数字系统设计I 脉冲电路2 刘鹏 liupeng@zju.edu.cn 浙江大学信息与电子工程学院 May 23, 2017.

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1 数字系统设计I 脉冲电路2 刘鹏 浙江大学信息与电子工程学院 May 23, 2017

2 一阶电路的分析 复习 解微分方程法 三要素法 前提？ 阶跃信号 （1）三要素 时间常数τ： 初始值x(0+)： 趋向（稳态）值x(∞)：
数字系统设计I 一阶电路的分析 复习 解微分方程法 三要素法 前提？ 阶跃信号 （1）三要素 时间常数τ： 初始值x(0+)： 趋向（稳态）值x(∞)： 电容不再充放电，ic=0.此时，电容可视为开路。 电感电流不再变化，vL=0.此时，电感可视为短路。

3 概念 复习 获取矩形波形 参数 脉冲周期T 脉冲幅度Vm 脉冲宽度Tw 上升时间tr 下降时间tf 占空比q 描述矩形脉冲特性的主要参数
数字系统设计I 概念 复习 参数 脉冲周期T 脉冲幅度Vm 脉冲宽度Tw 上升时间tr 下降时间tf 占空比q q= Tw/T 获取矩形波形 多谐振荡器电路 整形电路变换已有的周期性波形 描述矩形脉冲特性的主要参数

4 施密特触发器 复习 一.CMOS非门构成 3 . 原理 1 . 电路组成 当 2 . 符号 当 假设：CMOS为理想器件，即 (1)
数字系统设计I 复习 3 . 原理 1 用门电路组成施密特触发器 假设：CMOS为理想器件，即 一.CMOS非门构成 1 . 电路组成 (1) 与vi、vo均有关 当 条件： 电路输出低电平 2 . 符号 负向阈值电压 负向向阈值电压表明从高到低的一个变化 当 电路输出高电平 正向阈值电压

5 复习 （2）当VT- < vI < VT+时？ 波形分析 当vI<VT-时，VO=0（OA段、DE段）
当vI>VT+时，VO= VDD（BC段） 当vI从0变大时， O 正反馈 正反馈 vI<VT+时， ,VO=0（AB段） vi略大于VT+时，有一正反馈过程 O VO 当VI 从VDD变小时， VDD vI>VT-时， ,VO=VDD（CD段） VO vi略小于VT-时，有一正反馈过程 A B C D E

6 复习 用门电路组成的单稳态触发器 一、微分型单稳态触发器 2.原理： 1.电路组成（CMOS门和RC微分电路） （1）求稳态：
数字系统设计I 复习 用门电路组成的单稳态触发器 一、微分型单稳态触发器 2.原理： 1.电路组成（CMOS门和RC微分电路） 一般：R>>1k,分析时可怱略ROH、ROL的影响 对于CMOS门，可作以下近似： 输入微分 （1）求稳态： 电路不再充放电，电路可视为 开路。 输入微分作用： 使触发信号对暂稳持续时间不影响 为下一阶段服务

7 数字系统设计I 多谐振荡器 -对称式多谐振荡器 -非对称式多谐振荡器 -环形振荡器 -施密特触发器组成的多谐振荡器

8 多谐振荡器 非对称式多谐振荡器电路 t 1.电路组成： t 2. 原理 以CMOS器件为例分析 t t 第一 暂稳 第二 暂稳 O VTH
数字系统设计I 第一 暂稳 第二 暂稳 多谐振荡器 O t 非对称式多谐振荡器电路 VTH 1.电路组成： VC t O O t 2. 原理 以CMOS器件为例分析 开机瞬间：v(0-)=0 假设VO1=0 电路分析起点： 假设VO1=0 分析起点 O t 放电 充电 多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富 的高次谐波分量，又把矩形振荡器叫做多谐振荡器。 CMOS门电路的输入电流在正常的输入高、低电平范围内几乎等于零，因此Rf上没有压降。G1工作在Vo1=Vi1的状态。

