第7章脉冲电路

1、新编新编21世纪高等职业教育信息类规划教材世纪高等职业教育信息类规划教材 数字电路数字电路电子教案电子教案 主主 编编 徐新艳徐新艳 第7章 脉 冲 电 路 n学习目标学习目标 n1熟悉各种熟悉各种RC波形变换电路的组成，掌握它们的功能。波形变换电路的组成，掌握它们的功能。 n2掌握多谐振荡器的电路形式，会估算振荡器的振荡频率，会掌握多谐振荡器的电路形式，会估算振荡器的振荡频率，会 调整振荡周期。调整振荡周期。 n3掌握由门电路组成的单稳态触发器的电路特点，会估算单稳掌握由门电路组成的单稳态触发器的电路特点，会估算单稳 态触发器的单稳态持续时间，并会通过调节电路参数来改变单稳态触发器的单稳态持

2、续时间，并会通过调节电路参数来改变单稳 态的持续时间。态的持续时间。 n4了解施密特触发器的电路特点和工作原理。了解施密特触发器的电路特点和工作原理。 n5会查阅集成电路手册，识读集成单稳态触发器、集成施密特会查阅集成电路手册，识读集成单稳态触发器、集成施密特 触发器的引脚和功能，并能正确使用。触发器的引脚和功能，并能正确使用。 n6熟悉熟悉555集成电路各引脚的功能，能用集成电路各引脚的功能，能用555集成电路组成各种集成电路组成各种 脉冲电路，并能通过调整电路参数来改变脉冲参数。脉冲电路，并能通过调整电路参数来改变脉冲参数。 第7章 脉 冲 电 路 7.1 RC电路电路 7.1.1 微分电

3、路微分电路 7.1.2 积分电路积分电路 7.1.3 脉冲分压器脉冲分压器 7.2 施密特触发器施密特触发器 7.2.1 工作原理工作原理 7.3 单稳态触发器单稳态触发器 7.3.1 集成门单稳态触发器集成门单稳态触发器 7.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 7.4 多谐振荡器多谐振荡器 7.4.1 基本多谐振荡器基本多谐振荡器 7.4.2 简易多谐振荡器简易多谐振荡器 7.4.3 晶体振荡器晶体振荡器 7.5 555定时器定时器 7.5.1 定时器电路构成定时器电路构成 及功能及功能 7.5.2 用定时器构成脉用定时器构成脉 冲电路冲电路 7.1 RC电路 n7.1.1 微分电路

4、RC微分电路如图（a）所示，它能将矩形脉冲变换为尖脉冲，如图（b） 所示。在输入矩形脉冲ui时，为使输出uo为尖脉冲，时间常数 与输入 脉冲宽度tw、脉冲间隔tg之间应满足条件： RCtw； RCtg t UIH ui （b） O twtg t UIH uo O t1t3 UIH t2 （a） uo R C uC ui n2. 积分电路 积分电路可以把矩形波变换成三角波等。 电路条件是： RC tw t UIH ui （b） O tw t UIH uo O t1t2 （a） uo C R ui 7.1 RC电路 n3. 脉冲分压器 图示电阻分压器电路中Co为等效的寄生电容。加速电容Cj的最佳值

5、为 实际应用时，Cj取值还应通过实验进一步调整。 uo Co R1 ui R2 UIH 0V 0V UIH R2 R1R2 Cj （a） Cj较小，欠补偿 0V UIH R2 R1R2 Cj较大，过补偿 0V UIH R2 R1R2 Cj合适，正补偿 （b） 1 2 R R CC oj 7.1 RC电路 7.2 施密特触发器 n施密特触发器是一种双稳态电路，触发方式 为电平触发。与第4章所介绍的电平触发双稳 态电路的区别是：触发信号从低电平上升与 从高电平下降时的触发电平不同。 7.2 施密特触发器 n7.2.1 工作原理 施密特触发器有多种构成形式，图（a）电路是用TTL门电路构成的。设 输

