单稳态触发器(cmos门电路构成) |
您所在的位置:网站首页 › cmos的作用是什么 › 单稳态触发器(cmos门电路构成) |
一、引言
1.什么是单稳态触发器 第一,它具有暂态和暂稳态两个不同工作状态 第二,在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,并且在暂稳态持续一段时间,再自动返回稳态。 第三,暂稳态维持时间仅取决于电路本身参数,与其他无关 具有以上特点的触发器称之为单稳态触发器。 2.它有什么用 用于脉冲整形、延时、定时。例如:楼道声控电灯、感应水龙头均可由其实现。 3.它的核心原理是什么 我认为主要有二,一是电容的充放电的延时效应;二是门电路的阈值电压; 下面的电路原理分析会紧靠这两点,读者需深知。 二、背景知识Tips:学习过数电的同志肯定很难忘第三章的门电路,这块讲的是数电基础期间门电路的内部构成和特性。组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路那几章我们都没用上这块知识,但却是脉冲发生的产生和整形这章的基础知识。但读者无需害怕,笔者会提取门电路这章核心知识点,足够理解单稳态触发器实现过程。 门电路(与门、或门、与非门、或非门、反相器等): 分类按生产工艺分为CMOS型和TTL型(读者无需太关注CMOS和TTL是什么,只需记住这两种工艺做出来的门电路的特性参数不同,这点很关键) 主要参数CMOS门电路:VOH≈VDD (输出‘1’等效电压为VDD(电源电压)) VOL≈0V (输出‘0’等效电压为0V) TTL电路: VOH≈3.4V VOL≈0V VTH 不同型号不同,题中会给) 注:有些题目会给出,依照题目为准 2.电容特性: 保持两端电压不变,不能瞬时突变,这样解释了为啥电容通交流阻直,当接入交流时,电容两端电压近似相等,看做短路。(电感特性与之相反)
注:以上两点是以下电路分析的重点 三、![]() 图一 由cmos门电路构成的微分型单稳态触发器 为什么叫微分型呢,因为电路中含有一个微分电路。 接下来我会从稳态下、脉冲触发下两种情况分析电路各点变化: 1.稳态分析 一个电路稳态究竟如何,我们需要用遍历的方法得出,即考虑所有情况看哪种符合。 若输入Vi=0(Vi=1结果一样),由于电容隔直特性,Vd=0,假设Vo=1,则Vo1=0,Vi2=1(还是电容隔直特性),Vo=0,电路并不稳定,故Vo1=1(推导如上方法)。 通过稳态分析,我们可以得出:Vi=1时,Vd=0,Vo1=1,Vi2=1,Vo=0,由此我们可以画出稳态下各点电压波形图(一定要准确,否则影响脉冲触发后的波形变化)。 2.脉冲触发分析 当Vi正跳变(由‘0’变为Vm),由于电容Cd上电压不能突变(来不及充电,看做短路, 当Vi负跳变(由Vm变为0),由于电容Cd上电压不能突变(来不及放电,看做短路,VCd=Vm(左正右负)),则Vd=0,之后电容开始放电,Vd=-Vm(接在电容负极),故Vd电压开始增加,电容电放完后,Vd=0,又形成一个负尖峰脉冲。上面分析到电容C充电到Vth后,V0=0,则此时,Vo1=‘1’(逻辑1,其实为VDD),则Vi2=VDD+Vth,之后电容C开始充电,Vi2开始减小,直到VDD。(以上分析可以看出,各点电压是相互影响的,不能孤立分析一处,而是齐头并进,这也是最难得地方) 到此一个脉冲的分析到此结束,其他脉冲分析完全一样,作图时,我们只需要分析一个脉冲即可,其他脉冲的将图形平移即可。 图三 输入正跳变,各点电压变化趋势 综上我们可以得到以下各点电压波形图。 图四 各点电压波形 四、电路计算 一般主要计算的是Vo输出脉冲宽度 接下来怎么算,首先你得知道电容三要素法,再则就是电容充电的状态。 电容三要素法: 推导可得: 电容充放电状态: 由图可知:f(0+)=0,f(t)=Vth,f(00)=VDD 注:f(00)是一个周期内电容最终电压趋,若是放电过程,一般为0。 综上得出最终结果: 由cmos门电路构成微分型单稳态触发电路分析到此结束,还有其他三种单稳态触发器,在此不再详细分析,其分析核心方法是一样的,关键是对电容充放电过程的理解以及门电路的器件特性参数的了解,把握好这两点,剩下就是按部就班的一步步分析,注意不同于时序逻辑电路,这里每一点电压都相互影响,所以必须同步分析,如果想验证自己画的图究竟对不对,可以使用Multisim软件进行仿真分析,这也是最准确的。 笔者是一名20考研生,专业课就是数电、模电,所以一直想通过自己努力能够把数电模电难点学习心得分享给大家,希望与大家一起进步。笔者能力有限,难免有些错误或遗漏,还请大家见谅,如果方便,可以私信给我,谢谢! 第一次写了这么长的教程,码字排版挺不容易,望大家多多支持! 参考:[1] 阎石.数字电子基础基础(第五版)
|
CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3 |