脉冲单元电路

1、第9章 脉冲单元电路本章主要介绍了（1）脉冲信号（矩形脉冲）的波形及其参数。（2）施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器工作原理及其应用。（3）用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的基本原理及主要参数计算。（4）555定时器的电路结构和工作原理。（5）用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和参数计算。教学基本要求掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及应用。掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和主要参数计算。 理解集成单稳态触发器和晶体多谐振荡器基本工作原理；了解用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐

2、振荡器的电路结构。重点与难点本章重点：555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路以及主要参数计算。本章难点：定时电路中电容充、放电过程和定时参数的计算。主要教学内容9.1   脉冲信号 9.2   集成门构成的脉冲单元电路9.2.1   施密特触发器 9.2.2   单稳态触发器 9.2.3   多谐振荡器9.3   555定时器的应用9.3.1   用555定时器构成施密特触发器 9.3.2   用555定时器构成单

3、稳态触发器 9.3.3   用555定时器构成自激多谐振荡器 9.1 脉冲信号从广义上讲，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以统称为脉冲信号。最常见的脉冲波形是方波和矩形波，如图911所示。图911 常见脉冲波形实际脉冲电压波形从零值跃升到最大值，或从最大值降到零值时，都需要经历一定的时间，一般用上升时间tr和下降时间tf表示。图912为矩形脉冲信号的实际波形图。图912 矩形脉冲信号的实际波形图9.2   集成门构成的脉冲单元电路 施密特触发器常用的脉冲单元电路有施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，脉冲单元电路可由集成逻辑门构成。1. 施密特触

4、发器特点 施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它有两种稳定工作状态，触发器处于哪一种工作状态，取决于输入信号电平的高低。当输入信号由低电平逐步上升到上限触发电平（VT+）时，电路状态发生一次转换；当输入信号由高电平逐步下降到下限触发电平（VT）时，电路状态又会发生转换。两次状态转换时对应的输入电平值是不同的。施密特触发器电压传输特性如图921所示。施密特触发器的上限触发电平VT+和下限触发电平VT的差值称为施密特触发器的回差电压VT。在脉冲与数字技术中，施密特触发器常用于波形变换、脉冲整形及脉冲幅度鉴别等。图921 施密特触发器电压传输特性2. 用两级CMOS反相器构成的施密特触发

5、器用两级CMOS反相器构成的施密特触发器如图922所示。设CMOS电源为VDD，阈值电压为，则施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT和回差电压VT分别为图922 用两级CMOS反相器构成的施密特触发器改变电阻R1和R2的大小，可以调整回差电压值的大小。3. 用TTL门构成的施密特触发器用TTL门构成的施密特触发器如图923所示。设TTL阈值电平为Vth，则施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT和回差电压VT分别为图923 用TTL门构成的施密特触发器改变电阻R1和R2的大小，可以调整回差电压值的大小。4. 集成施密特触发器在集成门电路中，有带施密特触发器输入的反相器和与

6、非门，带施密特触发器的反相器逻辑符号如图924所示。图924 带施密特触发器的反相器逻辑符号9.2.2 单稳态触发器1. 单稳态触发器特点单稳态触发器是广泛应用于脉冲整形、延时和定时的常用电路，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲的作用下，能从稳定状态翻转到暂稳态，暂 稳态维持一段时间后，电路又自动地翻转到稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外界触发脉冲无关。2. 集成门构成的单稳态触发器（1）微分型单稳态触发器。微分型单稳态触发器及其输出波形如图925所示。触发器由两个TTL与非门组成。其中Ri、Ci构成输入端微分电路，R、C构成微分型定时电路。其输出脉宽tW取决

7、于RC充电速度，近似估算公式为tw0.7(Ro + R)C Ro = 100 图925 微分型单稳态触发器及其输出波形在定时电路中，为了调整tW，通常以改变C作为粗调，改变R作为细调。R值选取应在64 R0.91 k之间。（2）积分型单稳态触发器。积分型单稳态触发器及其输出波形如图926所示，此电路要求输入vI比输出vO脉冲宽。如果要求在输入窄的触发脉冲时能够得到较宽的输出脉冲，可以采用如图927所示的电路，这时输入与输出均为负脉冲。图926 积分型单稳态触发器及其输出波形图927 宽脉冲输出电路（3）施密特触发器构成单稳态触发器。利用CMOS施密特触发器的回差特性，可以方便地构成单稳态触发器

