產(chǎn)生矩形脈沖課件

6脈沖的產(chǎn)生與整形電路6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用6.1脈沖的基本知識(shí)6.4施密特觸發(fā)器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.2多諧振蕩器6脈沖的產(chǎn)生與整形電路6.5555定時(shí)器及其6.1脈沖的基本知識(shí)

數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，常常需要時(shí)鐘脈沖信號(hào)。獲得時(shí)鐘脈沖的方法有：1.利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生；2.通過整形電路變換而成。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。整形電路可以使脈沖的邊沿變陡峭，或形成規(guī)定的矩形脈沖。將既非直流又非正弦交流的電信號(hào)統(tǒng)稱為脈沖信號(hào)。6.1脈沖的基本知識(shí)數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf表述矩形脈沖性能指標(biāo)的主要參數(shù)：周期T——周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。頻率f=1/T，

代表單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。脈沖幅度Um——脈沖電壓最大變化的幅值。Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf表述矩形脈沖下降時(shí)間tf——脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間。Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf脈沖寬度Tw——從脈沖前沿0.5Um始，到脈沖后沿0.5Um止的一段時(shí)間。上升時(shí)間tr——脈沖從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間。占空比q——脈沖寬度與脈沖周期之比。即

下降時(shí)間tf——脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間6.2多諧振蕩器由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地不斷來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖。6.2多諧振蕩器由于輸出的矩形波中含6.2.1集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uIuO1uF1.TTL集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器這些門組成一個(gè)環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時(shí)延tpd來產(chǎn)生方波振蕩的。(1)電路的組成6.2.1集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uIuO1uF1.11uIuO1uF(2)工作原理a.先假設(shè)在虛線所示處斷開。b.在uI處輸入一方波，經(jīng)過時(shí)延tpd之后，得uO的波形。uIuOtpd環(huán)行振蕩器的工作波形uO與uI比較，除延遲tpd外，兩者反相。11uIuO1uF(2)工作原理a.先假設(shè)在虛線所示c.uO再經(jīng)過兩個(gè)非門總共2tpd時(shí)延之后，得uF波形。uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作波形若uI的周期為6tpd，則uI與uF波形同相。此時(shí),若把uF直接作為uI時(shí)，電路就可以自激。c.uO再經(jīng)過兩個(gè)非門總共2tpd時(shí)延之后，得uFuIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作波形(3)振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率取決于tpd及環(huán)路中非門的個(gè)數(shù)。圖示電路的振蕩頻率為uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作a.TTL非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。(4)電路特點(diǎn)為了降低振蕩頻率，通常在環(huán)形通路中串入RC延時(shí)環(huán)節(jié)。b.振蕩頻率無法調(diào)節(jié)。a.TTL非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。2.CMOS集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1)電路的組成(a)電路圖(b)傳輸特性曲線假定門電路的電壓傳輸特性曲線具有理想特性。輸出低電平UOL=0門電路的閾值電平UT=VDD/2輸出高電平UOH=VDD2.CMOS集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1)電路的組(2)工作原理a.若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過程

uO1uIuO2此時(shí)，電容C通過R到uO1放電，進(jìn)而通過uO2反向充電。使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。(2)工作原理a.若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反電容C通過R到uO1放電，通過uO2反向充電。電容C的放電等效電路電容C通過R到uO1放電，通過uO2反向充電。電容C的放電等b.隨著電容C的放電，uI不斷下降，當(dāng)達(dá)到uI=UT(VDD/2)時(shí)，電路又經(jīng)歷另一個(gè)正反饋過程uO1uIuO2從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。b.隨著電容C的放電，uI不斷下降，當(dāng)達(dá)到uI=UT(同時(shí)，電容C通過uO1、R、C和uO2充電。電容C的充電等效電路同時(shí)，電容C通過uO1、R、C和uO2充電。電容C的充電等c.隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)達(dá)到uI≥UT時(shí),電路又迅速躍變到第一暫穩(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波輸出。c.隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)達(dá)到uI≥UT時(shí)(2)工作波形(2)工作波形(3)電路的振蕩周期根據(jù)一階RC電路的三要素法(3)電路的振蕩周期根據(jù)一階RC電路的三要素法當(dāng)輸入電壓uI由VDD下降到UT時(shí)，有

