数字电子技术基础第五版第十章

G1和G2为CMOS门
V OH V D,D V O L0,V TH 1 2V DD
1. 原理分析 稳态 V I 0 ,V 下 d 0 ,V I ： 2 V D ,V D O 0 ,(V O 1 V D)D C ,上无电 加触发信 VI号 , Vd VO1 VI2 VO 电路迅速进入暂 VO稳 1,V 态 O1 0,C开始充电
10.5 555定时器及其应用
10.5.1 555定时器 （数/模混合IC）
一、电路结构
1) 电压比较器（C1,C2 ); 3) 输出缓冲器（G3,G4);
2) SR锁存器;
4) OC输出的三极管（TD）
置零端
接C1的反相端
总共八个管脚
接C2的同相端
放电三极管
二、功能表（输出与输入的关系）
参考电位:
2、性能参数计算 输出脉宽：等于VI2从0充电至VTH的时间。
twRlC n V V (( )) V V ((0 t))RlC n V V D D D V D T 0H RlC n 2
tre (3~5 )R (/r /D 1R O)C N(3~5 )R OC N tdtwtre
电容充电 等效电路
3. 管脚7、1间接入电容C
稳态时，无触发信V号I ：1 ( 13VCC即可，VC2 1)
若通电后Biblioteka BaiduQ 0 TD导通VC
0VVCC12
1 Q
1
0保持
因此，稳态时，VI=1， VC1=VC2=1，Q=0，
VO=0, TD导通
若通电后 Q1TD截止C充电至VC 23VCC
VC1
0
Q
0
TD导通C放电VVCC12
暂稳态时, Vo1,V ,Co1开始0充电
C 充电V至 I2VTH 时,VI2又引起正反馈
VI2 VO VO1
这期间vd维持低电平
电路迅速返V回 O稳 0,VO 态 1VDD,C放电至没有电压 稳， 态恢 。复
稳态 V I 0 ,V 下 d 0 ,V I ： 2 V D,V D O 0 ,(V O 1 V D)D C ,上无电 暂稳态时, Vo1,V ,Co1开始0充电
VT
(1
R1 R2
)VTH
回差电压:
V TV TV T
负向变化 过程
CMOS反相器的 电压传输特性
VTH=
施密特触发器的 电压传输特性
V T VTH V T
正向变化 过程
施密特触发器 的电路符号
施密特触发器的主要特点： 1. 输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的 电平不同,分别为V T 和V T ; 2. 电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿 变陡。
电容放电 等效电路
10.3.2 集成单稳态触发器 电路结构与工作原理 (74 121)
微分型单稳
控制附加电路
tw RlC n V V ( ( ) ) V V ( (0 t) )RlC n V V C C C V C T 0H RlC n 2
74121的功能表,见 P472
10.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
10.4.2 非对称式多谐振荡器 一、工作原理（CMOS）(1)由于“扰动”VI使 1有微小，则有：
VI1 VI2 VO2
使VO1迅速低，而 VO2迅速高。 电路进入第一个暂 稳C态 开始放电 ,VI1
(2)VI1 至VTH，则有： VI1 VI2 VO2
使VO1迅速高，而 VO2迅速低。 电路进入第二个暂 稳C态 开始充电 ,VI1
(2 )由于“扰动”使 V I1有微小 ，则有： V I1 V O ! V I 2 V O 2
使
V
O
迅速跳变为低，而
1
VO 2迅速跳变为高。
电路进入第一个暂稳态 ,
C
开始充电，
1
C 2开始放电。
(3)当V
I
充
2
至VTH
时
，
再
将
起
引
起
如
下
正
反
馈
：
VI 2 VO 2 VI1 VO1
使VO1迅速跳变为高，而 VO 2 迅 速 跳 变 为 低 。
2
1
VR13VCC;VR2 3VCC
输入
输出
RD V I 1 V I 2 V O
TD
0 X X 0 导通
1
2 3 VCC
1 3
V
CC
0
导通
1
2 3 VCC
1 3 VCC
不变
不变
1
2 3
V
CC
1 3 V CC
1
截止
1
2 3
V
CC
1 3
V
CC
1
截止
判定vc1,vc2的高低,并
确定Q及Q’的状态,以 此决定VO的输出.