6、入电压ui为三角波，输出波形如图（b）所示。当uo输出低电平，电路 处于初始稳定状态，称为第一稳态。uo输出高电平时，称电路为第二稳态。 使电路由第一稳态翻转为第二稳态的电压值称为上升触发电平或正向阈值 电平，用UT表示。使电路由第二稳态翻转为第一稳态的电压值称为下降 触发电平或负向阈值电平，用UT表示。 & & G VD R SD D Q Q uui o 基本RS触发器 (b)(a) u u t t O O i o UOH T+ U T- U UOL ttt 123 7.2 施密特触发器 n7.2.1 工作原理 结论： n（1）施密特触发器具有两种稳定状态，状态的维持与转换依赖 于外加输入电

7、压的取值。 n（2）UTUT。通常把上升触发电平与下降触发电平不等的特性 称为回差特性或滞后特性，并定义UTUTU，U称为回差电 压。 7.2 施密特触发器 n7.2.2 施密特触发器的应用 n1波形变换 施密特触发器可以将三角波、正弦波等变换为矩形波。 7.2 施密特触发器 n7.2.2 施密特触发器的应用 n2波形整形 将边沿差、带有干扰的脉冲信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲。 UT UT ui uo UOH UOL 7.2 施密特触发器 n7.2.2 施密特触发器的应用 n3脉冲幅度鉴别 下图中，欲将输入信号ui中幅度大于UREF的脉冲保留，幅度小于UREF的脉 冲去掉，这时可将施密特触发器

8、上升触发电平调整到UTUREF，则ui中 幅度超过UREF的脉冲有输出，幅度小于UREF的脉冲没有输出。 图7-15 鉴别脉冲幅度 u u t t O O U i REF o UT+ 7.3 单稳态触发器 单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态。在外加触发 信号作用下，电路能从稳态翻转为暂稳态，经过一段时 间tw后，又能自动返回到原稳态。暂稳态持续时间由电 路本身参数决定，与触发信号无关。 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门单稳态触发器 用集成门构成的单稳态触发器分为微分型和积分型两种，图示是 微分型电路。图中G1到G2利用RC微分电路耦合；G2到G1直接耦 合，整个电路构成正反馈环路。

9、R和C决定暂稳态的持续时间，称 之为定时元件。为保证稳态时G1开通、G2关闭，要求RRON。 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门单稳态触发器 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext uo1 t ui O UIH UIL t O UOH UOL t O UTH UIL uR tr C充电 C放电 tw uo2 O UOH UOL t t1t2

10、Um tw是暂稳态持续时间，与暂稳态期间C充电快 慢有关。由于门参数的离散性，精确计算tw是 困难的，实际多用经验公式估算： twRC 一般C和R都可调，C常为粗调，R为细调。但 调R时，阻值不能过大，应满足RRON。 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门单稳态触发器 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext 暂稳态持续时间，C充电回路。 R C R C u + - u +- VD2 VD1 R 1 VCC G 门 2 UOH 充电电流 6 7 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门

11、单稳态触发器 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext uo1 t ui O UIH UIL t O UOH UOL t O UTH UIL uR tr C充电 C放电 tw uo2 O UOH UOL t t1t2 Um tr是恢复时间，即恢复期C的放电时间。由于C 放电很快，所以tr很小。 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门单稳态触发器 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext 恢

12、复期C的放电回路。 R C R C u + - u +- VD2 VD1 R 1 VCC G 门 2 UOL 放电电流 8 7 7.3 单稳态触发器 n7.3.1 集成门单稳态触发器 & G G2 R C 1 R C u u u i o2 图 7-16 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 + - uo1 u +- T ext uo1 t ui O UIH UIL t O UOH UOL t O UTH UIL uR tr C充电 C放电 tw uo2 O UOH UOL t t1t2 Um 单稳态触发器在触发翻转后，要经过 暂稳态和恢复期这两个过程，即需要经过（tw tr）时间才能完全回到稳态

13、。所以触发信号 最小周期，即分辨时间Tmin应满足 Tmintwtr 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器 集成单稳态触发器有一次触发和可重触发两种类型。 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器 n1. 一次触发单稳态触发器 74LS221是由两个独立结构一次触发单 稳态电路构成的，逻辑符号中，带“” 的引脚为非逻辑连接：CX与RX/CX两 引脚间接定时电容，RX/CX引脚接定时 电阻。集成单稳态触发器型号不同，内 部结构不同，定时电阻另一端的接法便 不 同 ， 或 接 地 ， 或 接 正 电 源 端 。 74LS221定时电阻电容接法如图所示。 A A B B