忽略門電路的輸出電阻及UD（UD較?。?/p>

。當(dāng)t=T1時(shí)，當(dāng)輸入電壓uI由VDD下降到UT時(shí)，有忽略門電路的輸出電故：輸入電壓uI由0上升到UT的時(shí)間T2，由故：輸入電壓uI由0上升到UT的時(shí)間T2，由得得電路的振蕩周期為

=2RCln2≈1.4RC電路的振蕩周期為=2RCln2在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要因素是電路的定時(shí)元件RC以及門電路的閾值電壓UT。而它們都容易受溫度的影響，所以RC振蕩器的頻率穩(wěn)定性只有約10-3或更差。6.2.2石英晶體多諧振蕩器門電路的組成的多諧振蕩電路的特點(diǎn)：因此，在對(duì)頻率穩(wěn)定性要求比較高的場(chǎng)合，普遍采用石英晶體振蕩器。在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要1.石英晶體的基本特性高質(zhì)量石英晶體振蕩器(其晶片置于恒溫盒內(nèi))，頻率穩(wěn)定性可達(dá)10-11。(1)石英晶體的電路符號(hào)是將切成薄片的石英晶體置于兩平板之間構(gòu)成的。(2)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性能達(dá)到10-5~10-8。1.石英晶體的基本特性高質(zhì)量石英晶體振石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時(shí)準(zhǔn)確，在通常的氣溫條件下，可以保證每天不差半秒的誤差。目前較好的家用電子鐘表幾乎都采用具有石英晶體諧振器的方波發(fā)生器。通常選用固有頻率為32768Hz的石英諧振器，因?yàn)?2768=215，將此振蕩頻率經(jīng)過15次二分頻，即可得1Hz的時(shí)鐘脈沖，作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時(shí)準(zhǔn)確，在通2.CMOS石英晶體多諧振蕩器石英諧振器QR及C1、C2為外接分立元件。1G1C2RuOC1圖中虛線以上部分制作在集成電路內(nèi)；晶體諧振器工作頻率位于其串聯(lián)諧振頻率fs和并聯(lián)諧振頻率fp之間。電路就形成一個(gè)由反相器組成的電容三點(diǎn)式振蕩器。振蕩器輸出的波形并不理想，還需進(jìn)行整形，才能得到矩形脈沖輸出。QR2.CMOS石英晶體多諧振蕩器石英諧振器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時(shí)和定時(shí)電路中。1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過時(shí)間tw后又自動(dòng)翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)一個(gè)寬度為tw的矩形脈沖。暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整6.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按定時(shí)元件R和C的不同聯(lián)接，這類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。&G1G2RuIuO1uO2uI2&C1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，uI為高電平，uO1為低電平。為了使uO2可靠為高電平，應(yīng)選R<Roff，一般取R<0.5kΩ。6.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按定時(shí)2.工作原理(1)uI為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uO1=0，uO2=1&G1G2RuIuO1uO2uI2&C由于電容兩端電壓不會(huì)突變，因此uI2亦由低變高，使uO2由高變低，從而引起如下反饋過程：

使電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)：uO1=1。(2)uI的負(fù)跳沿到來時(shí)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。uO1由低變高uO1uIuI2uO22.工作原理(1)uI為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uO1(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO門1的輸出高電平UOH經(jīng)電容C和電阻R到地的方向給電容充電，使門2的輸入電壓uI2以時(shí)間常數(shù)1=(R+Ro)C(Ro為門1的輸出電阻)按指數(shù)曲線下降。(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4VtuI2OUOHUTtW&G1當(dāng)uI2下降到門坎電平(UT=1.4V)時(shí)，產(chǎn)生如下正反饋過程：&G1G2RuIuO1uO2uI2&CuI2uO2uI=1uO1

使電路結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)：uO1=0，uO2=1。當(dāng)uI2下降到門坎電平(UT=1.4V)uI2以時(shí)間常數(shù)2=(R1∥R)C按指數(shù)曲線上升，電路經(jīng)歷一個(gè)恢復(fù)階段回到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始狀態(tài)。(4)恢復(fù)階段+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間結(jié)束后，電容C放電。恢復(fù)階段C的放電回路uI2以時(shí)間常數(shù)2=(R1∥R)C按&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUOL1.4vtWuI2τ1τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖2.工作波形&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUO(1)輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)tw&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUOL1.4vtWuI2τ1τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖uI2從UOHR/(R+Ro)下降到UT的時(shí)間(1)輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)tw&G1G2RuI1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO根據(jù)一階RC電路的三要素法得實(shí)際常用經(jīng)驗(yàn)公式tw

