工学脉冲电路

新编21世纪高等职业教育信息类规划教材《数字电路》电子教案主编徐新艳第7章脉冲电路学习目标1．熟悉各种RC波形变换电路的组成，掌握它们的功能。2．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。3．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的持续时间。4．了解施密特触发器的电路特点和工作原理。5．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。6．熟悉555集成电路各引脚的功能，能用555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。第7章脉冲电路7.1RC电路

7.1.1微分电路

7.1.2积分电路

7.1.3脉冲分压器7.2施密特触发器

7.2.1工作原理7.3单稳态触发器

7.3.1集成门单稳态触发器

7.3.2集成单稳态触发器7.4多谐振荡器

7.4.1基本多谐振荡器

7.4.2简易多谐振荡器

7.4.3晶体振荡器7.5555定时器

7.5.1定时器电路构成及功能

7.5.2用定时器构成脉冲电路7.1RC电路7.1.1微分电路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：

＝RC＜＜tw；

＝RC＜＜tgtUIHui（b）OtwtgtUIHuoOt1t3－UIHt2（a）uo＋－RC＋－uC＋－ui2.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＞＞twtUIHui（b）OtwtUIHuoOt1t2（a）uo＋－CR＋－ui7.1RC电路3.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的最佳值为实际应用时，Cj取值还应通过实验进一步调整。uo＋－CoR1＋－uiR2UIH0V0VUIHR2R1＋R2Cj（a）Cj较小，欠补偿0VUIHR2R1＋R2Cj较大，过补偿0VUIHR2R1＋R2Cj合适，正补偿（b）7.1RC电路7.2施密特触发器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7.2.1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。7.2施密特触发器7.2.1工作原理结论：（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压的取值。（2）UT

≠UT

。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UT

UT

＝

U，

U称为回差电压。7.2施密特触发器7.2.2施密特触发器的应用1．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7.2.2施密特触发器的应用2．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－uiuoUOHUOL7.2施密特触发器7.2.2施密特触发器的应用3．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上升触发电平调整到UT

＝UREF，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。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7.3.1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。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R＜RON。7.3单稳态触发器7.3.1集成门单稳态触发器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充电C放电twuo2OUOHUOLtt1t2Umtw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：tw≈RC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R＜RON。7.3单稳态触发器7.3.1集成门单稳态触发器暂稳态持续时间，C充电回路。7.3单稳态触发器7.3.1集成门单稳态触发器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充电C放电twuo2OUOHUOLtt1t2Umtr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7.3.1集成门单稳态触发器恢复期C的放电回路。7.3单稳态触发器7.3.1集成门单稳态触发器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充电C放电twuo2OUOHUOLtt1t2Um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。所以触发信号最小周期，即分辨时间Tmin应满足Tmin≥tw＋tr7.3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有一次触发和可重触发两种类型。7.3单稳态触发器7.3.2集成单稳态触发器1.一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。7.3单稳态触发器7.3.2集成单稳态触发器1.一次触发单稳态触发器

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0→1；B＝1，由1→0。输出脉宽tw由下式估算：tw≈0.7RextCext式中，Rext取值范围是2～100k

，Cext取值范围是10pF～10

F。输入输出DBQ0××01×1×01××00110↑1↓1↑017.3单稳态触发器7.3.2集成单稳态触发器2.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7.3.2集成单稳态触发器2.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。输入输出D12B1B2Q0××××01×11××01×××0×01××××00110×↑110×1↑1×0↑11×01↑11↓111↓↓111↓111↑0×11↑×0117.3单稳态触发器7.3.2集成单稳态触发器2.可重触发单稳态触发器74LS122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B1＝1、B2＝0，当B2由0→1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1→0，或1和2同时由1→0时，形成触发。7.3单稳态触发器7.3.2集成单稳态触发器2.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，Rint＝10k

。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5～260k

。Cext为外接电容，Cext取值范围不限制，但建议Cext≥1000pF。在Cext≥1000pF时，输出脉宽为tw≈0.45RextCext7.3单稳态触发器7.3.3单稳态触发器的应用1．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。7.3单稳态触发器7.3.3单稳态触发器的应用2．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。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7.4.1基本多谐振荡器用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T＝tw1＋tw2≈R2C1＋R1C2uo1uo2tOUOHUOLtOUTHui2C1充电C1放电tOUTHC2充电C2放电ui1OUOHUOLttw1Ttw27.4多谐振荡器7.4.1基本多谐振荡器两个暂稳态期间，电容的充、放电回路。7.4多谐振荡器7.4.2简易多谐振荡器振荡周期T＝tw1＋tw2≈2.3RCuBuotO3.5VtO4.5V－1.8VuAOttw1Ttw2－1.8V1.4V1.4V0.3V3.5V1.4V0.3V3.5V0.3V（b）7.4多谐振荡器7.4.3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。7.5555定时器555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。555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。7.5555定时器7.5.1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。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）V