第九章脉冲单元电路

1、第第 9 9 章章脉 冲 单元电路9.1 脉冲信号9.2 施密特触发器9.3 单稳态触发器9.4 多谐振荡器9.5 555定时器及其应用9.1 脉冲信号脉冲周期脉冲周期T T脉冲幅度脉冲幅度V Vmm脉冲宽度脉冲宽度Wt上升时间上升时间t tr r下降时间下降时间t tf f占空比：占空比：TtqW/1、脉冲信号 矩形脉冲信矩形脉冲信号的获取方号的获取方法有两种：法有两种：产生产生: :不用信号源，加上电源自不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。激振荡，直接产生波形。整形整形: :输入信号源进行整形输入信号源进行整形. .脉冲产生电路脉冲产生电路: : 多谐振荡器多谐振荡器脉冲整形（变换

2、）电路脉冲整形（变换）电路: :单稳态触发器单稳态触发器施密特触发器施密特触发器 2、矩形脉冲的获取9.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于是一种能够把输入波形整形成为适合于 数字电路需要的矩形脉冲的电路。数字电路需要的矩形脉冲的电路。 一、一、 用用CMOSCMOS反相器构组成的施密特触发器反相器构组成的施密特触发器R R11VVDD DD /2/2时，电路会产生如下正反馈过程：u uI =U=UT+=(R=(R1 1+R+R2 2)V)VDDDD/2R/2R2 2uI1 =U =UTHTH时有：时有：电路会迅速转换为G G1 1导通、G G2 2截止，

3、输出为U UOHOH，即u uOO=V=VDDDD的状态（第二稳态）。此时的u uI I值称为施密特触发器的上限触发转换电平U UT+T+。显然，u uI I继续上升，电路的状态不会改变。如果u uI I下降，u uI1 I1也会下降。当u uI1 I1下降到U UTHTH时，电路又会产生以下的正反馈过程： 电路会迅速转换为G G1 1截止、G G2 2导通、输出为U UOLOL的第一稳态。此时的u uI I值称为施密特触发器的下限触发转换电平U UT T。u uI I再下降，电路将保持状态不变。 UT- =(R=(R2 2-R-R1 1)V)VDDDD/ 2R/ 2R2 2U UOHOHV

4、VDDDDU UTHTHuI1 =U =UTHTH时有：时有： （2） 传输特性 （3）回差 上限触发转换电平U UT+T+ 下限触发转换电平U UT T UUT T = U= UT+T+U UT T(R(R1 1/R/R2 2)V)VDDDD= 2(R= 2(R1 1/R/R2 2)V)VTHTH U UT+=(R=(R1 1+R+R2 2)V)VDDDD/2R/2R2 2UT- =(R=(R2 2-R-R1 1)V)VDDDD/ 2R/ 2R2 2正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压回差电压：回差电压：V VT T V VT TV VT T滞回电压传输特性滞回电压传输特性，即输

5、入电压的上升过程和下降过，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。这是施密特触发器固有的特性。程的阈值电平不同。这是施密特触发器固有的特性。 同相输出的施密特触发器同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器二、二、 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1. 1.用于波形变换：用于波形变换： 2.2.用用于于脉脉冲冲整整形：形：3.3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅：幅：施密特触发器能将幅度大于施密特触发器能将幅度大于V VT+T+的脉冲选出。的脉冲选出。4.4.用于构成多谐振荡器：用于构成多谐振荡器： 本节小结本节小结施密特触发器具有施密特触发器具有两个稳定的状态两个稳定

6、的状态，是一种能，是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有脉冲的电路。而且由于具有滞回特性滞回特性，所以抗干扰，所以抗干扰能力也很强。能力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及电路及555555定时器构成。定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。广。9.3 单稳态触发器单稳态触发器一、单稳态触发器特点一、单稳态触发器特点: :稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动

7、返回自动返回1 1、输出端只有一个稳定状态、输出端只有一个稳定状态, , 另一个另一个状态则是暂稳态。状态则是暂稳态。2 2、加入触发信号、加入触发信号, ,电路由稳态转入暂稳态。电路由稳态转入暂稳态。3 3、 经过一定时间以后经过一定时间以后, ,电路又会电路又会自动返回自动返回 原来的原来的 稳定状态。稳定状态。二、二、 由门电路组成的微分型单稳态触发器由门电路组成的微分型单稳态触发器0 0t tu ui iu uo1o1u uA Au uo2o20 0t t0 0t t0 0t tt t1 1当当 u ui i 发生负跳变后：发生负跳变后： u uo1o1 和和u uA A跟着正跳变跟着

8、正跳变u uo2o2 立即下跳（立即下跳（暂稳态暂稳态）。）。当当u ui i1 1： 稳态：稳态： u uA A=0=0 ，u uo2o2=1 =1 u uo1o1=0 =0 。u uo1o1u uo2o2R RC C&1 1u ui iA AR R较小较小U Uo1o1向向C C充电，充电，u uA A下降。下降。u uA A=U UT T时：时：u uo2o2上跳。上跳。之后之后u uA A继续下降。继续下降。U Ui i负脉冲过后，负脉冲过后，u uo2o2保持高电平。保持高电平。u uo1o1u uo2o2R RC C&1u ui iA AU UT T0 0t tu

