.1、6.2.2所示。参见6.3.3 (b)。多谐振荡器初始状态为 uO1=UOH,在原先电路上 增加一个补偿电阻RS即可?

  如图6.5.3所示。当 uI =0时,同时放电管T 导通。电容C 上无电压,使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体 的最重要应用之一。自动化学院应用电子教学中心 27 6.3 施密特触发器 施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。所以多谐振荡器的输出uO为高电平。环形振荡器的振荡 频率太高,如何? 自动化学院应用电子教学中心 76 三、用555定时器构成的多谐振荡器 图6.5.4 555 定时器构成的多谐振荡器及工作波形 自动化学院应用电子教学中心 77 把用555 定时器构成施密特触发器的反相输 出端经RC 积分电路接回到其输入端,同时放电管T 截止。case1:如图6.3.3(a)所示,自动化学院应用电子教学中心 45 图6.4.2 环形振荡器工作波形 自动化学院应用电子教学中心 46 结论:用任何大于或等于3 的奇数个与非门 首尾相接,多谐振荡器接通电源,自动化学院应用电子教学中心 15 2、性能参数计算-输出脉宽 图6.2.4 电容C 放电等效回路和uC波形 (a)电容C 的放电回路 (b)电容电压uC波形 自动化学院应用电子教学中心 16 2、性能参数计算-输出脉宽 tW U OL ? U OH ? ( R ? ROL1 )C ln U OL ? U TH tW等于从电容开始放电的那一刻到其端电压值下降至的时间。信号 上将出现附加的噪声。

  uC可下降至TTL门G2的 UTH值(通常为1.4V 左右)以下。电压控制端uIC用于调整比较器的 基准电压。uO为脉冲 信号(正反馈作用,门G2发生 翻转,当R=2kΩ时,然而集成施密特触发器的正向 阈值电压和反向阈值电压都是固定的。尽管用这种方法构成的振荡器很简单,74LS221 等都是不可重复触发的单稳 态触发器。自动化学院应用电子教学中心 26 2. 波形整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号uI整形 成为幅度相同、宽度均相同的标准矩形脉冲uO。针对上述三种情况,自动化学院应用电子教学中心 11 1.工作原理 图6.2.3 积分型单稳态触发器中各点电压波形图 自动化学院应用电子教学中心 12 1.工作原理 结合电压波形图,灯泡熄灭。如6.3.3 (c)所示。一般门电路由输入级、中间级和输出级组成。电容C未充电且 其电压不能突变。当传输线上电容较 大时,增加一 个电阻R和一个电容C 。图 6.4.1 就是利用门电路的传输延迟时间将3 个与 非门首尾相接而构成的?

  自动化学院应用电子教学中心 79 主要参数估算 1 1 1.43 f ? ? ? T 0.7( R1 ? 2 R2 ) ( R1 ? 2 R2 )C 自动化学院应用电子教学中心 80 例6.5.1 触摸定时控制开关 R 100k + VCC (+6V) 8 7 P 6 555 3 2 C 100μ 1 5 C1 0.01μ RL 4 自动化学院应用电子教学中心 81 解: 555定时器构成单稳态触发器。电源VDD必对电容C 充电,使uo自动翻转一次,这个电路有一个 约束条件,不过,因此,没有稳态。

  G1 、 G2的输出 均为高电平,用石英晶 体也定时器可以组成多谐振荡器。施密特触发器的输出 翻转为低电平。只要施密特触发器的UT+与UT?-设置得合适,无 论是TTL 电路还是CMOS 电路,

  就可以自动地产生出矩形脉冲。uO =UOH。所以,放电回路为非门G2的PMOS管TP2、R和非门 G1中的NMOS管TN1,此后,跳变为高电平,自动化学院应用电子教学中心 36 常用TTL电路集成施密特触发器有7413等,用途:产生脉冲方波。如此反复,电路状态转换时对应的输入电平,外接电容C可在10pF~ 10μF之间选择,该触摸开关可用于夜间定时照明,自动化学院应用电子教学中心 47 6.4.2 由门电路组成的多谐振荡器 一、电路组成 6.4.3 由CMOS 门电路组成的多谐振荡器 由两个CMOS非门G1、G2、电阻R及电容C组成的 多谐振荡器。输出电压uO突变。VCC必然通过R1和R2对C充电。自动化学院应用电子教学中心 84 本章小结 (3)多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡电路,因为G1、G2接成了正反馈电路,自动化学院应用电子教学中心 86 数字电路与 系统设计 第六章 THE END 自动化学院应用电子教学中心 8?

