第9章-脉冲单元电路10资料课件

（9-1）第9章脉冲单元电路9.1脉冲信号与电路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

9.2.2多谐振荡器9.3

555定时器及其应用

9.3.1555定时器的电路结构

9.3.2用555定时器构成施密特触发器

9.3.3用555定时器构成单稳态触发器

9.3.4用555定时器构成多谐振荡器（9-2）9.1脉冲信号与电路

数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。（9-3）1、脉冲信号种类a、方波b、矩形波c、尖顶脉冲d、锯齿波e、钟形脉冲（9-4）2、实际矩形脉冲T：脉冲周期，Vm：脉冲幅度，是高低电平最大变化范围。Tw：脉冲宽度，上升沿0.5Vm到下降沿0.5Vm所需的时间。tr：上升时间，上升沿0.1Vm到0.9Vm所需的时间。tf：下降时间，下降沿0.1Vm到0.9Vm所需的时间。q：占空比，（9-5）9.2集成门构成的脉冲单元电路9.2.1施密特触发器(在模电中也叫滞回比较器)UT-UT+1uouiu0uiVOHVOL普通门电路施密特触发器uouiuouiVOHVOL施密特触发器的二个特点：1、有二个阈值电压UT+与UT-

输入电压在UT+与UT-之间时，输出有二种可能（有存贮功能，故称为触发器）2、特性的边沿很陡（电路内部有正反馈）（9-6）施密特触发器的符号uouiuouiuouiuouiUT-UT+uouiVOHVOL同相反相UT-UT+uouiVOHVOL施密特触发器的三要素△VT1、极性(同相还是反相）2、二个阈值电压UT+与UT-

回差电压△VT=UT+-UT-3、二个输出电平VOH与VOL（9-7）1、用两级CMOS反相器构成的施密特触发器CMOS门:阈值电压VTH=VDD/2高电平VOH=VDD低电平VOL=0V求出三要素1、极性(同相还是反相）2、二个阈值电压UT+与UT-3、二个输出电平VOH与VOL（9-8）1）vi=0V时vo=0V2）vi=VDD时vo=VDDUT-UT+uouiVOHVOL

vo

同相，反相0010（1）极性(同相还是反相）uouiR1<R2（9-9）

1）求UT+

（2）求二个阈值电压0010

(b)然后让vi上升，求出使vo变高时的vi

即为UT+

CMOS输入电流为0

输入端开路

CMOS输出电压或为0，或为VDD

VT+

VTH0->1令(a)先设vi=0V,画出等效电路

UT-UT+uouiVOHVOL（9-10）VDD

2）求UT-

UT-UT+uouiVOHVOL2、求二个阈值电压1101

(b)然后让vi下降，求出使vo变低时的vi

即为UT-

CMOS输入电流为0

输入端开路

CMOS输出电压或为0，或为VDD

VT-

VTH1->0令(a)先设vi=VDD,画出等效电路

VTH=VDD

/2（9-11）2、用TTL门构成的施密特触发器UT-UT+uouiVOHVOL令

1）求UT+

TTL门:阈值电压VTH（不等于VDD/2）高电平VOH=3.6V低电平VOL=0.3V（9-12）UT-UT+uouiVOHVOL

2）求UT-

VOH断开（9-13）3集成施密特触发器

7413ABCD

A、B、C、D中三个为1时的特性uouiUT-UT+实验9(CD4093)

CMOS施密特六反相器CC40106（9-14）4集成施密特触发器的应用

波形变换uiuT+uT-tuotuouiUT-UT+uoui（9-15）脉冲整形脉冲鉴幅UT-UT+uouiVOHVOLuoui（9-16）9.2.2单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。电路工作特点:输出端有一个稳定状态和一个暂稳态；输入加入触发信号后,电路进入暂稳态；经过一定时间以后,它又会自动返回到稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?（9-17）输出脉宽tW精确（通常由外接元件确定）u0

tW单稳态触发器的功能：ui

输入脉宽可能不精确单稳态触发器ui

u0

由一个脉宽不精确的脉冲产生一个脉宽精确的脉冲（9-18）RC电路①开关转换的一瞬间，电容器上电压不能突变，UC(0+)=UC(0-)。②暂态过程结束后,充放电基本结束时(经过很长时间充放电后)