0.8RC(R<Roff)1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CR+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0(2)恢復(fù)時(shí)間tre

tre

(3~5)(R1//R)Ctd=tw+tre(3)電路的分辨時(shí)間+5VT3R1RT1uI2CG1G2uO1≈0(2輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若uI脈沖寬度twI>tw則應(yīng)通過微分電路RPCP再輸入到與非門1。為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)uO1=0，要求:RP·CP≤twIRP≥Ron門3改善輸出波形，起反相和整形的作用。MOS門輸入阻抗高，外接電阻R和RP的大小不會(huì)影響其穩(wěn)態(tài)，它們不再受ROFF和RON的限制。輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若uI脈沖寬度【例】由CMOS集成門電路的組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所示，已知R=50kW，C=0.01mF，電源電壓VDD=10V，，試求在觸發(fā)信號(hào)作用下輸出脈沖的寬度和幅度。【解】由CMOS集成門的特性可知，輸出高電平輸出低電平，

UOH=VDDUOL=0閾值電平UT=VDD/2

【例】由CMOS集成門電路的組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所若忽略門電路的輸出電阻，由圖可知：根據(jù)一階電路的三要素法，得輸出脈沖寬度輸出脈沖幅度若忽略門電路的輸出電阻，由圖可知：根據(jù)一階電路的三要素法，6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器這些器件只要外接很少的電阻和電容，就可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使用起來非常方便。TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器這些器件只要外1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121）(1)74121的電路結(jié)構(gòu)1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121）(1)74(2)74121的電路符號(hào)0×1×01××011×1↓1↓11↓↓10×↑×0↑輸出輸入0000(3)74121的的功能表(2)74121的電路符號(hào)0×(1)穩(wěn)態(tài)Q=0。(2)當(dāng)需要上升沿觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)脈沖從B端輸入，同時(shí)、當(dāng)中至少應(yīng)有一個(gè)為0狀態(tài)；(3)當(dāng)需要下降沿觸發(fā)時(shí)，則觸發(fā)脈沖應(yīng)該從或輸入(另一個(gè)接1狀態(tài))，同時(shí)保持B端狀態(tài)為1。由表可見：0×1×01××011×1↓1↓11↓↓10×↑×0↑輸出輸入0000(1)穩(wěn)態(tài)Q=0。(2)當(dāng)需要上升沿觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)ttWOtWtWtOtOtO(4)74121的工作波形ttWOtWtWtOtOtO(4)74121的工作波形(5)輸出脈沖寬度tw

tw≈RextCextln2=0.7RextCext

可用內(nèi)部電阻Rint(2kΩ)代替Rext。(5)輸出脈沖寬度twtw≈RextCextln2.CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（4538）BCRACXCX/RX(1)4538的符號(hào)圖(2)4538的功能表↑11↑011↓10↓1××0輸出輸入000為清零輸入端。A為上升沿觸發(fā)輸入端為下降沿觸發(fā)輸入端2.CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（4538）BCRACXCX/由表可見：BCRACXCX/RXa.當(dāng)選擇上升沿觸發(fā)時(shí)，應(yīng)將輸入脈沖加入A輸入端，同時(shí)輸入端接高電平；b.若選擇下降沿觸發(fā)時(shí)，可將輸入脈沖引入輸入端，A輸入端接低電平;c.其它情況時(shí)，Q狀態(tài)不變。↑11↑011↓10↓1××0輸出輸入000由表可見：BCRACXCX/RXa.當(dāng)選擇上升沿觸tw=RextCextBCRACXCX/RX(3)4538輸出脈沖寬度Rext和Cext可在較大范圍內(nèi)選擇；tw的范圍可達(dá)10μs~∞。3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的類型集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為單觸發(fā)和重觸發(fā)觸發(fā)器。單觸發(fā)的觸發(fā)器有74121、74221、74LS221等重觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74123、74LS123、4528、4538等。tw=RextCextBCRACXCX/RX(3)45單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，直到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才能接收觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。(1)單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)b.單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖uIuOtWtW單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后(2)重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次輸入觸發(fā)脈沖，電路將被重新觸發(fā)，電路的輸出脈沖再持續(xù)一個(gè)tW脈寬。b.重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖uIuOtWtWt1(2)重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例整形電路可以把這些脈沖信號(hào)變換成具有一定幅度和寬度的矩形波形。1.脈沖的整形

