湖南计算机高等专科学校：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件）第4章 脉冲信号的产生与整形

第4草脉冲信号的 学习要点 555定时器的工作原理及逻辑功能 °由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法

第4章 脉冲信号的 产生与整形 学习要点： • 555定时器的工作原理及逻辑功能 •由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法

第4章脉冲信 产生与整 41多诸振荡器 42单稳态触发器 43施密特触发器 退出

第4章 脉冲信号的 产生与整形 4.1 多谐振荡器 4.2 单稳态触发器 4.3 施密特触发器 退出

4.1多谐振荡器 41.1由门电路构成的多诸振荡器 4L.2由555定时器构成的多谐振荡器 41.3多谐振荡器的应用 退出

4.1 多谐振荡器 4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器 4.1.2 由555定时器构成的多谐振荡器 4.1.3 多谐振荡器的应用 退出

41.1由门电路构成的多谐振荡器 能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。 1、RC环形多谐振荡器 ui G R Rs 0 0 (a)电路图 (b)波形图

4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器 能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。 1、RC环形多谐振荡器 0 (a) 电路图 & & ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RS C uo (ui1 ) uo 2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1 G2 & G3 ui2 (uo 1) UT t 1 t 2 t 3

第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程 12 ui2 0 l i2 o2 & R Rs (a)电路图 (b)波形图 在1时刻,un1(l0)由0变为1,于是uo(u2)由1变为0,un2由0变 为1。由于电容电压不能跃变,故u3必定跟随2发生负跳变。这 个低电平保持u为1,以维持已进入的这个暂稳态 在这个暂稳态期间,ln2(高电平)通过电阻R对电容C充电,使 l43逐渐上升。在t2时刻,l43上升到门电路的阈值电压Ur,使l (l1)由1变为0,lo1(ln2)由0变为1,l由1变为0。同样由于电 容电压不能跃变,故v跟随l发生正跳变。这个高电平保持0为0。 至此,第一个暂稳态结束,电路进入第二个暂稳态

0 (a) 电路图 & & ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RS C uo (ui1 ) uo 2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1 G2 & G3 ui2 (uo 1) UT t 1 t 2 t 3 在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变 为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这 个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。 在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使 ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo （ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电 容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。 至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。 第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程

第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程 ui2 0 l i2 o2 & R Rs (a)电路图 (b)波形图 在12时刻,42变为低电平,电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行,l3逐渐下降。在t3时刻,42下降到Ur,使to(n)又 由0变为1,第二个暂稳态结束,电路返回到第一个暂稳态,又 开始重复前面的过程。 造成振荡器自动翻转的原因是电容C的充放电。 振荡周期为:T≈2.2RC

0 (a) 电路图 & & ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RS C uo (ui1 ) uo 2 ui3 t t t t (b) 波形图 0 0 0 G1 G2 & G3 ui2 (uo 1) UT t 1 t 2 t 3 第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程 在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。 造成振荡器自动翻转的原因是电容 C的充放电。 振荡周期为：T≈2.2RC

2、CMOS多谐振荡器 第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程 G ui2 12t3 (uol 0 R t (a)电路图 (b)波形图 在t时刻,n由0变为1,由于电容电压不能跃变,故v1必定跟随 l发生正跳变,于是un(u1)由1变为0。这个低电平保持u为1, 以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间,电容C通过电 阻R放电,使l1逐渐下降。在t2时刻,ln1上升到门电路的开启电 压Ur,使ln1(u2)由0变为1,l由1变为0。同样由于电容电压 不能跃变,故v1跟随u发生负跳变,于是l2(lo1)由0变为1。这 个高电平保持l为0。至此,第一个暂稳态结束,电路进入第二 个暂稳态

ui1 uo1 ui2 uo 0 (a) 电路图 & & R C uo ui1 t t t (b) 波形图 0 0 G1 G2 ui2 (uo 1) UT t 1 t 2 t 3 2、CMOS多谐振荡器 在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随 uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1， 以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电 阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电 压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压 不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这 个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二 个暂稳态。 第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程

第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程 0 G dol 0 R (a)电路图 (b)波形图 在t2时刻,l01变为高电平,这个高电平通过电阻R对电容C充电 随着放电的进行,41逐渐上升。在时刻,4n上升到Ur,使u (41)又由0变为1,第二个暂稳态结束,电路返回到第一个暂 稳态,又开始重复前面的过程 若U1=0.5VD,振荡周期为: T≈1.4RC

ui1 uo1 ui2 uo 0 (a) 电路图 & & R C uo ui1 t t t (b) 波形图 0 0 G1 G2 ui2 (uo 1) UT t 1 t 2 t 3 第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程 在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。 随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo （ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂 稳态，又开始重复前面的过程。 若 UT ＝0.5VD D，振荡周期为： T≈1.4RC

3、石英晶体多谐振荡器 R R 电感性 & (a)石英晶体多谐振荡器 (b)石英晶体阻抗频率特性 电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性 放大区。对T反相器,常取R1=R2=R=07k2~2kg2,而对 于CMOS门,则常取R1=R2=R=10k92~100k92;C1=C2=C 是耦合电容,它们的容抗在石英晶体谐振频率时可以忽略不 计;石英晶体构成选频环节 振荡频率等于石英晶体的谐振频率f

& & R1 C2 R2 C1 uo f (a) 石英晶体多谐振荡器 (b) 石英晶体阻抗频率特性 0 X f 0 电 容 性 电 感 性 3、石英晶体多谐振荡器 电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性 放大区。对TTL反相器，常取R1 ＝R2 ＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对 于CMOS门，则常取R1 ＝R2 ＝R＝10kΩ～100kΩ；C1 ＝C2 ＝C 是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不 计；石英晶体构成选频环节。 振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0

4.1.2由555定时器构成的多谐振荡器 (4.5~16V 1、55定时器 复位端 电压 CC 低电平有效 控制端 5k Q2 G CO & T 高电平 5k Q2 触发端/TR &9 D T 5k Q2 低电平 触发 放电端

4.1.2 由555定时器构成的多谐振荡器 1、555定时器 1 & & & CO T H T R +VCC u O D 5kΩ 5kΩ 5kΩ C1 C2 G1 G2 G3 T + + － － 2 6 5 8 4 3 7 R Q Q 低电平 触发端 高电平 触发端 电压 控制端 复位端 低电平有效 放电端 4.5～16V