，流过电容器的电流iC(∞)为0，即电容器相当于开路。③电路的时间常数τ=RC,τ决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为（9-19）

如果U(tM)=UT，它是U(0+)和U(∞）之间的某一转换值，那么从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM(见图)可用下式计算：（9-20）RC电路tuRUtuRU-URK+_CUuR12RK+_CUuR12τ=RC（9-21）脉冲激励下的RC电路CRtTURK+_CUuR12tU-UT设T>5，=RCuCU-UtTuRCR1、集成门构成的单稳态触发器（1）微分型单稳态触发器输入端微分电路微分型定时电路0.3v1V不足以让T2、T5导通三个PN结导通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1任一输入为低电平（0.3V）时“与非门”的传输特性2.输入全为高电平（3.4V）时“1”全导通电位被嵌在2.1V全反偏1V截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V0.3VR增大RuiuiUT时，输入变高，输出变低电平。R临界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC111微分型单稳态触发器01↓↑0Ri>3.1kR<0.9k1）t=0～t1稳态vO1=0.3VvO2=3.6Vt=t1时，进入暂稳态1微分型单稳态触发器100101微分型单稳态触发器011↓11.4V-1.9V1微分型单稳态触发器0111↑0-1.9V（9-30）（2）积分型单稳态触发器uo1uo2RC&&uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt11）电路组成

（1）稳定状态在ui正脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。电容上充有电荷，上正、下负2）工作原理

（9-31）（2）积分型单稳态触发器uo1uo2RC&&uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当ui

发生正跳变后,uo1

跟着负跳变;但uA不能突变，uo2

立即下跳。1）电路组成

（2）触发翻转—第一次翻转

2）工作原理（3）暂稳态阶段

C通过R及门1的输出电阻放电。

（9-32）（2）积分型单稳态触发器uo1uo2RC&&uiA1）电路组成（4）自动返回——第二次翻转当uA下降到稍小于1.4v时→门2截止→uo2为高电平2）工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT之后uA继续下降。ui正脉冲过后，uo1随后恢复高电平。（9-33）uo1uo2RC&&uiA1、电路组成（5）恢复阶段当ui回到低电平后，门1输出高电平，电容又充电，直到恢复到初始状态。2、工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT（2）积分型单稳态触发器（9-34）（2）积分型单稳态触发器uo1uo2RC&&uiA1）电路组成3）对ui的要求2）工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT

在ui合理的配合下，单稳态触发器输出脉冲（uo2）的宽度W，取决于电容的放电速度。即R、C参数的大小。W要求ui的脉冲宽度（为高电平时）应大于uO2的宽度。（9-35）uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3t2若的C放电速度太慢，在t1

~t3

期间,uA>UT

,则uo2

低电平宽度不再受RC的控制。（2）积分型单稳态触发器uo1uo2RC&&uiA1）电路组成3）对ui的要求2）工作原理（9-36）施密特触发器（CMOS）构成的单稳态触发器（9-37）2集成单稳态触发器TTL:74121输出下沿触发输入上沿触发输入外接电容CextVCCRext外接电阻Rint=2K若使用内部定时电阻Rint，则需要将接点Rint接电源。（9-38）CextVCCRextTTL:74121TR-A

TR-B至少一个是零00上沿触发输入tW=0.69RextCext

tW

所外接元件确定，与输入脉宽无关一、上沿触发输出脉宽tW精确uo

tWuBT+

输入脉宽可能不精确（9-39）tW=0.69RextCext

二、下沿触发uo

tWuA1

11下沿触发输入CextVCCRext三、功能表（9-40）tW=0.69RextCext

tW=0.69RintCext

用外接Rext用内接Rint=2K四、输出脉宽tW（9-41）9.2.3多谐振荡器不外加信号，自动产生连续矩形脉冲波概述1、多谐振荡器是一种能够产生矩形波的电路。2、特点：电路无稳态，但有两个暂稳态，这两个暂稳态每隔一定时间就自动地，周期性地交替转换，从而形成周期性矩形脉冲，每一暂稳态的持续时间，由电路本身的参数决定。（9-42）1.电容正反馈多谐振荡器脉冲波形画法：

