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教案21(10.1-10.2)数字电路


《数字电子技术》多媒体课件 数字电子技术》

电子信息研究室

脉冲波形的产生和整形(四次课) 第十章 脉冲波形的产生和整形(四次课)
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 概述 施密特触发器 整形电路 单稳态触发器 波形产生电路 多谐振荡器 可组成上述任何一种 555定时器及应用 定时器及应用
<

br />电路,应用非常灵活。 电路,应用非常灵活。

基本要求: 基本要求:
1、掌握脉冲波形的有关概念; 、掌握脉冲波形的有关概念; 概念 2、掌握由门电路组成的施密特触发器、单稳态触发器及多 、掌握由门电路组成的施密特触发器、 谐振荡器的特点 分析思路及典型电路的分析过程; 特点、 谐振荡器的特点、分析思路及典型电路的分析过程; 3、掌握 定时器的电路结构 、掌握555定时器的电路结构,熟练掌握由555定时器实现 定时器的电路结构,熟练掌握由555定时器实现 上述功能的电路及分析方法。 上述功能的电路及分析方法。

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10.1 概述
一、获取矩形脉冲波形的方法: 获取矩形脉冲波形的方法:
1、利用各种形式的多谐振荡器直接产生; 、利用各种形式的多谐振荡器直接产生; 2、通过各种整形电路把已有的周期性变化波形整形为所要求的 、 矩形脉冲。 矩形脉冲。

矩形脉冲波形参数: 二、矩形脉冲波形参数:
⒈脉冲周期T; 脉冲周期 ; 脉冲幅度V ⒉脉冲幅度 m; 脉冲宽度T ⒊脉冲宽度 w; 上升时间t ⒋上升时间 r; 下降时间t ⒌下降时间 f; 占空比q= ⒍占空比 Tw /T

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10.2 施密特触发器
一、定义; 二、特点和类型; 特点和类型; 定义; ★三、施密特触发器的分析思路。 施密特触发器的分析思路。 四、施密特触发器的应用。 施密特触发器的应用。

一、定义
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字 施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字 电路需要的矩形脉冲的电路。 电路需要的矩形脉冲的电路。

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二、特点和类型
特点 : ⒈输入信号在变化过程中会引起电路输出状态的变化; 输入信号在变化过程中会引起电路输出状态的变化; ⒉输入信号在上升过程中引起电路状态翻转时的输入电压值 记做U (记做UT+或VT+)与降低过程中引起电路状态翻转时的输入电 压值(记做U 不同,即形成滞回特性 滞回特性; 压值(记做UT-或VT-)不同,即形成滞回特性; ⒊在电路输出状态转换时,通过电路内部的正反馈过程,使输 正反馈过程 在电路输出状态转换时,通过电路内部的正反馈过程, 出波形的边沿很陡,改善了输出波形。 出波形的边沿很陡,改善了输出波形。 类型:分为反相功能的和同相功能的施密特触发器两类。 类型:分为反相功能的和同相功能的施密特触发器两类。 反相功能的和同相功能的施密特触发器两类

《数字电子技术》多媒体课件 数字电子技术》 vO

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反相 O V T- V T+ 负向或下限阈值电压
vO vI

回差电压(滞回电压) 回差电压(滞回电压): VT= VT+-VT- + - 正向或上限阈值电压

同相 O
vI

VT-

VT+

回差电压(滞回电压) 回差电压(滞回电压): VT= VT+-VT- + -

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★三、施密特触发器的分析思路
1、求出vI=0和vI=1时输出 O的状态。(目的 确定类型 、求出 时输出v 目的:确定类型 和 时输出 的状态。 目的 确定类型) 2、找出引起输出状态翻转的关键点,并把该点电压记为 A, 、找出引起输出状态翻转的关键点,并把该点电压记为v 的关系式: 求vA 与vI、 vO的关系式: 上升过程中的关系式,记为: ① 上升过程中的关系式,记为: vA=f1(vI,vO) 下降过程中的关系式,记为: ② 下降过程中的关系式,记为: vA=f2(vI,vO) 3、在关系式①中,令vA=VTH,求出 I=VT+ 求出v 、在关系式① 在关系式② 求出v 在关系式②中,令vA=VTH,求出 I=VT回差电压: 回差电压:VT= VT+ - VT★实例分析1: 实例分析 : 用CMOS反相器组成的 反相器组成的 施密特触发器

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问题: 问题:R1、R2取值 (1)vI=0时,vO=0V;vI=1时,vO=VDD。 ) 时 ; 时 有何限制? 有何限制? 可知为同相输出的施密特触发器) (可知为同相输出的施密特触发器) (2)vI↑,vO=0V: ) , :
v I v A v A vO = R1 R2
1 2
vA = R2 vI R1 + R2

vA

求得: 求得: T + = v I = 1 VDD .( 1 + R1 ) V 2 R2 (3)vI↓,vO=VDD: ) , R2 R1 v A vO vI vA vA = vI + vDD = R1 + R2 R1 + R2 R1 R2
R 1 1 令:A = VTH = VDD 求得: T = v I = V DD .( 1 1 ) v V 求得: 2 2 R2
VT = VT + VT R1 = VDD R2

