单稳态触发器

第九章脉冲单元电路§9.1概述§9.2单稳态触发器§9.3单脉冲的产生§9.4连续矩形脉冲波的产生§9.5555定时器的原理和应用§9.1概述获得矩形脉冲的途径不外乎通过下述两种途径：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路，直接产生所需要的矩形脉冲；另一种是通过整形电路把已有的周期性变化的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能的过程，称作“整形”。完成这一功能的电路常选用“单稳态触发器”，另外，单稳态触发器还有延时功能。§9.2单稳态触发器DQQCPJQQCPK什么叫“单稳态触发器”?CPQ这是双稳态触发器的运行结果§9.2单稳态触发器什么叫“单稳态触发器”?QQCPCPQ由外触发形成自动返回§9.2单稳态触发器什么叫“单稳态触发器”?QQCPCPQ稳定状态暂稳态稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么可以自动返回?在“暂稳态”上停留的时间有多长?该时间由什么决定?9.2.1积分型单稳态触发器的工作原理uo1uo2RC12uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当输入的触发信号ui发生正跳变后，0111??100uo1应该产生负跳变。1它们应该怎么变化?uA0t电容C应该放电:UTuo1uo2RC12uiA1110只要uAUT，仍然有A＝1，0+5VR4T4T5uo1ARC+-11那么，uo2应该由1变成0。电容C应该放电:uA0tUTuo1uo2RC12uiA1101011只要uAUT，仍然有A＝1，那么，uo2应该由1变成0。0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuA0tUT1uo1uo2RC12uiA1100110tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT0那么，uo2应该由0变成1。一旦uAUT，立即会有A＝0，t2电容C继续放电:1uo1uo2RC12uiA110110tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT0t2那么电容C就不断地放电，电路各点的逻辑状态如图所示。只要ui仍为1状态，uo1就会保持0状态，1uo1uo2RC12uiA110110tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT0t2当ui由1变回0时，01从此，电容C将进入充电过程，uo1自然由0变到1，t3波形如右图所示：01uo1uo2RC12uiA11010tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT0t2当ui由1变回0时，01从此，电容C将进入充电过程，uo1自然由0变到1，t3思考：uo2又该如何呢?01uo1uo2RC12uiA110100tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTt201t3思考：uo2又该如何呢?对与非门2来说，它已有一个输入端为0了，另一输入端A的电位尽管在变化，却不会影响其输出值，uo2继续保持为1。电容C的充电主要回路如右图示：+5VR4T4T5uo1t31uo1uo2RC12uiA110110tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTt20101ARC＋－uo1uo2RC12uiAt30tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT停留在暂稳态的时间与电路参数的关系：tw=1.2RC.twuo1uo2RC12uiA“单稳态触发器”小结学习的重点:为什么可以自动返回?需要多少时间才能自动返回?因为电容的充、放电过程所至。与R、C的乘积成正比。9.2.2集成单稳组件介绍它的管脚图和功能表分别列写在后：集成化的单稳组件的类型很多，以下以74LS123为例，作为介绍对象。74LS123管脚图91615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123包括两个独立的单稳，各管脚以字头1、2相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT)和定时电容(CT)决定。单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入相与的结果，具体参见它的功能表。CLRABQQ说明000000011111111稳态触发XXXXXX74LS123功能表74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法:1.基本脉冲宽度由外接电阻(RT)、电容(CT)决定：当CT1000PF时，脉宽tW应为tW=0.45RTCT74LS123RT/CTCTVCCCTRT74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法:2.在清零端(CLR)加清0负脉冲，可提前终止输出脉冲，如下图所示：tWCLRQ图中tW是由电路参数决定的暂稳态时间；实线所表示的Q波形则是CLR作用的结果。3.通过在A端或B端加再触发脉冲，可使输出脉冲的宽度加宽：tWtWBQtW为B的第一次触发所产生的暂稳态时间；tW为B的第二次触发所产生的暂稳态时间。第一次触发尚未结束，又施加第二次触发信号，其效果如Q的实线波形所示。3.通过在A端或B端加再触发脉冲，可使输出脉冲的宽度加宽：tWtWBQ由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的宽度，所以，它被称为可再触发式单稳。9.2.3单稳态触发器的应用举例单稳的应用多种多样，如：整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如“延时控制”利用单稳可以取得延时作用，延长的时间可以通过R、C调节。请看下例：QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入DW1DW2时钟+5VS0=174LS194:除了清零，就是右移。S1=074LS194:CPBACDEFGH用波形图表示如下:注意右移输入R=1如果没有单稳延时，八个发光二极管的显示效果为“右移逐个亮”，并且一直亮下去。