安大考研数字电路逻辑8

1、9.1脉冲信号与脉冲电路第第9章章脉冲单元电路9.1.19.1.1脉冲信号脉冲信号狭义地说，狭义地说，脉冲波形脉冲波形是指一种持续时间极短的电压或电流是指一种持续时间极短的电压或电流波形；波形；广义上，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以通广义上，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以通称为称为脉冲波形脉冲波形。(a)(b)(c)(d)(e)图10- -1- -1 脉冲波形trtfVmtwT0.9Vm0.5Vm0.1Vm图10- -1- -2 实际的矩形脉冲波形脉冲休止期脉冲休止期脉宽脉宽周期周期上升时间上升时间(前沿前沿)下降时间下降时间(后沿后沿)9.1.29.1.2脉冲电路脉冲电路

2、脉冲电路脉冲电路是用来产生和处理脉冲信号的电路。是用来产生和处理脉冲信号的电路。脉冲电路可以用分立晶体管、场效应管作为开关和脉冲电路可以用分立晶体管、场效应管作为开关和RCRC或或RLRL电路构成，电路构成，也可以由集成门电路或集成运算放大器和也可以由集成门电路或集成运算放大器和RCRC充、放电电充、放电电路构成。路构成。常用的有脉冲波形的产生、变换、整形等电路，常用的有脉冲波形的产生、变换、整形等电路，如如: :双稳态触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器、射双稳态触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器、射极耦合双稳态触发器（施密特电路）及锯齿波电路。极耦合双稳态触发器（施密特电路）及锯齿波电路

3、。9.2集成门构成的脉冲单元电路9.2.19.2.1施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的电路。是脉冲波形变换中经常使用的电路。它有两种稳定工作状态，它有两种稳定工作状态，触发器处在哪一种工作状态，取决于输入信号电平的高低。触发器处在哪一种工作状态，取决于输入信号电平的高低。vOvIVTVT+VGS(th)2 VGS(th)R1R2图10- -2- -2 施密特触发器 电压传输特性TTTT)(VVVV，迟滞特性的差值称为回差电压、下限触发电平施密特触发器的上当输入信号由低电平逐步上升到某一电平（当输入信号由低电平逐步上升到某一电平（V VT+T+）时，电路）

4、时，电路状态发生一次转换；状态发生一次转换；当输入信号由高电平逐步下降到某一电平（当输入信号由高电平逐步下降到某一电平（V VT-T-）时，电路）时，电路状态又会发生转换。状态又会发生转换。两次状态转换时对应的输入电平两次状态转换时对应的输入电平是不同的。是不同的。vItOvOtOVTVT图10- -2- -6 用施密特触发器实现波形变换施密特触发器的应用施密特触发器的应用(1) (1) 波形变换波形变换将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变换成矩形波输出。将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变换成矩形波输出。vItOvOtOVTVT图10- -2- -7 用施密特触发器实现波形整形(a)vItOvO

5、tOVTVT(b)vItOvOtOVTVT(c)(2) 脉冲整形脉冲整形当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。(a) (a) 传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏；传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏；(b) (b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；(c) (c) 受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。图10- -2- -8 用施密特触发器实现脉冲鉴幅vItOvOtOVTV

6、T(3) 脉冲鉴幅脉冲鉴幅只有当输入脉冲信号的幅度大于施密特触发器上限触发电只有当输入脉冲信号的幅度大于施密特触发器上限触发电平时，在输出端才产生输出信号。平时，在输出端才产生输出信号。9.2.2单稳态触发器单稳态触发器o单稳态触发器具有单稳态触发器具有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态。两个不同的工作状态。o在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转为暂稳态，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转为暂稳态，o维持一段时间后，电路又能自动地翻转为稳态。维持一段时间后，电路又能自动地翻转为稳态。o暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外界暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外界触发脉冲

7、无关。触发脉冲无关。CRvOvI图10- -2- -15 施密特触发器构成 的单稳态电路及其工作波形A1vItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)(3) (3) 施密特触发器构成单稳态触发器施密特触发器构成单稳态触发器当当vI=0时，输出时，输出vO=VOL=0V，这是稳定状态。这是稳定状态。当当vI的正脉冲加到输入端时，的正脉冲加到输入端时，vA随随之上跳，之上跳，只要上跳的幅值大于只要上跳的幅值大于VT+，则输出，则输出vO=VDD。触发器发生一次翻转，进入暂稳态。触发器发生一次翻转，进入暂稳态。CRvOvI图10- -2- -15 施密特触发器构成 的单稳态电路及其工作波形A1v

8、ItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)随着电容随着电容C充电，充电，vA电位指数下降，电位指数下降，一旦达到一旦达到VT-，施密特触发器发生自，施密特触发器发生自动翻转，动翻转，vO=VOL=0V，返回至稳态。，返回至稳态。暂稳态持续时间为暂稳态持续时间为:TIHlnWVVRCt图10- -2- -16 单稳态触发器 通用逻辑符号1图10- -2- -17 非可重触发单稳 态触发器波形vItOvOtOtWtWA B CD集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器分为集成单稳态触发器分为非可重触发非可重触发和和可重触发可重触发两种类型。两种类型。非可重触发单稳态触发器非可重触发单

9、稳态触发器，是指在，是指在暂稳态定时时间暂稳态定时时间tW之内，若有新的之内，若有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何触发脉冲输入，电路不会产生任何响应。响应。只有在电路返回到稳态后，电路才只有在电路返回到稳态后，电路才受输入脉冲信号作用。受输入脉冲信号作用。输出信号脉冲的宽度为输出信号脉冲的宽度为tW。输入脉冲输入脉冲暂稳态定时时间暂稳态定时时间图10- -2- -18 可重触发单稳 态触发器波形vItOvOtOtWABCtWtWt可重触发单稳态触发器可重触发单稳态触发器，是指在暂稳态定时时间，是指在暂稳态定时时间tW之内，若之内，若有新的触发脉冲输入，可被新的输入脉冲重新触发。有新的触发脉冲