在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，由于脈沖的來源不同，波形也相差較大。例如，從光電檢測(cè)設(shè)備送來的脈沖波形一般不太規(guī)則；脈沖信號(hào)在線路中遠(yuǎn)距離傳送，常會(huì)導(dǎo)致波形變化或疊加上干擾；6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例整形電路可(a)電路(b)波形圖脈沖整形電路(a)電路(b)波形圖脈塑料成型順序加工控制系統(tǒng)可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。2.脈沖的定時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這一脈沖去控制某個(gè)系統(tǒng)，就能使其在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作（或不動(dòng)作），起到定時(shí)控制的作用。定時(shí)控制的典型例子——塑料成型控制系統(tǒng)。塑料成型一般經(jīng)歷預(yù)熱、加壓、保溫、冷卻四道工序。塑料成型順序加工控制系統(tǒng)可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。2.脈T1T2T3T4u1u2u3u4定時(shí)控制工作波形T1T2T3T4u1u2u3u4定時(shí)控制工作波形在數(shù)字控制和測(cè)量系統(tǒng)中，有時(shí)為了完成時(shí)序配合，需將脈沖信號(hào)延遲t1時(shí)間后輸出。3.脈沖的延遲這一過程可用雙單穩(wěn)集成電路外接R、C元件實(shí)現(xiàn)。脈沖信號(hào)的延遲t1tWuIuO在數(shù)字控制和測(cè)量系統(tǒng)中，有時(shí)為了完成時(shí)序配合，需將脈【例2】由雙集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538構(gòu)成的電路如圖所示，要求(1)說明電路在S2斷開和閉合時(shí)的工作原理；(2)求出S1斷開S2閉合時(shí)電路的主要指標(biāo)，并畫出電路的輸出波形。【解】(1)S2斷開時(shí)，電路是兩個(gè)串接的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。①S1斷開時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)。【例2】由雙集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538構(gòu)成的電路如圖所示，要求按下S1，由于A1=0，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，Q1由0躍變?yōu)?，而Q2保持不變。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)暫態(tài)結(jié)束時(shí)，Q1由1回到0，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(II)被觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)，Q2由0躍變?yōu)?。此時(shí)段，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)保持穩(wěn)態(tài)，直到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(II)暫態(tài)結(jié)束時(shí)。按下S1，由于A1=0，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)被如此周而復(fù)始，該電路通過互觸發(fā)，維持輸出狀態(tài)不斷變化，在Q1與Q2產(chǎn)生矩形脈沖輸出。因此，該電路構(gòu)成了多諧振蕩電路。②如果在單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，使S2閉合，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)獲得有效觸發(fā)脈沖，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，Q1的負(fù)躍變又觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(II)；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(II)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，又觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(I)……。如此周而復(fù)始，該電路通過互觸發(fā)，維持輸出狀態(tài)(2)多諧振蕩電路的周期、電路脈寬及占空比①周期T（兩個(gè)單穩(wěn)暫穩(wěn)時(shí)間之和為振蕩周期）②脈沖寬度（若由Q2輸出），則③占空比(2)多諧振蕩電路的周期、電路脈寬及占空比②脈沖寬度（若④畫電路波形圖④畫電路波形圖6.4施密特觸發(fā)器

UT=UT+-UT-稱為回差電壓施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，施密特觸發(fā)器能把變化緩慢的波形變換成矩形脈沖。輸入電壓上升的翻轉(zhuǎn)電平為上限閥值電平UT+輸入電壓下降的翻轉(zhuǎn)電平為下限閥值電平UT-1.基本概念6.4施密特觸發(fā)器UT=UT+-UT-稱為回差電輸入和輸出為同相關(guān)系的稱為同相施密特觸發(fā)器輸入和輸出為反相關(guān)系的稱為反相施密特觸發(fā)器2.施密特觸發(fā)器的傳輸特性輸入和輸出為同相關(guān)系的稱為同相施密特觸發(fā)器輸入和輸出為反相6.4.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器設(shè)UT≈UDD/2，且R1<R2。11G1G2R2R1uIuO1.CMOS非門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.4.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器設(shè)UT≈UDD/2，且2.施密特觸發(fā)器的工作原理UT+UT–tuI的波形圖uI(1)當(dāng)uI=0時(shí)，有u’O

