CD4013是CMOS雙D觸發器,內部集成了兩個性能相同,引腳獨立(電源共用)的D觸發器,采用14引腳雙列直插塑料封裝,是目前設計開發電子電路的一種常用器件,它的使用相當靈活方便且易掌握,受到許多電子愛好者的喜愛。
CD4013引腳圖及引腳功能

CD4013引腳圖
1Q:邏輯正輸出
1Q:邏輯負輸出
1CP:時鐘輸入(低到高時鐘觸發沿有效)
1CD:異步復位輸入(高電平有效)
1D:數據輸入
1SD:異步置位輸入(高電平有效)
VSS:系統地(0V)
2SD:異步置位輸入(高電平有效)
2D:數據輸入
2CD:異步復位輸入(高電平有效)
2CP:時鐘輸入(低到高時鐘觸發沿有效)
2Q:邏輯負輸出
2Q:邏輯正輸出
VDD:系統電源
CD4013功能和結構

CD4013內部電路圖
CD4013是一雙D觸發器,由兩個相同的、相互獨立的數據型觸發器構成。每個觸發器有獨立的數據、置位、復位、時鐘輸入和Q及Q輸出,此器件可用作移位寄存器,且通過將Q輸出連接到數據輸入,可用作計算器和觸發器。在時鐘上升沿觸發時,加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復位與時鐘無關,而分別由置位或復位線上的高電平完成。
真值表
CD4013工作原理
邏輯電路圖
設電路初始狀態均在復位狀態,Q1、Q2端均為低電平。當fi信號輸入時,由于輸入端異或門的作用(附表是異或門邏輯功能表),其輸出還受到觸發器IC2的Q2端的反饋控制(非門F2是增加的一級延遲門,A點波形與Q2相同)。在第1個fi時鐘脈沖的上升沿作用下,觸發器IC1、IC2均翻轉。由于Q2端的反饋作用使得異或門輸出一個很窄的正脈沖,寬度由兩級D觸發器和反相門的延時決定。當第1個fi脈沖下跳時,異或門輸出又立即上跳,使IC1觸發器再次翻轉,而IC2觸發器狀態不變。這樣在第1個輸入時鐘的半個周期內促使IC1觸發器的時鐘脈沖端CL1有一個完整周期的輸入,但在以后的一個輸入時鐘的作用下,由于IC2觸發器的Q2端為高電平,IC1觸發器的時鐘輸入跟隨fi信號(反相或同相)。本來IC1觸發器輸入兩個完整的輸入脈沖便可輸出一個完整周期的脈沖,現在由于異或門及IC2觸發器Q2端的反饋控制作用,在第1個fi脈沖的作用下得到一個周期的脈沖輸出,所以實現了每輸入一個半時鐘脈沖,在IC1觸發器的Q1端取得一個完整周期的輸出。
CD4013主要參數
(1)極限參數:除非另有規定,Tamb=25℃,Vss = 0V
(2)推薦使用條件:
(3)電氣特性
直流參數1:除非另有規定,Tamb=25℃,VSS=0V,VI = VSS 或 VDD
直流參數2:除非另有規定,VSS=0V,VI = VSS 或 VDD
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交流參數:除非另有規定,Tamb=25℃, 輸入 tr,tf = 20ns,CL = 50pF,RL = 20K?
CD4013工作方式
CD4013有四種基本方式,即數據鎖存器,單穩態工作方式,無穩態工作方式和雙穩態工作方式。
(1)數據鎖存方式
圖為D觸發器數據鎖存工作方式,也是它的基本功能。由圖可見,在CP作用后(即上升沿),D端數被鎖存到Q端。若將多個D觸發器組合可構成多位數據鎖存器或寄存器。
(2)單穩態工作方式
圖為D觸發器單穩態工作方式。在CP作用下,Q端由0跳到1,并通過R向電容C充電,當電容C上電壓Vc上升門限電壓VT(≈1/2VDD)時,觸發器被強迫復位,Q端由1自動跳到0,同時,Vc通過二極管VD迅速放電,為下一周期的工作做好準備。
在單穩態工作方式中,Q端的0態為穩態,而1態稱為暫穩態,tw為暫穩態寬度,由RC決定:tw=0.693RC。D觸發器構成定時器消抖動電路都工作于單穩態方式。
(3)無穩態工作方式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ??擴展閱讀>>>>>>>>cd4013無穩態工作方式及無穩態電路應用
圖為D觸發器無穩態工作方式,也稱為多諧振蕩工作方式。其工作過程如下:假設D觸發器的初態Q=1、Q=0,此時Q端通過R1向C1充電,當Vc1充至1/2Vcc時,D觸發器復位,Q端由1變為0,而由Q由0變1,此時Q端通過R2向C2充電,當Vc2充至1/2Vcc時,D觸發器被置位,Q=1Q=0,完成一個工作周期。之后將不斷重復上述工作過程,形成多諧振蕩。振蕩周期T=0.693(R1C1+R2C2)=tw1+tw2,振蕩頻率f=1.433/(R1C1+R2C2),改變R1C1與R2C2即可調節振蕩周期或頻率,并可得到所需要的脈沖占空比。當R1=R2,C1=C2時,得到的是方波輸出脈沖。
(4)雙穩態工作方式
圖為D觸發器的雙穩態工作方式。圖中,D與Q相聯,使得Qn+1=Qn。即每有一個CP作用,Q端狀態與原來相反,也稱為計數狀態。
CD4013基礎應用電路