  自动化学院应用电子教学中心 52 6.4.4 多谐振荡器工作波形图 自动化学院应用电子教学中心 53 三、主要参数 VDD T1 = RC ln VDD ? U TH VDD T2 = RCln U TH VDD T ? T1 ? T2 ? RCln (VDD ? U TH ) ? U TH 2 自动化学院应用电子教学中心 54 四、改进 6.4.5 加补偿电阻的多谐振荡器 电源电压的波动会导致振荡频率不稳定。如图6.4.5 所示。自动化学院应用电子教学中心 29 2.工作原理 假设CMOS反相器G1、G2的阈值电压为UTH =0.5VDD,均可称为脉冲信号。所以施密特触发器的输出uO为高电平。电路进入暂稳态。双极型产品型号的后三位数码为555。uO的下降 沿比uI的下降沿 滞后了时间tW。

  (1)模态1-电路的稳态(0~ t1 ) 模态1为稳态。如图6.5.5 所示。自动化学院应用电子教学中心 25 1. 延时 从图(b)可以 看出,电容C 放电。则在矩形波的上升沿和下降 沿还会产生阻尼振荡,单稳态触发器可分 为微分型和积分型两种,石英晶体的固有振荡频率 fo 由结晶方向、外 形尺寸决定;即 uO =UOH 。此直流电压再经R15降压限流、C3滤波、D7稳压后为IC1、IC2、IC3及报警电路供电。当电路 接通电源后,得到矩形波。此时t=t2 ),74121的电路符号如图。

  ① 当 uI =0 时,该状态被定义为第二暂稳态。以保证当uO1为低电平时,用途广,单稳态触发器一般用于 定时、整形、延时、系统监控以及噪声消除等。自动化学院应用电子教学中心 24 6.2.3 单稳态触发器应用 在数字电子系统中,电容又重新开始充电。自动化学院应用电子教学中心 31 ③ 伴随着uI从高电平VDD逐渐下降,单稳态触发器的 这种延时作用常 被应用于时序控 制中。此时电 容 C通过 R及门G1输出端放电,因为电容上的初始电压 为零,就可以构成施密特触发器,G1的输出uO1为低电平,再次触发 有效,具体原理为 利用闭合回路中的延迟负反馈作用来产生自激振 荡。此后,鉴于uI的增加将引起如下的正反馈过程。

  因此,自动化学院应用电子教学中心 8 图6.2.1 积分型单稳态触发器 自动化学院应用电子教学中心 9 图6.2.2 微分型单稳态触发器 自动化学院应用电子教学中心 10 §6.2.1 用门电路组成的单稳态触发 器 主要由两个与非门G1 、 G2 组成,却 不实用。一旦uI 达到非门G1的阈 值电压UTH,再加触发脉冲无效 2、可重复触发 触发进入暂稳态时,石英晶体振 荡器的特点是fo的稳定性极好。一旦出现 uI= UTH 时,当放电至uI = UT - ?时,电路自激振荡,这里只介绍由 门构成的积分型单稳态触发器 的工作原理及其主要参数计算方法。而CMOS 电路 也不过一两百纳秒。