CPBACDEFGH电路中插进单稳态触发器以后，情况就变化了：Q2Q1t0t1右移逐个亮t2全亮t3全灭循环往复§9.3单脉冲的产生+VCCFS按钮S按放一次，便产生一个单脉冲。但是，由于按钮S机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。&&S＋5VQQRS0正常时，不按按钮，Q＝0；按下按钮时，锁定器翻转，&&S＋5VQQRS1Q=1松开按钮后，回到Q＝0。&&S＋5VQQRS0可见：按钮动作一次，Q端就输出一个正脉冲。QQ§9.4连续矩形脉冲波的产生矩形波发生器又称多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论后一种电路。6.4.1环形振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:&&&321uo3uo2uo1&&&321uo3uo2uo1设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示,则为:优点:电路结构简单,所用元件少而精。缺点:频率太高,并且不可调整。0tuo3321uo3uo2uo1在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的先天不足:123RRS100CAuo1uouo2下面将结合它的工作波形说明其工作原理:123RRS100CAuo1uouo2设uo的初始状态为0:001电容C的两个极板分别连接到不同的电位上，必然会发生充放电的过程。下面结合与非门的内部电路来分析这个过程：123RRS100CAuo1uouo2uo1uo2uoRC100123RSA改画成＋－电位uA则越来越低…...＋－uo1uo2uoRC100123RSA010+5VR4T4T5u01u02+5VR4T4T5AR100C电容C两端的电压极性为左正右负。1A点的初始值为1电位uA则越来越低…...＋－uo1uo2uoRC100123RSA010电容C两端的电压极性为左正右负。0tuAUT但是，只要uAUT，就有A＝1，1电路中其它各点的状态就不会变化！1＋－uo1uo2uoRC100123RSA01010tuo0tuo20tuo1但是，只要uAUT，就有A＝1，电路中其它各点的状态就不会变化！0tuAUT0tuo0tuo20tuo10tuAUTt1一旦出现uAUT，＋－uo1uo2uoRC100123RSA0101立即有A＝0，0电路中其它各点的状态也会跟着变化。101A点的电位如何变化?0tuo0tuo20tuo10tuAUT一旦出现uAUT，＋－uo1uo2uoRC100123RSA0101立即有A＝0，0电路中其它各点的状态也会跟着变化。101电容电压不突变!UU再怎么变?uo1uo2uoRC100123RSA01010101+5VR4T4T5u02u01+5VR4T4T5100RAC+-在如图所示的电路状态下，电容C会放电并被反充电，必然使得A点的电位越来越高。0tuAUTuo1uo2uoRC100123RSA01010101在如图所示的电路状态下，电容C会放电并被反充电，必然使得A点的电位越来越高，0tuAUT只要uAUT，仍有A=0，一切照常。0tuo0tuo20tuo1t1uo1uo2uoRC100123RSA01010101在如图所示的电路状态下，电容C会放电并被反充电，必然使得A点的电位越来越高，0tuAUT0tuo0tuo20tuo1t1一旦uAUT，A=1，1瞬息万变!010UUuo1uo2uoRC100123RSA0tuo0tuo20tuo1t10tuAUTt2T输出信号的周期近似为：T=2.2RCuo1uo2uoRC100123RSA0tuo20tuo10tuot1t20tuAUT电路有关各点的波形如右图所示12RfRfC1C2uo石英晶体石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。为获得稳定的振荡频率，可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡器，如下图所示。9.4.2石英晶体振荡器12RfRfC1C2uo石英晶体石英晶体振荡器的频率由石英晶体本身的固有频率所决定。使用了石英晶体以后，其频率稳定度可达10-6~10-8左右，甚至可达10－10~10-11量级，因而得到广泛的应用。分析石英晶体振荡器的工作原理：(1).介绍石英晶体的特性和等效电路12RfRfC1C2uo石英晶体石英晶体的基本特性和等效电路a.压电效应若在石英晶体两极加一电场，晶片会产生机械变形。相反，若在晶片上施加机械外力，则在晶片相应的方向上会产生一定的电场，这种物理现象称为“压电效应”。因此，当晶片的两极加上交变电压时，晶片就会产生机械变形振动；同时，晶片的机械振动又会产生交变电场。一般情况下，晶片的机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常小。只有在某个特定的频率下，它才会突然变得大很多，此现象称为压电谐振。而这个特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。b.符号和等效电路LCRC0容性感性容性0XfSfPf当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器C0，称为静电容，其值约为几个到几十皮法；电阻性b.符号和等效电路LCRC0容性感性容性0XfSfPf电阻性而当晶体振动时，有一个机械振动的惯性，用电感L来等效，其值约为10－3~102亨；b.符号和等效电路LCRC0容性感性容性0XfSfPf晶片的弹性一般用电容C来等效，C值在10－2~10-1皮法；晶片振动时因摩擦而造成的损耗则用R来等效，它的数值约为102欧。电阻性LCRC0从石英振荡器的等效电路可知，这个电路有两个谐振频率：串联谐振时，fS=2LC1并联谐振时，fP=fS1+CC0b.符号和等效电路LCRC0容性感性容性0Xf0f电阻性由于CC0，因此，fS和fP非常接近，近似认为二者相等，并且用f0表示。这个f0就是通常标志在石英晶体产品表面的固有振荡频率值。b.符号和等效电路LCRC0容性感性容性0Xf0f电阻性这个f0就是通常标志在石英晶体产品表面的固有振荡频率值。需要强调：只有在f0处，这个石英晶体才相当于一个电阻，表现出电阻的特性。(2).再分析电阻Rf为什么要和与非门并联?12RfRfC1C2uo石英晶体因为石英晶体振荡器的工作原理完全不同于环形振荡器，它工作原理则基于电路的正反馈过程。这就需要将与非门转变成反相放大器，才可以构成模拟量的正反馈环路，从而产生自激振荡。1230.33.4UI(V)U