9、ui iu uo1o1u uA Au uo2o20 0t t0 0t t0 0t tt t1 1t tWWCMOSCMOS门电路：门电路：TDDWUVRCtln 目前使用的集成单稳态触发器目前使用的集成单稳态触发器有有不可重复触发型不可重复触发型和和可重复触发可重复触发型型两种。不可重复触发的单稳态两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加入触发脉冲不会影响电路的再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，工作过程，必须在暂稳态结束后，才接受下一个触发脉冲而转入暂才接受下一个触发脉冲而转入暂稳态。可重复触发的单稳态触发稳态。可重复触

10、发的单稳态触发器进入暂稳态后，如果再次加入器进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个使输出脉冲再继续维持一个t tWW宽宽度。度。不可重复触发型不可重复触发型可重复触发型可重复触发型三三 、 集成单稳组件介绍集成单稳组件介绍74LS12174LS121管脚图管脚图QQV VSSSSQQB BC CextextR RintintNCNCR Rextext / C/ CextextA A1 1A A2 2NCNCV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101014141313121211 11NCNCNC

11、NC1 1、不可重复触发的集成单稳态触发器：、不可重复触发的集成单稳态触发器： 74LS121 74LS121是一种是一种不可重复触发的集不可重复触发的集成化单稳态触发器。成化单稳态触发器。包括触发信号控制包括触发信号控制电路、微分型单稳电路、微分型单稳态触发器及输出缓态触发器及输出缓冲电路。单稳输出冲电路。单稳输出脉冲的宽度，主要脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻由外接的定时电阻( ( R R ) )和定时电容和定时电容( ( C C ) )决定。决定。74LS12174LS121功能表功能表A A1 1 A A2 2B BQQQQ说说 明明0 01 11 1x x0 00 00 00 01

12、11 11 11 1x xx xx 0 x 00 x0 x1 11 1稳态稳态触发触发1 11 11 11 1 1 1 0 x0 xx 0 x 074LS12174LS121的使用的使用方法方法: :1 1） 采用内部定时电阻（采用内部定时电阻（2K 2K ）：）： 9 9脚接到脚接到1414脚。脚。t tWW = = 0.7 0.7 R R C C单位单位 ： R RT T: k: k 、C CT T: Pf: Pf、t tWW: nS: nS 定时电容接在定时电容接在1010、11 11脚之间，脚之间，2 2） 采用外部定时电阻采用外部定时电阻（1.440K 1.440K ）：）：9 9脚

13、悬空，脚悬空，电阻接到电阻接到11 11、1414脚之间。脚之间。QQV VSSSSQQB BC CextextR RintintNCNCR Rextext / / C CextextA A1 1A A2 2NCNCV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101014141313121211 11NCNCNCNC定时电阻有两种选择：定时电阻有两种选择： 外接电阻外接电阻（下降沿触发）（下降沿触发） 内部电阻内部电阻（上升沿触发）（上升沿触发）2 2、可重复触发的集成单稳态触发器：、可重复触发的集成单稳态触发器：1C1CextextV VSSSS1Q1Q1Q1Q1TR

14、1TR- -2 2TRTR+ +2 2TRTR- -2Q2Q2Q2Q2 2R RD D1 1R RD D1TR1TR+ +1R1Rextext/1C/1CextextV VDDDD1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101616151514141313121211 112C2Cextext2R2Rextext/2C/2Cexext tMC14528MC14528管脚图管脚图MC14528MC14528是一种可重是一种可重复触发的集成单稳态复触发的集成单稳态触发器。包括三态门、触发器。包括三态门、积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器控制电路及输出缓冲控制电路及输出缓冲电路。

15、电路。MC14528MC14528功能表功能表R RD DTRTR+ +QQQQ说说 明明0 00 01 1x x0 00 00 01 11 11 11 1x x1 1稳态稳态触发触发TRTR- -x xx x1 1x xx x0 0清零清零与前一种单稳态触发器的区别：与前一种单稳态触发器的区别： 当电路处在暂稳态，再来触发信号，暂当电路处在暂稳态，再来触发信号，暂稳态的时间将增加稳态的时间将增加t tww，即可重复触发。，即可重复触发。1 1、定时、定时只有在脉冲宽度只有在脉冲宽度 t tpopo内内的信号才能通过。的信号才能通过。四、四、 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用2 2、延时与

16、整形、延时与整形 可将脉冲宽可将脉冲宽度不等的矩形脉度不等的矩形脉冲整形成脉冲宽冲整形成脉冲宽度相等的矩形波。度相等的矩形波。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。3 3、消除噪声、消除噪声本节小结本节小结单稳态触发器具有单稳态触发器具有一个稳态一个稳态和和一个暂稳态一个暂稳态。在单稳态触发器中在单稳态触发器中, ,由稳态到暂稳态需要输入触发由稳态到暂