8、，如图928所示。图928 施密特触发器构成的单稳态电路及其输出波形3. 集成单稳态触发器（1）非可重触发集成单稳态触发器。非可重触发单稳态触发器，是指在暂稳态定时时间tW之内，若有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何响应，其波形示意图如图929所示。常用的非可重触发集成单稳态触发器有CT54121/CT74121、CT54221/CT74221、CC74HC123等。图929 非可重触发单稳态触发器波形（2）可重触发集成单稳态触发器。可重触发单稳态触发器，是指在暂稳态定时时间tW之内，若有新的触发脉冲输入，可被新的输入脉冲重新触发，其波形示意图如图9210所示。常用的可重触发集成单稳态触发器有

9、CT54122/CT74122、CT54123/CT74123、CC14528、CC14538等。 图9210 可重触发单稳态触发器波形 多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。它是常用的矩形脉冲产生电路。多谐振荡器有电容正反馈多谐振荡器、带RC定时电路的环形振荡器、施密特触发器构成的多谐振荡器和晶体稳频的多谐振荡器等类型，如图9211所示。如果对频率稳定性要求不高且要求的振荡频率较低，可采用前三种主要依靠电容C充、放电构成的多谐振荡器。在这类多谐振荡器中，可以调节振荡器的输出频率，一般以电容C作为粗调，电阻R用电位器细调。在要求多谐振荡器

10、的频率稳定度较高的情况下，通常采用晶体稳频的多谐振荡器。图9211 四种多谐振荡器9.3   555定时器的应用 用555定时器构成施密特触发器555定时器是一种多用途单片集成电路，利用它可以极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。555定时器内部电路结构如图931所示。图931 555定时器内部电路结构用555定时器构成施密特触发器电路如图932（a）所示。图中0.01 F电容起滤波作用，以提高比较器参考电压的稳定性。其工作波形如图932（b）所示。图932 用555定时器构成施密特触发器其施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT和回差电压VT分别为

11、 用555定时器构成单稳态触发器用555定时器构成单稳态触发器电路如图933（a）所示，电阻R和电容C构成积分型单稳态触发器，其工作波形如图933（b）所示。图933 用555定时器构成单稳态触发器暂稳态的持续时间主要取决于外接电阻R和电容C，输出脉冲的宽度tW为9.3.3 555定时器的应用用555定时器构成自激多谐振荡器电路如图934（a）所示，其工作波形如图934（b）所示。图934 用555定时器构成多谐振荡器在电容C充电时，暂稳态持续时间为在电容C放电时，暂稳态持续时间为因此，电路输出矩形脉冲的周期和占空比分别为自我检测题1. 已知如图P91所示电路由CMOS组成，试分析 （1）稳态

12、时vI、vO、vC的逻辑电平；（2）画出一个工作周期内vI、vO、vC的工作波形，并说明该电路的名称。图P912. 有一电路如图P92所示，门1和门2构成单稳态触发器，暂稳态持续时间为5s，R2C2电路起延迟作用，延迟时间为1.5s。已知输入信号vI的周期为10s，脉宽tW1为1 s。试画出A、B和Q的波形（Q初态为0），并说明该电路功能。 图P923. 如图P93所示电路，分析电容C的充放电回路，说明E的作用及该电路的功能。图P934. 由JK触发器和555定时器组成的电路如图P94所示，已知CP为10 Hz方波，R1=10 k，R2=56 k，C1=1 000 pF，C2=4.7 F，JK

13、触发器输出Q和555输出vO初始均为0，试 （1）画出JK触发器输出Q及v1、vO的波形。（2）求输出波形的周期。图P945. 图P95是由555定时器构成的脉冲发生器，试回答（1）每一个555定时器各构成什么电路？（2）开关S在右端时，计算vO1和vO2的频率f和f。（3）开关S在左端时，画出vO1和vO2的波形。图P956. 在如图P96（a）所示电路中，R1C1构成微分电路，G为具有施密特性能的非门，其阈值电压分别为0.8 V和1.6 V，由555定时器构成的单稳态电路暂稳态持续时间为3.5 ms。求在如图P96（b）输入波形vI作用下，画出A、B、C、D和Y1、Y2的波形。图P967. 图P97为一个电子门铃电路，要求每按一次开关按钮S，扬声器就以1.2 Hz的频率鸣响10 s，请确定电路中R1、R2和R3的值。图P97思考题1. 什么是脉冲信号？矩形脉冲的主要技术参数有哪些？ 2. 施密特触发器电压传输特性有什么特点？上限触发电平、下限