令:A = VTH = VDD v

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实例分析2: ★实例分析
由TTL门电路组成的施密特触发器 门电路组成的施密特触发器 R2 R1 D A vI vO G1 G2

①R1 、 R2 较 小 ( 因 为 太 大于开门电阻R 大 , 大于开门电阻 ON, 将一直使vA=1); 将一直使 ; 二极管D的作用 的作用: ② 二极管 的作用 :防止 vO= VOH时 G2的负载电流 过大。 过大。

(1)vI=0,vO=VOL=0V;vI=1,vO=VOH。 ) , ; , 可知为同相输出的施密特触发器) (可知为同相输出的施密特触发器) ,(忽略 (2)vI↑,vO=0V,(忽略 1的输入电流列方程): ) , ,(忽略G 的输入电流列方程):

v I VD v A v A vO = R1 R2
代入得: 令vA= VTH,代入得
VT +

R2 vA = ( v I VD ) R1 + R2

R1 + R2 = vI = VTH + VD R2

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vI=0,vO=VOL=0V;vI=1,vO=VOH。 , ; , 同相输出的施密特触发器) (同相输出的施密特触发器)
R2 R1 D A vI vO G1 G2 vA=1

VT +

R1 + R2 = vI = VTH + VD R2

(3)vI↓,vO=VOH,D截止 ) , 截止

翻转,从而G 也翻转,输出v ∴当vI=VTH时,G1翻转,从而 2也翻转,输出 O=0V

∴VT-=VTH
∴ VT = VT + VT _ R1 = VTH + VD R2

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四、施密特触发器的应用 (1) 波形变换 利用施密特触发器可将正弦波、 利用施密特触发器可将正弦波、三角波等变 换成矩形波。 换成矩形波。

vO

V T-

V T+

vI

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(2)脉冲整形
数字系统中, 数字系统中, 矩形脉冲经传 输后往往会发 生波形畸变, 生波形畸变, 可利用施密特 触发器进行脉 冲整形。 冲整形。
vO

V T-

V T+

vI

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(3)脉冲鉴幅
只有脉冲信号的幅度大于V 的脉冲, 只有脉冲信号的幅度大于 T+的脉冲,电路才输出一 个脉冲,而幅度小于V 的脉冲,电路无输出脉冲。 个脉冲,而幅度小于 T+的脉冲,电路无输出脉冲。

vO

V T-

V T+

vI

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小结
1、脉冲波形的有关概念; 、脉冲波形的有关概念; 2、施密特触发器的特点、分析方法; 、施密特触发器的特点、分析方法; 3、典型施密特触发器电路的分析。 、典型施密特触发器电路的分析。

课堂: 课堂: 10.4 作业: 作业: 10.1,10.3 ,

下次讲: 下次讲:
10.3

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P501题10.4:分析由 题 :分析由CMOS反相器接成的施密特触发器电路的 反相器接成的施密特触发器电路的 转换电平V 及回差电压△ 与控制电压V 的关系。 转换电平 T+、VT-及回差电压△VT与控制电压 CO的关系。

vA

解: 1)vI=0时,vO=0V;vI=1时,vO=VDD。 ( ) 时 ; 时
该施密特触发器为同相输出的施密特触发器。 该施密特触发器为同相输出的施密特触发器。 (2)vI↑,vO=0V: ) , :
v A = vI

令:A = VTH v

R1 R2 R2 R3 + VCO R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 1 1 VDD ( R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 ) VCO R1 R2 = VDD 求得: 求得: = 2 VT + 2 R2 R3

vI v A VCO v A v A vO + = R1 R3 R2

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P501题10.4:分析由 题 :分析由CMOS反相器接成的施密特触发器电路的转 反相器接成的施密特触发器电路的转 换电平V 及回差电压△ 与控制电压V 的关系。 换电平 T+、VT-及回差电压△VT与控制电压 CO的关系。

vA
vI v A VCO v A v A vO (3)vI↓,vO=VDD: ) , + = R1 R3 R2 R2 R3 R1 R3 R1 R2 v A = vI + VCO + VDD R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 1 令:v A = VTH = VDD 2

求得: 求得: VT

1 VDD ( R1 R2 + R2 R3 R1 R3 ) VCO R1 R2 2 = R2 R3

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VT +

1 VDD ( R1 R2 + R1 R3 + R2 R3 ) VCO R1 R2 =2 R2 R3
1 VDD ( R1 R2 + R2 R3 R1 R3 ) VCO R1 R2 = 2 R2 R3

VT

VT = VT + VT = VDD

R1 R2

注意:该电路能接成施密特触发器,控制电压 注意:该电路能接成施密特触发器,控制电压VCO有一定的取 值范围,不是任意值。 值范围,不是任意值。


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