性能参数： 暂稳态输出的宽度
twRC lnVCVC CC3 2V 0CCRC ln3
10.5.4 用555接成多谐振荡器
TD与R1接成反相器，它的输出vOD与vO在高、
低电平状态上完全相同。
TT1T2 (R2R1)ClnV VC CC C V VT T R2Cln0 0 V VT T
q R1R2 50% 如希望q<50%? R12R2
G1和G2为TTL门
1. 原理分析
* 稳V 态 I 0 ,V O 下 1 ,( V O 1 V O ： )V H A , V O ； H *V I后V ， O0,进入暂 V O 1 稳 0,C 开 态始 ，放电 *当放 VA 至 VTH 后V ， O1,返回稳态； V I后 C 重 ， 新 充 至 V OH
电路进入第二个暂稳态,
C
开
2
始
充
电
，C1开
始
放
电
。
二、电压波形
三、振荡频率计算
T V I1 从充电 V T开 的 H 始 时 V I2 从 到 间 充 充电 至 V T开 的 H 始 时
VEVOH (VCCVBEVOH )R1R FR 2F2 RER1//RF2
T2REClnV VE EV VTIK H
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
与第五章中的 触发器含义不同
G1,G2为CMOS反相 器
设 V O H V D ， D V O L 0 ， V TH 1 2 V D ， DR 1 且 R 2
V O H V D ， D V O L 0 ， V T H 1 2 V D ， DR 1 且 R 2
谢谢聆听
共同学习相互提高
VT
VT
10.2.3 施密特触发器的应用
一、用于波形变换
二、用于鉴幅
三、用于脉冲整形
10.3 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，能从稳态→暂稳态，维持
一段时间后再自动返回稳态。 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器 一、积分型单稳态触发器
ii)当 13VCC vI 23VCC 时, Vc1=1、Vc2=1, Q=1, 则
Vo=VoH保持不变；
iii)当
vI
2 3 VCC
时,
Vc1=0、Vc2=1, Q=0, 则Vo=VoL；
故
VT+ =
2 3
V
CC
2.再分析VI从高逐渐下降的过程:
i)当
vI
2 3
V
C
C
时,
Vc1=0、Vc2=1, Q=0, 则Vo=VoL；
ii)当
1 3VCC
vI
23VCC
时,
Vc1=1、Vc2=1, Q=0, 则
Vo=VoL保持不变；
iii)当
vI
1 3 VCC
时,
Vc1=1、Vc2=0, Q=1, 则Vo=VoH；
故 VT- =
1 3
V CC
10.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
1. TD 与R构成反相
器，其输出接vI1
2. VI接vI2
作业：P504，10.19，10.22
q R1 R1 R2
10.6用multisim分析脉冲电路
例:分析下图用555定时器接成的多谐振荡器。求出输出电压的 波形和震荡频率。
电路的震荡周式期为计：算公
TT1T2 (R12R2)Ln2 92ms 可见m用 ulti得 sim到的分析结计果算与结理果论完全
数字电子技术基础第五版第十章
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第十章 脉冲波形的产生和整形
10.1 概述
一、获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形产生电路 2. 脉冲波形整形电路
二、描述矩形脉冲特性的主要参数
10.2 施密特触发器（一种常用的脉冲整形电路）
(3)当 VI1 至 VTH , 又返回第一个暂稳态。
二、电压波形
脉冲宽度计算：
TW T1 T2 T1 : C放 电 ，V从TH VDD放 至VTH T2 : C充 电 ，V从TH VDD充 至VTH
tw
R
ClnV() V()
V(0) V(t)
10.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
二、实用的环形振荡器 （TTL）
2. 性能参数计算 输出脉宽：
放电 回路
tw (R R o)C ln V V ( ( ) ) V V ( (0 t) ) (R R o)C ln V V O T H H
输出脉宽
输出脉 V O 0 时 冲间 宽 V A 从 ） 度 V O放 H 等 （ V 电 T于 的 H至 时间。
二、微分型单稳态触发器
10.5.2 用555定时器接成施密特触发器
将555定时器的VI1和VI2两 个输入端连在一起, 作为信号 输入端,即构成施密特触发器.
施密特触发器的特点在于： 有两个阈值电压VT+和VT-
1.先分析VI从0逐渐升高的过程:
i)当v I
1 3 VCC
时,
Vc1=1、Vc2=0, Q=1, 则Vo=VoH；
P81,图3.3.12 CMOS反相器 的电压传输特
性
1 . v I 0 ， v A 0 ， v o 1 V O H V D D , v o V O L 0 VTH=
2.当 v I
vA
v o1
vo
设此时 VI =VT+
当
v
从0逐渐升高,并使
I
vA时V,电th 路的状态将迅速转换为
voVO HVD D
1 Q
1
0保持
触发 VI 时 只V 要 I降1 3 至 VCC ,则 V V C C2 1 1 0 Q1,TD截 止 C开始充电
当 VC充3 2 至 VC时 C （假 VI已 定经 此回 时 1 3V 到 C） C 高 返回稳于 态
则 V V C C 1 2 0 1 Q 0 ,T D 导 通 C 开 始 0 V V C 放 C 1 2 1 1 Q 电 0 保 至 持
第 一 步 ：R增C积加分 环 节 ，tpd加 2。大 第 二 步 ： 为迟 获， 取 C的 将 更接 大地 延 G 端 1输改 出
通过调 R、 整 C改f（R不能太大） RC常数远T大 pd,因 于此周期主R要 C环计 节算
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器 T T 1 T 2 R C ln V V D D D D V V T T R C ln V V T T
T T 1 T 2 R 2 C ln V V D D D D V V T T R 1 C ln V V T T
10.4.5 石英晶体多谐振荡器（自学）
作业：P501， 10.3，10.9
１９２２年 美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振
荡的频率。
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，随后各国相继采 用，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。
vo VOL 0
则有： vAV THV D D(V D DV T)R 1R 2R 2 ,可得 V T R 1R 2 R 2V T H R R 1 2V D D (1 R R 1 2)V T H
VT-称为输入信号vI的负向阈值电压
VDD=2VTH
正向阈值电压:
VT
(1
R1 R2
)VTH
负向阈值电压:
则有： vAVTH R1R2R2VT
V TR 1R 2R2V TH(1R R 1 2)V TH
vA VT R2 R1 R2
VT+称为输入信号vI的正向阈值电压
3.当 v 从I 高电平 V逐D D渐下降时,有
VTH=
vI
vA
v o1
vo
设此时
VI =VT-
当 v 下I 降到使 vA 时V,电th 路的状态将迅速转换为