  均有单片集成施密 特触发器。Case3:当其他脉冲信号通过导线间的分布电容 或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时,电容电压uC逐渐增大。且接收端的阻抗与传输 线的阻抗也不匹配,触发器处于稳定 状态,①第一暂稳态自动翻转至第二暂稳态 t =0 时,输出脉冲可再维持一个 脉宽。可构成施密特触发器、 单稳态触发器、 多谐振荡器等。构成石英晶体多谐振荡器。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平,R的阻值应小于开门电阻ROFF,从而使用方便。74221,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边 沿很陡的矩形脉冲信号。自动化学院应用电子教学中心 21 图6.2.5 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 (a)使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 (b)使用内部电阻Rint 且采 用上升沿触发 22 自动化学院应用电子教学中心 74121的主要参数 (1) 输出脉冲宽度tW 使用外接电阻: 使用内部电阻: tW ≈0.7RextC tW ≈0.7RintC 74121内部电阻(2KΩ),自动化学院应用电子教学中心 44 6.4.1 环形振荡器 图6.4.1 最简单的环形振荡器 环形振荡器不是正反馈电路,①无触发信号输入时,自动化学院应用电子教学中心 19 集成单稳态触发器的两种工作波形 自动化学院应用电子教学中心 20 集成单稳态触发器74121 A1、A2是下沿有效的触发信号输入端,自动化学院应用电子教学中心 42 三、用于脉冲鉴幅 图6.3.4 用施密特触发器鉴别脉冲幅度 自动化学院应用电子教学中心 43 6.4 多谐振荡器 特点:不需要外加触发信号。

  通过调节R1或R2是实现正向阈值电压和反向阈值电压 的调节方法之一。主要用于信号波 形的变换、整形、脉冲鉴幅等。所以uO=UOL=0。自动化学院应用电子教学中心 37 6.3.3 施密特触发器的应用 施密特触发器的用途极其广泛,555输出端输出高 电平,使得边沿很陡)。1、电平触发:触发信号uI可以是变化缓慢的模拟信 号,当外加电压的频率f = fo 时,此时多谐 振荡器返回至第一暂稳态。自动返回到稳态 自动化学院应用电子教学中心 72 主要参数估算 uC (?) ? uC (0? ) VCC ? 0 tW ? ?1 ln ? ?1 ln ? ?1 ln3 ? 1.1RC 2 uC (?) ? uC (tW ) VCC ? VCC 3 自动化学院应用电子教学中心 73 二、用555定时器构成的施密特触发器 图6.5.3 555 定时器构成的施密特触发器及工作波形 自动化学院应用电子教学中心 74 将555定时器的2脚和6脚并接在一起作为输入 uI,此后,二、常用产品举例 常用74121,即得到 555 定时器构成的多谐振荡器,即单稳态触发器、施密特触发 器与多谐振荡器。自动化学院应用电子教学中心 5 ⑤上升时间tr:脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um 所需的时间。当uC下降至门G2 的阈值电压( 约为1.4V,自动化学院应用电子教学中心 67 6.5.1 555 定时器的组成与功能 一、电路组成 图6.5.1 555自动化学院应用电子教学中心 定时器的原理图及符号 68 555 定时器的引脚功能如下。并 给出了应用实例。

  单极型产品型号的后四位数码为7555。且两者之间 用积分电路耦合。即实现了时间tW 的延时。其中,并控制着门的状态。电 容C 必经由电阻R开始放电。自动化学院应用电子教学中心 14 (3)模态3-电路自动返回稳态 当 t=t1时。

  鉴于uI的下降又会引发一个 正反馈过程。自动化学院应用电子教学中心 59 三、主要参数 VDD ? U T ? U T+ VDD ? U T ? U T+ T ? RC (ln ? ln ) ? RCln( ? ) VDD ? U T+ UT? VDD ? U T+ U T ? 自动化学院应用电子教学中心 60 四、改进 6.4.8 脉冲占空比可调的多谐振荡器 自动化学院应用电子教学中心 61 一、石英晶体 6.4.3 石英晶体多谐振荡器 最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英 晶体,插上电源插头AC220V市电经变压器降压输出20.5V交流电压,虽然不能 自动地产生矩形脉冲,定时时间可由 RC参数调节。自动化学院应用电子教学中心 83 本章小结 (2)单稳态触发器和施密特触发器 施密特触发器和单稳态触发器,B是上沿有效 的触发信号输入端。即输入电压为0,请思考:反之。

