数字逻辑与数字电路_8.ppt

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1、数字逻辑与数字电路作者：徐晓光附录A常用脉冲产生电路数字系统中一般都需要有时钟脉冲，这就要用到方波脉冲信号。图A-1方波脉冲的波形与参数◆方波脉冲信号的主要参数有：脉冲频率f——周期性脉冲在单位时间内重复的次数，其单位为Hz。脉冲幅度Um——脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度tw——从脉冲前沿到达0.5Um起，到脉冲后沿到达0.5Um为止的一段时间。上升时间tr——脉冲上升沿从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。下降时间tf——脉冲下降沿从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。脉冲占空比η——脉冲宽度与脉冲周期的比值，即η=tw/T。方波脉冲信号的波形与参数见图A-1所示。数字电子系统中常

2、采用由石英晶体构成的振荡器电路，具体的电路形式又分为并联型石英晶体振荡器与串联型石英晶体振荡器。1.并联型石英晶体振荡器uo(1)电容三点式正弦波振荡器电容三点式振荡器的等效电路如右图(图A-2)所示，它由一个反相电压放大器、两个电容器和一个电感器组成。LC1C2当电容C2支路与电感L、电容C1支路发生并联谐振时，C1上的电压与C2上的电压正好相位相反；再配合反相电压放大器就构成了振荡所需要的正反馈电路。在数字电子电路中，振荡器中的反相电压放大器经常用非门电路构成。利用CMOS非门电路，使其工作于传输特性的线性区。这时CMOS非门相当于一个线性的反相放大器。右图(图A-3)是非门电路的电压

3、传输特性。用非门构成线性反相放大器的电路如图A-4a所示，图A-4b是确定电路工作点的图解分析。uiuoo线性放大区当近似认为Rf中的电流可忽略不计时，电阻Rf两端的电压相等：uo=ui，为一条过原点的直线方程。作图求直线与非门传输特性的交点，即为反相放大器的静态工作点Q。uiuououiRfo图A-4(2)石英晶体石英晶体是一种利用压电效应工作的电子元件，它在电子系统中的应用非常广泛。石英晶体的外形图和电路符号见下图(图A-5)所示。图附A-6为石英晶体的等效电路和电抗-频率特性。石英晶体陶瓷谐振器电路符号感性容性图A-6石英晶体a)等效电路b)电抗-频率特性(3)并联型石英晶体振荡器并

4、联型石英晶体振荡电路如下图(图A-7)所示。通过引入反馈电阻Rf可以保证非门工作于线性放大区，图中的元件Q为石英晶体或者陶瓷谐振器。石英晶体工作在其并联谐振频率fp和串联谐振频率fs之间，此时晶体的电抗呈感性。uoRfQC1C2石英晶体组成的振荡器具有极高的频率稳定度。电容C1、C2与Q和CMOS非门组成三点式振荡电路。一般反馈电阻Rf取20MΩ左右，电容C1、C2可取20pF～30pF的容量。当然不同类型电路的Rf取值是不完全相同的，最好通过实验来确定(工作频率高时,Rf取值就小一些)。振荡电路的振荡频率由石英晶体或陶瓷谐振器的标称频率所决定。2.石英晶体多谐振荡器下图(图A-8)所示的

5、是一种串联型石英晶体振荡电路。电路中的两个非门仍然工作于线性放大状态，两级非门构成一个同相的放大器。uoRfQCRf石英晶体工作于串联谐振频率fs之上，此时晶体呈现出阻抗很小的特性。因此在晶体的串联谐振频率上，电路形成正反馈、产生振荡信号波形。3.施密特触发器施密特触发器又叫迟滞电压比较器，它是一个内部具有正反馈的电路。施密特触发器有两个不同数值的阈值电压，因此当输出从高电平跳变到低电平与输出从低电平跳变到高电平，所对应的输入电压(即阈值电压)是两个不同的数值。利用施密特触发器能够实现对脉冲信号的整形，如果输入的信号变化较缓，但由于施密特触发器内部的正反馈作用，其状态翻转非常迅速，所以施密

6、特触发器输出信号为上升沿和下降沿均十分陡直的波形，从而完成了信号整形的任务。在数字集成电路中，有一些输入带施密特触发器的门电路，如CD4093，CD40106和74HC14等。加了施密特触发器后，逻辑集成电路的抗干扰能力得以提高。在IEC标准中，以“”符号表示施密特触发器。这种具有双门槛的特性，也称“磁滞”特性。图A-9是施密特触发器滞回特性的图示。图附A-10是施密特输入门电路的电路符号。uouittooVth2Vth1VoHVoL△VI图A-9滞回特性图A-10施密特触发器门电路的图形符号从高电平向低电平的跳变从低电平向高电平的跳变施密特触发器门的电压传输特性4.单稳态触发器所谓单稳态

7、触发器是一种具有一个稳定状态的电路。除了一个稳定状态之外，单稳态触发器还具有一个暂态。当输入触发脉冲之后，由于正反馈的作用，单稳态触发器将快速地翻转到暂态上；在经过一段时间的延迟之后，单稳态触发器会自动跳转回到稳定状态上去。单稳态触发器触发后在暂态上的停留时间tw，是由外接阻容元件的时间常数所决定的。单稳态触发器的工作波形见图A-11所示。uouitotoVoHVoLtw图A-11单稳态触发器的工作波形触发暂态稳态74H