n級位移寄存器
二進制環形加法器
改進的環形計數器
CD4013應用電路實例
(1)基于CD4013樓梯延時照明燈 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ?詳細電路分析>>>>>>>>cd4013樓梯延時照明燈的應用
電路如圖所示。D觸發器工作于單穩態方式,暫穩態寬度(即延時時間)tw≈30S。當按動SB時,Q輸出30S的高電平,使VT飽和導通,J吸合,燈亮30S后自動熄滅。C3、VD2~VD4等構成電容降壓半波整流穩壓電路。VD1用1N4148,VD3和VD4用1N4007,VD2用12V/1W穩壓二級管,C3用1uF/400V電容,VT用β》100的9013,J用12V微型繼電器。
(2)基于CD4013模擬式電容量測量儀 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ?詳細電路分析>>>>>>>>>基于cd4013模擬式電容量測量儀
電路如圖所示。FF1接成無穩態電路,提供脈沖信號,FF2接成單穩態電路,其暫穩態時間tw與R3~R7及被測電容的容量CX呈線性關系。當R3~R7阻值固定,且電源電壓不變時,在FF2的Q端輸出與CX呈正比例的脈沖電壓,由直流電流表(100μA)測得其平均值,通過刻度指示出CX的數值。
(3)基于CD4013方波發生器電路 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ??詳細電路分析>>>>>>>>>>>cd4013產生的方波發生器電路
上圖是采用CD4013構成的占空比為50%的可調頻率方波發生器電路。CD4013中的FF1處于振蕩狀態。接通電源,S1=1,使Q1=1,Q1=0,Q1通過R2向C2充電。當R1=1時,FF1復位,Q1=0,Q1=1,C2通過二極管VD2向Q1放電,同時1通過R1向C1充電。當充到CP1為1時,FF1翻轉,使Q1=1,Q1=0,C1通過二極管VD1向1放電,Q1通過R2又向C2充電。周而復始產生振蕩。可通過改變R1和R2的阻值來調整振蕩頻率。FF2構成T觸發器,FF1每振蕩一個周期FF2翻轉一次,這樣FF2輸出的高電平時間等于低電平時間,即等于FF1的振蕩周期。注意的是,當用R1來調節輸出頻率時,R2C2的乘積應小;當用R2來調節輸出頻率時,R1C1的乘積應小,這樣便于大范圍地改變振蕩頻率。
(4)基于CD4013多媒體電腦音頻線路輸出雙路轉換器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ?詳細電路分析>>>>>>>>CD4013構成音頻線路輸出雙路轉換器
上圖是采用CD4013構成音頻線路輸出雙路轉換器。電路中,FF1接成單穩態電路,FF2接成雙穩態電路。三極管VT1等元件構成觸摸電路,當人手指觸及金屬片M時,人體感應的交流信號的第一個負半軸使VT1工作在放大狀態,其集電極輸出高電平信號,送入FF1并使之翻轉。每觸摸一次,FF1輸出一個規則的高電平脈沖,起到整形及消除摸時產生抖動的作用。輸出脈沖寬度由R3、C2的值決定,約為0.7R3C2,按圖中數據,脈沖寬度約為3.5秒,即每隔3.5秒可接受一次觸摸。C1可以濾除一些瞬時干擾信號。
電路接通電源時,由C3R4組成的清零復位電路輸出一個高電平脈沖加到FF2的復位端R2,使FF2復位,輸出端Q2輸出低電平,VT2截止,繼電器J不動作,從聲卡輸入的左右兩路聲音信號分別經繼電器J的兩常閉觸點J1和J2送到CZ1。同時另一輸出端2輸出高電平,點亮發光二極管LED1起指示作用。若用手觸摸一下M,FF1輸出一高電平脈沖,送入FF2,使之翻轉,Q2跳為高電平,VT2飽和導通,J得電動作,常開觸點J1和J2閉合,輸入信號經常開觸點轉接到插座CZ2。同時LED2導通發光指示,而LED1由于Q2跳為低電平熄滅。若再觸摸一下M,則電路又恢復為原來狀態,信號又轉接到CZ1。
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? ? ? ? ? ? ? ?更多cd4013應用電路推薦>>>>>>>>>基于CD4013單鍵觸發臺燈的設計
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