1)门输出是矩形波（先画）

2)门输入可能不是矩形波（后画）uaubud（9-43）2.带有RC定时的环形振荡器

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的环形振荡器:111uo3uo2uo1

一、简单电路（9-44）111321uo3uo2uo1

设uo3

的初始状态为0:010101

用波形图来表示,则为:0tuo3优点:

电路结构简单,所用元件少。缺点:频率太高,并且不可调整。振荡周期为2ntpd

n：为门个数（9-45）123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1

在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:

下面将结合它的工作波形说明其工作原理:

二、用RC延时电路RS>>R（9-46）0tuo0tuo20tuo10tuAUT假设：开始时uo=0电容上的电流，uA下降uA>UT时，uo不反转。123RRS100CAuo1uouo2010（9-47）0tuo0tuo20tuo10tuAUT当uA=UT时，uo反转，uo1、uo2也一起反转。123RRS100CAuo1uouo2（9-48）0tuo0tuo20tuo10tuAUT

由于电容电压不能突变,当uo1

发生下跳时,uA有一突变。U123RRS100CAuo1uouo2（9-49）0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，电容反向充电,uA上升。只要uA<UT，uo就不反转。t1123RRS100CAuo1uouo2（9-50）0tuo0tuo20tuo10tuAUTU当uA=UT

时(t2)，uo、uo1、uo2再次反转。t2123RRS100CAuo1uouo2（9-51）0tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA开始下降电流方向123RRS100CAuo1uouo2（9-52）T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU

输出信号的周期近似为:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo2脉冲波形画法：

1)门输出是矩形波（先画）

2)门输入可能不是矩形波（后画）（9-53）4施密特触发器构成多谐振荡器（重点）1电路

CRuo2原理（画波形）3计算（周期）uctVT+VT-uotVDDtW1tW2脉冲波形画法：

1)门输出是矩形波（先画）

2)门输入（后画）（9-54）9.3555定时器及应用（重点）

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面得到了非常广泛的应用。9.3.1555定时器的电路结构

施密特触发器

单稳态触发器多谐振荡器

三合一双极型555CMOS75551.分压器：由三个等值电阻构成2.比较器：由电压比较器C1和C2构成3.R-S触发器4.放电开关管T（9-55）VAVB输出端

电压控制端VCO

高电平触发端VI1低电平触发端VI2放电端VO’复位端UCC分压器比较器R-S触发器放电管地++C1++C2QQRDSD5k5k5kT24567831（9-56）

555定时器:书上面的图，和上图等效三个相等电阻组成的分压器两个电压比较器RS触发器反相器和晶体管TDRbSbQbQ（9-57）12345678555VCCv’ovi1vCOGNDvi2voRb（9-58）<2/3UCC<1/3UCC10>2/3UCC>1/3UCC01<2/3UCC>1/3UCC11>2/3UCC<1/3UCC00RDSDV6V2比较结果1/3UCC不允许2/3UCC比较器：U+>U-则输出高电平

U+<U-则输出低电平QT10保持导通截止保持三极管TD是集电极开路输出三极管，为外接电容提供充、放电回路----泄放三极管（9-59）9.3.2应用之一施密特触发器（Vi1与Vi2相连）0.01uF是滤波电容，稳定参考电压（VREF1，VREF2）vi1vi22VCC

/3VCC

/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC

/3VCC/3小于小于小于大于保持Rbuo0111001（9-60）ucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(复位端)uO65272.由555定时器组成的单稳态触发器(地)接通电源>2/3UCC01101Q=0导通1稳定状态>1/3UCC0（9-61）2.由555定时器组成的单稳态触发器(地)1101Q=1截止暂稳状态0001<1/3UCCucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(复位端)uO6527（9-62）ucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(复位端)uO65272.由555定时器组成的单稳态触发器(地)>2/3UCC1010Q=1010110稳定状态Q=0001（9-63）(>1/3UCC)Q=0Q=1T导通，C通过T放电,uC

0接通电源RD=0SD=1保持“0”态RD=1SD=1+UCC48562713..uCCuiuOR0.01F上升到2/3UCCuituCtuOt（9-64）uituCtuOt暂稳态tw2/3UCCQ=1Q=0T截止C充电RD=0SD=1Q=0Q=1RD=1SD=0+UCC48562713..uCCuiuOR0.01