实验十三单稳态触发器与施密特触发器.doc

实验十三　单稳态触发器与施密特触发器 —脉冲延时与波形整形电路— 一、实验目的 　　1、掌握使用集成门电路构成单稳态触发器的基本方法 2、熟悉集成单稳态触发器的逻辑功能及其使用方法 3、熟悉集成施密特触发器的性能及其应用 　　二、实验原理 在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号，进行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱动电路，使各部分协调动作。实验十三是自激多谐振荡器，它是不需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类是他激多谐振荡器，有单稳态触发器，它需要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽度的矩形脉冲波；有施密特触发器（整形电路），它对外加输入的正弦波等波形进行整形，使电路输出矩形脉冲波。 1、用与非门组成单稳态触发器 利用与非门作开关，依靠定时元件RC电路的充放电路来控制与非门的启闭。单稳态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的极性与宽度有不同的要求。 （1）微分型单稳态触发器 如图13－1所示 图13－1　微分型单稳态触发器 该电路为负脉冲触发。其中RP、CP构成输入端微分隔直电路。R、C构成微分型定时电路，定时元件R、C的取值不同，输出脉宽tw也不同。tw≈（0.7～1.3）RC。与非门G3，起整形、倒相作用。 图13－2为微分型单稳态触发器各点波形图，结合波形图说明其工作原理。 ①　无外介触发脉冲时电路初始稳态　　t＜t1前状态 稳态时vi为高电平。适当选择电阻R阻值，使与非门G2输入电压VB小于门的关门电平（VB＜Voff），则门G2关闭，输出VD为高电平。适当选择电阻RP阻值，使与非门G1的输入电压VP大于门的开门电平（VP＞Von）,于是G1的两个输入端全为高电平，则G1开启，输出VA为低电平（为方便计，取Voff＝Von＝VT）。 ②触发翻转　　　　　　t=t1时刻　 vi负跳变，vp也负跳变，门G1输出VA升高，经电容C耦合，VB也升高，门G2输出vD降低，正反馈到G1输入端，结果使G1输出vA由低电平迅速上跳至高电平，G1迅速关闭；vB也上跳至高电平，G2输出vD则迅速下跳至低电平，G2迅速开通。 ③暂稳状态　　t1＜t＜t2 t≥t1以后,G1输出高电平，对电容C充电，vB随之按指数规律下降，但只要vB＞vT，G1关、G2开的状态将维持不变，vA、vD也维持不变。 ④自动翻转 t=t2 t=t2时刻， vB下降至门的关门平VT，G2输出 VD升高，G1 输出VA，正反馈作用 使电路迅速翻转至G1开启，G2关闭初始稳态。 暂稳态时间的长短，决定于电容C充电时间常数t=RC。 ⑤恢复过程 t2＜t＜t3 电路自动翻转到G1开启，G2关闭后，vB不是立即回到初始稳态值，这是因为电容C要有一个放电过程。 t＞t3以后，如Vi再出现负跳变，则电路将重复上述过程。 如果输入脉冲宽度较小时，则输入端可省去RPCP微分电路了。 图13－2 微分型单稳态触发器波形图 （2）积分型单稳态触发器 如图13－3所示 图13－3 积分型单稳态触发器 电路采用正脉冲触发，工作波形如图13－4所示。电路的稳定条件是R≤1KΩ，输出脉冲宽度tw≈1.1RC。 图13—4 积分型单稳态触发器波形图 单稳态触发器共同特点是：触发脉冲未加入前，电路处于稳态。此时，可以测得各门的输入和输出电位。触发脉冲加入后，电路立刻进入暂稳态，暂稳态的时间，即输出脉冲的宽度tW只取决于RC数值的大小，与触发脉冲无关。 2、用与非门组成施密特触发器 施密特触发器能对正弦波、三角波等信号进行整形，并输出矩形波，图13—5（a）、（b）是两种典型的电路。图13—5（a）中，门G1、G2是基本RS触发器 ，门G3是反相器，二极管D起电平偏移作用，以产生回差电压，其工作情况如下：设vi＝0，G3截止，R＝1、S＝0，Q＝1、＝0，电路处于原态。vi由0V上升到电路的接通电位VT时，G3导通，R＝0，S＝1，触发器翻转为Q＝0，=1的新状态。此后vi继续上升，电路状态不变。当vi由最大值下降到VT值的时间内，R仍等于0，S＝1，电路状态也不变。当vi≤VT时，G3由导通变为截止，而VS＝VT+VD为高电平，因而R＝1，S＝1，触发器状态仍保持。只有vi降至使VS＝VT时，电路才翻回到Q＝1，＝0的原态。电路的回差ΔV＝VD。 图13—5（b）是由电阻R1、R2产生回差的电路 (a) 由二极管D产生回差的电路 (b) 由电阻R1、R2产生回差的电路 图13—5 与非门组成施密特触发器 3、集成双单稳态触发器CC14528（CC4098） 图13—6为CC14528（CC4098）的逻辑符号及功能表 该器件能提供稳定的单脉冲，脉宽由外部电阻Rx和外部电容CX决定，调整RX和CX可使Q