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门电路构成的微分型单稳态触发器

2017-04-15 10:04分类:电工考证知识 阅读:

 

单稳态触发器的特征:
1. 电路中有一个稳态,一个暂稳态。
2. 在外来触发信号效果下,电路由稳态翻转到暂稳态。
3. 暂稳态是一个不能耐久坚持的状况,由于电路中RC 延时环节的效果,经过一段时刻后,电路会主动回来到稳态。暂稳态的持续时刻取决于RC 电路的参数值。
单稳态触发器的这些特征被广泛地运用于脉冲波形的改换与延时中 。
1、电路构成及作业原理
微分型单稳态触发器可由与非门和或非门电路构成,图1(a)、(b)别离为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。与根柢RC 触发器纷歧样,构成单稳态触发器的两个逻辑门是由RC 耦合的,由于RC 电路为微分电路的办法,故称为微分型单稳态触发器。
下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例,来阐明它的作业原理。

(a) 由与非门构成的微分型单稳态触发器 (b) 由或非门构成的微分型单稳态触发器
图1 微分型单稳态触发器

1. 没有触发信号时,电路处于一种稳态。
没有触发信号时,vⅠ为低电平。由于门G2的输入端经电阻R VDD,因此vO2为低电平;G1的两个输入均为0,故输出vO1为高电平,电容两头的电压挨近0V,这是电路的“稳态”。在触发信号到来之前电路一向处于这个状况: vO1=VOH,vO2=VOL。
2. 外加触发信号,电路由稳态翻转到暂稳态。
v1正跳变上升到Vth后,开端G1的输出vO1由高变低,经电容C 耦合,使vR为低电平,所以G2的输出vO2由低电平变为高电平。vO2的高电平接至G1门的输入端,然后在此顷刻间致使如下正反响进程:

这么G1导通,G2截止在顷刻间完毕。此刻,即便触发信号vⅠ吊销(vⅠ变为低电平),由于vO2的效果,vO1仍坚持低电平。可是,电路的这种状况是不能耐久坚持的,故称之为暂稳态。暂稳态时,vO1=VOL,vO2=VOH。
3. 电容充电,电路由暂稳态主动回来至稳态。
在暂稳态时期,电源经电阻R和门G1的导通作业管对电容C充电,跟着充电时刻的添加,vC添加,使vR添加,当vR抵达阈值电压Vth时,电路发作下述正反响进程(设此刻触发器脉冲已不见):

所以G1门活络截止,G2门很快导通,毕竟使电路由暂稳态回来至稳态,vO1=VOH,vO2=VOL。
暂稳态完毕后,电容将经过电阻R放电,使C上的电压康复到安稳状况时的初始值。在悉数进程中,电路各点作业波形如图2所示。
self

图2 微分型单稳态触发器各点作业波形
2、首要参数的核算
1. 输出脉冲宽度tW 
输出脉冲宽度tW,也即是暂稳态的坚持时刻,能够根据vR的波形进行核算,为了核算便当,对图2的vR的波形,将触发脉冲效果的开端时刻t1作为时刻起点,τRC , 所以有

根据RC电路瞬态进程的剖析,可得到:

vR(t)=vR(∞)+[vR(0+)-vR(∞)]e-t/τ

t=tW时,vR(tW)=Vth,代入上式可求得:

 

Vth=VDD/2,则tW≈0.7RC
2. 康复时刻tre
暂稳态完毕后,还需求一段康复时刻,以便使电容C 在暂稳态时期所充的电荷开释完,使电路康复到初始状况。通常要经过3τd(τd为放电时刻常数)的时刻,放电才根柢完毕,故tre约为3τd 。
3. 最高作业频率fmax  
设触发信号v1的时刻距离为T,为了使单稳态电路能正常作业,应满意T>tW+tre的条件,即最小时刻间 隔Tmin=tW+tre。因此,单稳态触发器的最高作业频率为:

显着,上述联络是在作了某些近似往后得到的(例如,疏忽了导通管的漏源电阻等。),因此只能作为挑选参数的开端根据,精确的参数还要经过试验调整得到。
3、电路改进
1. 如图2所示,在暂稳态完毕(t=t2)顷刻间,门G2的输入电压vR抵达VDD+Vth,这么高的输入电压或许损坏CMOS门。为了避免这种景象发作,在CMOS器材内部设有维护二极管D,如图1b中的虚线所示。在电容C充电时期,二极管D开路。而当t=t2时,二极管D导通,所以vR被胁迫在VDD+0.6V的电位上,(见2中的虚线所示)一同,在康复时期,电容C 放电的时刻常数τd=(R‖Rf)C(Rf为二极管D的正向电阻),由于Rf<< R,因此电容放电的时刻很短。
2. 当输入vⅠ的脉冲宽度tpi> tW时,则在vO2变为低电平后,G1没有照顾,不能构成前述的正反响进程,使vO2 的输出边际变缓。因此,当输入脉冲宽度tpi很宽时,可在单稳态触发器的输入端参与Rd、Cd构成的微分电路。一同为了改进输出波形,可在图1中G2的输出端再加一级反相器G3,如图3所示。

图3 宽脉冲触发的单稳电路

3. TTL与非门构成如图1(a)所示的单稳态电路时,由于TTL门存在输入电流,因此,为了确保单稳态时G2的输入为低电平,电阻R 要小于0.7kΩ。假定输入端选用Rd、Cd 微分电路时,Rd的数值应大于2kΩ,使得稳态时vD大于门G1的开门电平(VON),而CMOS门由于不存在输入电流,故不受此绑缚。

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