数电研讨 - 用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器(6)

2025-07-19

3.CMOS集成单稳态触发器4538

4538是CMOS精密单稳态触发器。由于采用了线性CMOS技术,可得到高精度的输出脉冲宽度。

4. 不同类型单稳态触发器的性能分析

文中利用CMOS构成D触发器并设计出的单稳态电路具有按钮的―复位‖特性,在实际中的应用也很广泛。而且,用CMOS设计而成的D触发器实现的单稳态电路既具有D触发器暂稳态灵活可调、电路简单、可灵活驱动的优点,也具有COMS静态功耗小;工作电压范围大;逻辑摆幅大,充分利用了电源电压;抗干扰能力强;扇出系数大;集成度高;温度稳定性能好;速度快等的优点,非常适合于实际应用。

用TTL门电路构成的单稳态触发器电路简单,但输出脉冲宽度的稳定性较差,调节范围小,而且触发方式单一。

通过专门的集成单稳态电路元件如74121,74122,74123等来获得单稳态电路,输出脉冲宽度的稳定性好,调节范围广,而且触发方式不唯一。

当然我们在实际生活中选用的时候还需要考虑时间、成本、可行性等因素,所以要依据具体情况选择。

3.3.3 单稳态电路的应用举例 1.定时

由于单稳态触发器能产生一定宽度tW的矩型输出脉冲,如利用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路,可使其在tW时间内动作或不动作。在实际生活中也有广泛的应用,如相机自拍定时器,

例如,利用单稳态输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号如图3-10,则只有这个矩形波的tW时间内,信号VA才有可能通过与门。

图3-10

2.延时

我们在生活中处处用到的延时节能照明灯,弹簧门,全自动门,红外遥控延时

灯(适用于夜间需要临时的情况。这种照明在使用红外遥控发射器将其接通后不需再用遥控器来关闭,而是通过电路内已设定的延时电路进行延时后自动关闭。延时时间一般可设定为一至两分钟)等,都是单稳态电路的延时作用在时序控制方面的应用。

单稳态触发器的延时作用不难从图3-11所示微分型单稳态触发器的工作波形看出。图中输出端v01的上升沿相对输入信号vI的上升沿延迟了tW一段时间。

图3-11

3. 制成脉冲振荡器

我们常常需要一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置,也就是振荡器。振荡器简单地说就是一个频率源,一般用在锁相环中。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”,其涵义就暗指交流,振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化。我们利用单稳态电路即可构成一个脉冲振荡器。

如图3-12所示,工作时由于D端接高电平,故Q输出为1,并通过R1给C1充电,当C1电压超过R端的反转电平时,变为0,Q变为1,Q的高电平又通过R2给C2充电,直至C2上的电压超过S的反转电平,使Q又变成1,电路重复上述过程,由此形成脉冲振荡。VD1和VD2的作用是为C1和C2提供快速放电通路。电路的振荡周期为T=0.7(R1C1+R2C2)。

图3-12

4. 消除噪声

在通信系统中常常伴随着噪声的出现,这不仅仅会使系统的有效性和准确性大大降低,甚至影响整个通信系统的正常工作功能。噪声通常多表现为尖脉冲,宽度较窄,而有用的信号都具有一定宽度。利用利用单稳态电路,可构成噪声消除电路,将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号脉宽,即可消除噪声。

由单稳态触发器组成的噪声消除电路如图3-13所示,波形如图3-14所示。

图3-13

图3-14

从图中可看出,输入信号接至单稳态触发器的输入端和D触发器的数据输

入端及直接置0端。由于有用的信号大于单稳态输出脉宽,因此单稳态Q输出上升沿使D触发器至1,而当信号消失后,D触发器被清0。若输入中含有噪声,其噪声前沿使单稳态触发翻转,但由于单稳态输出脉宽大于噪声宽度,故单稳态Q输出上升沿时,噪声已消失,从而在输出信号中消除了噪声成分。


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