14、Q Q Q Q R R C C R /C R /C ext extext ext ext ext D D 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 & 1 2 10 15 4 7 9 14 12 5 13 1 R CX RX/CX & 3 11 6 1 R CX RX/CX V ：16；GND：8 CC & 1 2 10 15 4 7 9 14 12 5 13 1 R CX RX/CX & 3 11 6 1 R CX RX/CX 图8-18 74LS221定时电阻电容接法 R CC C V ext ext 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器 n1. 一次触发单稳

15、态触发器 74LS221为一次触发，在暂稳态期间不 接收新的触发信号。功能如表所示。 有两种触发方式： 0，B由01；B 1， 由10。 输出脉宽tw由下式估算： tw0.7RextCext 式中，Rext取值范围是2100 k，Cext取 值范围是10 pF10 F。 输入输出 D BQ 001 101 001 10 11 01 Q RA A A 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器 n2. 可重触发单稳态触发器 可重触发单稳态触发器，在暂稳态期间能再次接受新的触发脉冲，产 生以新触发信号作用时刻起，规定脉宽的矩形波输出。 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器

16、 n2. 可重触发单稳态触发器 74LS122是具有可重触发功能的 单稳态触发器。逻辑符号如图所 示，功能如表所示。 & 1 2 5 4 1 3 13 R C XR X/C XR I 6 8 911 V ： 14 NC ： 10， 12 C C GND： 7 A B Q Q R CR /C extextext D Rint 1 1 A B 2 2 K 输入输出 D 1 2 B1B2Q 001 1101 001 001 101 101 101 101 1111 111 1111 011 011 QRAA 7.3 单稳态触发器 n7.3.2 集成单稳态触发器 n2. 可重触发单稳态触发器 74LS

17、122有两种触发方式： （1）利用B信号上升沿触发。稳态时 1 和 2中必须有一个为0；B1和B2中有一个 为0，一个为1，设B11、B20，当B2 由01时，形成触发。 （2）利用 信号下降沿触发。稳态时 1 和 2为1，B1和B2为1。当 1和 2中有一 个由10，或 1和 2同时由10时，形 成触发。 & 1 2 5 4 1 3 13 R C XR X/C XR I 6 8 911 V ： 14 NC ： 10， 12 C C GND： 7 A B Q Q R CR /C extextext D Rint 1 1 A B 2 2 K A A A AAA AA A 7.3 单稳态触发器 n

18、7.3.2 集成单稳态触发器 n2. 可重触发单稳态触发器 74LS122可以使用内部定时电阻Rint来确定tw，此 时只需将Rint即9脚与VCC端相连即可，如图所示， Rint10 k。如果使用外接电阻Rext，则使Rint引 脚9悬空，Rext接在13脚与14脚之间。Rext取值范 围5260 k。Cext为外接电容，Cext取值范围不 限制，但建议Cext1 000 pF。在Cext1 000 pF时， 输出脉宽为 tw0.45RextCext & 1 2 5 4 1 3 13 R CXRX/CXRI 6 8 911 CextVCC 7.3 单稳态触发器 n7.3.3 单稳态触发器的应

19、用 n1脉冲波形整形 单稳态触发器在输入触发信号作用下，能够输出宽度和幅度都固定的矩形 脉冲。 图7-24 单稳态触发器用于脉冲波形整形 u u t t O O i o 7.3 单稳态触发器 n7.3.3 单稳态触发器的应用 n2定时 利用单稳态触发器输出的暂稳态脉冲信号可以控制电子开关在规定的时间 动作，达到定时的目的。 uo tw u u u C i 单稳态 触发器 G u u u u C i o & 8 9 7.4 多谐振荡器 多谐振荡器具有两个暂稳态，它不需要外加触发信号，便能在两个 暂稳态之间自行转换，产生一定频率和脉宽的矩形脉冲。 。 7.4 多谐振荡器 n7.4.1 基本多谐振荡