10、输入，可被新的输入脉冲重新触发。电路在受到电路在受到A输入脉冲触发后，电输入脉冲触发后，电路进入暂稳态。路进入暂稳态。在暂稳态在暂稳态tW期间，经期间，经t(t v v- -，则输出为高电平，反之输则输出为高电平，反之输出为低电平。出为低电平。基本触发器基本触发器置置0 0端，低电平有效端，低电平有效泄放三极管，为外接电容泄放三极管，为外接电容提供充、放电回路。提供充、放电回路。输出缓冲器，起整形和提高负载能力的作用。输出缓冲器，起整形和提高负载能力的作用。和和分分压压，分分别别为为参参考考电电压压，由由分分压压电电阻阻CC31CC32VVVCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2

11、)vO(7)vO图10- -3- -2 用555定时器构成施密特触发器(1)(3)vIVCCF01. 09.3.29.3.2用用555555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器vIOtCC32VCC31V+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555构成的施密特触发器vI由分析可知：由分析可知：o该电路可以完成波形变换等功能，该电路可以完成波形变换等功能，o其上限触发电平为：其上限触发电平为：o下限触发电平为：下限触发电平为：o回差为：回差为：CC32TVV CC31-TVV C

12、C31TVV VCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2)vO(7)vO图10- -3- -4 用555定时器构成单稳态触发器(1)(3)vIVCCF01. 0RC9.3.39.3.3用用555555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555构成的单稳态触发器vIoTD三极管的集电极三极管的集电极输出输出vO(7)端通过电端通过电阻阻R接接VCC，构成反，构成反相器。相器。oTD 反相器输出端反相器输出端vO(7) 接电容接电容

13、C到地，到地，o同时同时vO(7) 和和vI1(6)端连接在一起，构端连接在一起，构成单稳态触发器。成单稳态触发器。CR+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555构成的单稳态触发器vIo当当vI=VCC时，时，vC2输输出高电平。出高电平。o设起始状态设起始状态vC=0oVCC通过通过R对对C充电，充电，使使vI1(6)电位上升，电位上升，o当电位大于当电位大于(2/3) VCC 时，时，vC1输出低电平，输出低电平，ovO为低电平。为低电平。CR+- -+- -&1VCCR

14、vCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555构成的单稳态触发器vIo同时，同时，TD导通，导通，C通通过过TD 放电，放电，o当当vC小于小于(2/3)VCC时，时，vC1输出高电平，输出高电平，o最后最后C放电至放电至0，达，达到稳态。到稳态。CR+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555构成的单稳态触发器vICR当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vI=0，vC2输出低电平，使得输出输出低电平，使得输出v

15、O为高电平。为高电平。电路受触发发生一次翻转。电路受触发发生一次翻转。由于由于G1输出低电平，使输出低电平，使TD截止，截止，VCC通过通过R对对C充电，电路充电，电路进入暂稳态。进入暂稳态。电容充电使得电容充电使得vC(vI1)电位电位上升。上升。+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1555构成的单稳态触发器vICR当当vC(vI1)(2/3)VCC时，时，vC1输出低电平，输出低电平，使得输出使得输出vO为低电平，为低电平，同时，同时，TD导通，导通，C通过通过TD 放电，放电，当

16、当vC小于小于(2/3)VCC时，时，vC1输出高电平，输出高电平，最后最后C放电至放电至0，电路自动翻转一次，电路自动翻转一次，暂稳态结束，恢复到稳暂稳态结束，恢复到稳态。态。由分析可知，暂稳态持续时间为由分析可知，暂稳态持续时间为RCRCtVVV1 . 1lnCC32CCCCW VCC(8)R(4)vco(5)vI1(6)vI2(2)vO(7)vO图10- -3- -6 用555定时器构成自激 多谐振荡器(1)(3)VCCF01. 0R2CR1(a)CvO1(b)11VCCR1R29.3.49.3.4用用555555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器将将vI1(6)和和vI2(2)连

17、在一起，作连在一起，作为输入信号为输入信号vI，构成施密特，构成施密特电路形式。电路形式。将将TD输出端输出端(7)通过电阻通过电阻R1接接到到VCC，构成反相器形式，构成反相器形式(OC门门)；其输出再经过其输出再经过R2C积分电路反积分电路反馈至馈至vI，构成自激多谐振荡，构成自激多谐振荡器。器。+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555构成的自激多谐振荡器构成的自激多谐振荡器o接通电源时，设起始接通电源时，设起始状态状态vC=0 ovI1(6)和和vI2(2)为低电为

18、低电平，平，ovC1为高电平，为高电平，vC2为为低电平，低电平，ovO为高电平。为高电平。oVCC通过通过(R1+R2)对对C充电，充电，o电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。C+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555构成的自激多谐振荡器构成的自激多谐振荡器o当电容充电使得当电容充电使得vC(2/3)VCC时，时，ovC1输出低电平，输出低电平，ovO翻转为低电平，翻转为低电平，o电路发生一次自动翻电路发生一次自动翻转。转。C+- -+- -&1VCCRvCOvI1vI2vOvO8456271TDG2G1G33R2VREF2VREF1 k5 k5 k5R1C2C1 555 555构成的自激多谐振荡器构成的自激多谐振荡器o同时，由于同时，由于G1输出高输出高电平，使得电平，使得TD导通，导通，oC通过通过R2、TD放电，电放电，电路进入另一暂稳态。路进入另一暂稳态。o当电容放电使得当电容放电使得vC(1/