9 数字系统设计I 3.计算振荡周期 O t VTH tw2 tw1 VDD （1） 计算tw1： 充电

10 数字系统设计I （2） 计算tw2： O t VTH tw2 tw1 放电 0V 周期

11 3 环形振荡器 3.周期： 1.电路组成： 4.推广： 2.波形分析:以VO从0变为1开始 tpd t tpd t tpd t O
数字系统设计I 3 环形振荡器 3.周期： 1.电路组成： 4.推广： 2.波形分析:以VO从0变为1开始 O t tpd O t 其中：n为奇数，且n≥3 tpd 利用闭和回路中的正反馈作用产生自激振荡，利用闭和回路中的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡。 利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成的。 O t tpd

12 5.特点 ： 振荡周期： 6.带RC延时的环形振荡器： CMOS TTL（估算） 频率高，获取低频脉冲困难。 频率不稳定，且频率不易调节。
数字系统设计I 5.特点 ： 频率高，获取低频脉冲困难。 频率不稳定，且频率不易调节。 振荡周期： 6.带RC延时的环形振荡器： CMOS （1）原理性电路 TTL（估算） 目的：获取较低振荡频率 与R、RS及TTL类型有关 （2）实用电路 对于TTL要求：R<ROFF,RS<ROFF

13 4 用施密特触发器构成的多谐振荡器 1.电路结构 3.振荡周期 4.改进型 目的，调节占空比。 2.原理 t t O VT- VT+ VOH
数字系统设计I 4 用施密特触发器构成的多谐振荡器 1.电路结构 3.振荡周期 4.改进型 目的，调节占空比。 2.原理 t O VT- VT+ VOH VOL 施密特触发器最突出的特点是它的电压传输特性有一个滞回区。使输入电压Vt+与Vt-之间不停地往复变化，在输出端就可以得到矩形脉冲波。 将施密特触发器的反相输出经RC积分电路接回到输入端即可。 t O

14 555定时器 555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。 555定时器电路结构与功能
EE141 555定时器 555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。 555定时器电路结构与功能 应用： 用555定时器接成施密特触发器 用555定时器接成单稳态触发器 用555定时器接成多谐触发器 The 555 timer IC is a TTL-compatible device that can operate in several different modes.

15 555定时器电路结构与功能 输入 输出 × 1 导通 导通 不变 不变 1 截止 1 截止 一、结构图 复位端
EE141 555定时器电路结构与功能 一、结构图 复位端 二、功能表：（控制端VCO悬空） 输入 输出 VI1 VI2 VO TD状态 × 1 阈值端 R S 导通 R=0，S=1 导通 触发端 R=1，S=1 不变 不变 放电端 1 R=1，S=0 截止 R=0，S=0 1 截止

16 1 × 输出 输入 用555定时器接成的施密特触发器 导通 不变 截止 t t TD VO VI2 VI1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 电压传输特性 O
EE141 用555定时器接成的施密特触发器 1 × TD VO VI2 VI1 输出 输入 导通 不变 截止 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 电压传输特性 t O 2/3VCC 1/3VCC 原理 t O Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

17 EE141 用555定时器接成单稳态触发器 输 入 输 出 X 导通 1 不变 截止

18 EE141

19 EE141

20 EE141 计算tw O 1/3VCC t 2/3VCC VI2 VI1 VCC tw

21 EE141

22 × 1 用555定时器接成的多谐振荡器 t t O 2/3VCC 1/3VCC VCC 0V O T2 T1 求周期？ TD VO VI2
EE141 用555定时器接成的多谐振荡器 t O 2/3VCC 1/3VCC VCC 0V t O T2 T1 求周期？ 1 × TD VO VI2 VI1 导通 不变 截止 求T1 ： 求T2 ：

23 555 Timer as an Astable Multivibrator 参考
EE141 555 Timer as an Astable Multivibrator 参考 Two voltage comparators An SR latch The formulas for three time intervals, t_L and t_H, and the overall period of the oscillations, T, are given in the figure.

24 EE141 课后作业 阅读补充讲义：测试