20、器 用TTL非门和一对RC定时元件构成的基本多谐振荡器如电路图所示。为保 证电路正常工作，R1和R2的阻值均小于开门电阻RON。电路的工作波形如 波形图所示。 振荡周期 Ttw1tw2R2C1R1C2 图7-26 基本多谐振荡器 R 1 i1 C u o1 u 1 1 R 2 i2 C u o2 u 1 2 1 2 GG uo1 uo2 t O UOH UOL t O UTH ui2 C1充电 C1放电 t O UTH C2充电 C2放电 ui1 O UOH UOL t tw1 T tw2 7.4 多谐振荡器 n7.4.1 基本多谐振荡器 两个暂稳态期间，电容的充、放电回路。 图7-26 基本

21、多谐振荡器 R 1 i1 C u o1 u 1 1 R 2 i2 C u o2 u 1 2 1 2 GG 图8-25 第一暂稳态C 充电C 放电 R 1 i1 C u OH U 1 R 2 i2 C u OL U 2 1 G V D2 VD1 放电充电 12 +- 图8-26 第二暂稳态C 放电C 充电 R 1 i1 C u OL U 1 R 2 i2 C u OH U 2 2 G VD2 VD1 充电放电 12 +- 9 7.4 多谐振荡器 n7.4.2 简易多谐振荡器 振荡周期Ttw1tw22.3RC A - + (a) R B o u 1 2 GG 11 C uB uo t O 3.5

22、V t O 4.5 V 1.8V uA O t tw1 T tw2 1.8V 1.4 V1.4 V 0.3 V3.5 V 1.4 V 0.3 V 3.5 V 0.3 V （b） 7.4 多谐振荡器 n7.4.3 晶体振荡器 图示晶体振荡器，当石英晶体工作在串联谐振频率时相当于短路，能够使 电路构成正反馈，产生振荡，所以，振荡频率取决于石英晶体串联谐振频 率，振荡频率非常稳定。图中，C1是石英晶体的负载电容，用以微调频率； C2是耦合电容；电阻R、R1和R2是门的偏置电阻。 (a) R 1 o u 1 2 GG 11 (b) R o u 1 2 GG 11 CC C R 1 2 1 2 7.5

23、555定时器 n555定时器是一种多用途单片集成电路，利用它能方便 的接成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。 n555定时器有双极型产品，也有单极型CMOS产品。几 乎所有双极型产品型号的最后3位是555，所有CMOS 产品型号的最后4位是7555。 7.5 555定时器 n7.5.1 定时器电路构 成及功能 以CC7555为例介绍。 电路结构及引线排列 如图所示，功能如表 所示。 (b) (a) V TRROUT COD TH V SS DD 1 S R R1 R R R D OUT TH CO TR V R Q C C V G FF DD SS V 1234 5678 1 2 D D

24、 # # 阈值输入TH 触发输入 复位 D输出OUT开关管V 00导通 （2/3）VDD （1/3） VDD10导通 （2/3） VDD （1/3） VDD1原状态原状态 （2/3） VDD （1/3） VDD11截止 TRR 7.5 555定时器 n7.5.2 用定时器构成脉冲电路 n1单稳态触发器 CC7555按图连接可构成单稳态触发器，R、C为定时元件，决定 暂稳态持续时间，输出脉宽tw按经验公式估算：tw1.1RC。 ui为 触发输入脉冲。 t VDD ui （b） O t uC O t uo O tw C充电 C放电 VDD (a) OUT V C O D V R TH TR DD

25、SS D o DD V u u u R C 0.01 F C i 7.5 555定时器 n7.5.2 用定时器构成脉冲电路 n2多谐振荡器 由经验公式计算振荡周期T t1t2，占空比为t1 /T。其中，t10.7R2C； t20.7（R1R2）。 VDD （b） t uC O t uo O t1 VDD t2 (a) OUT V CO D V R TH TR DD SS D o DD V u R u R C 0.01 F C 1 2 7.5 555定时器 n7.5.2 用定时器构成脉冲电路 n3间歇振荡器 用7556接成间歇振荡器。 2 1 4 7 5 CX RX/CX 6 3 R 12 13 10 7 9 CX RX/CX 8 11 R DD V ：14 V V D D R R TH TH TR TR CO CO OUT OUT SS SS D D 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 14 15 OUT V CO D V R TH TR DD SS D + V R 5 F R C 0.01 F 4 2 3 + OUT V CO D V R TH TR DD SS D R R C 1 1 2 + DD