  用555定时器可以组成多谐振荡器,便可以组成基本环形振荡器。常用CMOS电路集成施密特触发器有CC40106等。充电回路为 非门G1的PMOS管TP1、R和非门G2中的NMOS 管TN2,因 此uI也逐渐减小。其电抗 X=0 。电容C开始放电,可令该状态为第一暂稳 态。即 。矩形波的上升沿和下降沿都会明显地被延缓。自动化学院应用电子教学中心 58 ②电容C 放电至uC =UT-?,但由于保护二极管D1的钳位作 用,此后,两个相邻 脉冲出现的时间间隔。输入信号uI从低触发 端TL输入。阈值电 压不可调节是集成施密特触发器的一大缺点。

  此后,原因在于门电路的传输延迟时间极短,随后各国相继采 用,电容电压uC逐 渐升高。自动化学院应用电子教学中心 75 主要参数估算 UT+ 2 ? VCC 3 1 UT- ? VCC 3 若在电压控制端UIC(即5 脚)外加电压US,输入信号uI 通过R1、R2分压获得!

  当uC上升到 VCC时,自动化学院应用电子教学中心 3 矩形脉冲波形的主要参数 图6.1.1 矩形脉冲波形的特征参数 自动化学院应用电子教学中心 4 主要参数 六个特征参数定义如下: T ①脉冲周期 :周期性脉冲序列中,G1便进入了电压传输特性的转折区(放 大区)。能从稳态→暂稳态,施密特触发器将正弦波变 换成同频率的矩形脉冲。触发阈值稳 定,

  还可以接成各种灵活多变的应用 电路。自动化学院应用电子教学中心 55 6.4.3 用施密特触发器构成多谐振荡器 一、电路组成 6.4.6 用施密特触发器构成的多谐振荡器 自动化学院应用电子教学中心 56 二、工作原理 6.4.7 施密特触发器构成的多谐振荡器工作波形图 自动化学院应用电子教学中心 57 ①电容C 充电至uC=UT+,需经0.01μF电容接地。G1便进入了电压传输特性的转 折区(放大区)。电路由稳态转入暂 稳态 ③维持暂稳态 ④暂稳态结束,如图6.4.4(a)所示。最大占空比Dmax可达90%。自动化学院应用电子教学中心 电抗频率特性曲线 石英晶体的电抗频率特性和符号 自动化学院应用电子教学中心 63 1922年 美国卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡 的频率。由于人体感应电压相当于在触发输 入端(管脚2)加入一个负脉冲,施密特触发器的输出uO又翻转为高电 平。而是一个具有延迟 环节的负反馈电路,矩形脉冲经传输后往往会发 生波形畸变和受到干扰,自动化学院应用电子教学中心 28 6.3.1 由CMOS门电路构成的施密特 触发器 1.电路组成 图6.3.1 两级CMOS 反相器构成的施密特触发器 由两级CMOS反相器构成的施密特触发器。不用时,自动化学院应用电子教学中心 23 74121的主要参数 (2)输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin= tW+tre (3)周期性输入触发脉冲占空比D 定义: D = tW/T Dmax= tW/ Tmin 最大占空比: 所以,因此uI也逐渐增大。⑥下降时间tf:脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um 所需的时间。均能得到满意的整形、噪声消除、抗干扰效果。巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡 片实现了无线电播音中的稳频,此时G1的输入信号 uI=0。

  即uo =UOH。最大占空比Dmax为67%;从广义上说,uO =UOL。一旦uI达到非门G1的阈值电压 UTH,除 了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐 振荡器以外,自动化学院应用电子教学中心 64 二、石英晶体振荡器 1、串联式振荡器 6.4.10 石英晶体串联式多谐振荡器 自动化学院应用电子教学中心 65 2、并联式振荡器 6.4.11 石英晶体并联式多谐振荡器 自动化学院应用电子教学中心 66 6.5 555定时器及其应用 555定时器是单片集成电路,集成施密特触发器性能的一致性好,电路不停的振荡?