17、稳态需要输入触发脉冲脉冲, ,暂稳态的持续时间即暂稳态的持续时间即脉冲宽度脉冲宽度是由电路的阻是由电路的阻容元件容元件RCRC决定的决定的, ,与输入信号无关。与输入信号无关。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由由555555定时器构成。定时器构成。单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。信号，用途很广。9.4 多谐振荡器 矩形波发生器又称矩形波发生器又称多谐振荡器多谐振荡器。它可以。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。由分立元件构成，也可以由集成电路构成。一、一、 门电路组成的多谐振荡器：门电路

18、组成的多谐振荡器：利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器的环形振荡器: :1 11 11 1u uo3o3u uo2o2u uo1o11 11 11 13 32 21 1u uo3o3u uo2o2u uo1o1 设设 u uo o3 3 的初始状态为的初始状态为0 0: :0 01 10 01 10 01 1 用波形图来表示用波形图来表示, ,则为则为: :0 0t tu uo3o3优点优点: : 电路结构简单电路结构简单, ,所用元件少。所用元件少。缺点缺点: : 频率太高

19、频率太高, ,并且不可调整。并且不可调整。1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21 11 11 1u uo3o3u uo2o2u uo1o1 在原电路的基础上添加在原电路的基础上添加RCRC延时电路延时电路, ,便便可以克服上图的不足可以克服上图的不足: :0 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T假设：开始时假设：开始时u uo o=0=0u uA A按指数规律下降按指数规律下降u uA AU UT T时，时，u uo o不反转。不反转。1 11 11 1R R

20、R RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o20 01 10 00 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T当当u uA A=U UT T时，时，u uo o反转，反转，u uo1o1、u uo2o2也一起反转。也一起反转。1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21010 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT T 由于电容电压不能由于电容电压不能 突变突变, ,当当u u

21、o o1 1 发生下跳发生下跳时时, ,u uA A有一突变。有一突变。U U1 11 11 1R RR RS S100100C CA Au uo1o1u uo ou uo2o21100 0t tu uo o0 0t tu uo2o20 0t tu uo1o10 0t tu uA AU UT TU Ut t1 1 后，后，u uo2o2u uo1o1，电容反向充电电容反向充电, ,u uA A上升。上升。只要只要u uA A2/3VCC1/3VCC0导通导通12/3VCC1/3VCC1截止截止11/3VCC保持保持保持保持/RVTHVTRVOTD0XX0导通导通12/3VCC1/3VCC0导通

22、导通12/3VCC1/3VCC1截止截止11/3VCC保持保持保持保持V Vi i2/3V2/3VCCCC输出为输出为0 01/3V1/3VCCCCVVi i2/3V2/3VCCCC保持保持VIVO2/3VCC1/3VCCVT+ VT 00tt上升转换电平VT+ = 2/3VCC下降转换电平VT = 1/3VCC回差电压VT = VT+ - VT- = 1/3VCC 如果参考电压由外加电压如果参考电压由外加电压V VCOCO给出给出：V VT T+ = V+ = VCOCOV VT T = 1/2V= 1/2VCOCO改变改变V VCOCO就可以改变就可以改变V VT T VT = VT+ -

23、 - VT- = 1/2VCOV Vi i1/3V1/3VCCCC输出为输出为1 18 462153VccIvOv交流接地&1_1C_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOVOVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3GVT+ =VCOVT- =1/2VCO回差电压回差电压:COTTTVVVV21三、三、 555555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器七六搭一，上七六搭一，上R下下C 5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&QQVCOOVCCV3/2IV0tCV0tOV

24、0tCCV3/1 工作原理工作原理静止期静止期VI = VTR = 1假设电容C上的电压已充至稳态，即VC=VTH=1T TD D导通导通，VCTD地放电，VC0工作期工作期（外触发脉冲到来）VTH=VC=0T TD D截止截止，VCCRC充电。V VC C充电三要素：充电三要素：VC(0+)=0VC()=VCC= RC由于C1、C2两个比较器的存在VC不可能充至VCC。当：1/3VCC VC2/3VCC时，一小一小一大是保持一大是保持。VO仍保持高电平。当：VC2/3VCC时，VI早已跳为高电平。都大为都大为0,0,T TD D导通导通，电容放电，工作期结束。RCCCVv vI I下降沿到达

25、下降沿到达, ,v vOO输出高电平，输出高电平，T TD D截止，截止，V VCCCC经经R R向向C C充电，充电，当当v vC C=2/3V=2/3VCCCC时，触发器翻转，时，触发器翻转，v vOO输出低电平，输出低电平，T TD D导通，电导通，电容容C C经经T TD D迅速放电。迅速放电。v vI I下一个下降沿到达下一个下降沿到达, ,重复上述过程。重复上述过程。0 00 01 11 10 00 00 01 10 0电源接通瞬间：电源接通瞬间：0viv0vc0111电路维持原态电路维持原态输出若为输出若为0，则，则TD导通，电导通，电容上电压保持为容上电压保持为0输出若为输出若为1，则，则TD截止，电截止，电源开始对电容充电源开始对电容充电电源接通瞬间：电源接通瞬间：viv0vc1电路维持原态电路维持原态输出若为输出若为0，则，则TD导通，导通，电容上电压