VDD，uO0。隨著uI上升，u’I也上升，且有u’I

uIR2/(R1+R2)。當(dāng)uI增加到使u’I=UT時(shí)，產(chǎn)生如下正反饋過程:u’Iu’OuO11G1G2R2R1uIuO2.施密特觸發(fā)器的工作原理UT+UT–tuI的波形圖u在極短時(shí)間內(nèi)，電路翻轉(zhuǎn)為uO

VDD。此時(shí)由u’I=UT+R2/(R1+R2)=UT可求得電路的上限閾值電壓:UT+=(1+R1/R2)UTUT+UT–tuI的波形圖uI11G1G2R2R1uIuO同理，uI=VDD時(shí)，uO

VDD。在極短時(shí)間內(nèi)，電路翻轉(zhuǎn)為uOVDD。此時(shí)由u’I=(2)當(dāng)uI從高電平下降達(dá)到使u’I=UT時(shí)，可求得電路的下限閾值電壓:UT-=(1-R1/R2)UTUT+UT–tuI的波形圖uI11G1G2R2R1uIuO(3)觸發(fā)器的回差電壓UT=UT+–UT-=2UT

R1/R2(2)當(dāng)uI從高電平下降達(dá)到使u’I=UT時(shí)，可求得電UT+UT–tuI的波形圖uI11G1G2R2R1uIuOUT=UT+–UT-=2UT

R1/R2可見，電路輸出的狀態(tài)由輸入電壓的大小決定，改變R1和R2就可調(diào)節(jié)回差電壓UT的大小。UT+UT–tuI的波形圖uI11G1G2R2R1uIuO11G1G2R2R1uIuOUT+UT–ttuO波形圖uI(4)波形圖11G1G2R2R1uIuOUT+UT–ttuO波形圖u6.4.2集成施密特觸發(fā)器TTL集成施密特觸發(fā)器有：74LS14，74132，7413等。CMOS集成施密特觸發(fā)器有：CD40106，CD4093和CD4584等。TTL集成施密特觸發(fā)器性能表型號(hào)741474LS1327413tpd/ns151516.5Pm/mW5ΔUT/V6.4.2集成施密特觸發(fā)器TTL集成施密特觸發(fā)器有：74L6.4.3施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1.脈沖整形電路在數(shù)字測(cè)量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的信號(hào)波形邊沿較差，利用施密特電路可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行整形。脈沖整形波形圖ttuIuOUT+UT–uIttuOUT+UT–6.4.3施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1.脈沖整形電路2.脈沖變換電路利用這一特點(diǎn)，施密特電路可以把變化比較緩慢的正弦波、三角波等變換成矩形脈沖信號(hào)。一種變換波形圖uIuOUDDUT+UT–UDDtt由于施密特電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度極快，輸出矩形波的前后沿總是很陡峭。2.脈沖變換電路利用這一特點(diǎn)，施密特電路可3.鑒幅電路在一串幅度不相等的脈沖信號(hào)中，如果要剔除幅度不夠大的脈沖,此時(shí)可利用施密特觸發(fā)器。uIuOUT+UT–鑒幅電路3.鑒幅電路在一串幅度不相等的脈沖信號(hào)中，4.構(gòu)成多諧振蕩器利用CMOS集成施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器1）設(shè)電容上的初始電壓uC=0V，施密特觸發(fā)器的輸出電壓為高電平，即uO=VDD

工作原理：2）uO通過電阻R給電容充電，電容電壓uC按指數(shù)規(guī)律增加，當(dāng)uC到達(dá)UT+時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使uO=0V。4.構(gòu)成多諧振蕩器利用CMOS集成施密特觸發(fā)器組成的多諧振如此周而復(fù)始，電路構(gòu)成了多諧振蕩器。uC和uO的工作波形3）當(dāng)uO=0V時(shí)，電容又通過電阻R放電。當(dāng)uC下降到UT-時(shí)，觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，uO=VDD。如此周而復(fù)始，電路構(gòu)成了多諧振蕩器。uC和uO的工作波形35.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用CMOS施密特觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理：當(dāng)輸入電壓uI=0時(shí)，輸出電壓uO=UOL=0V，這是穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)uI的正觸發(fā)脈沖加到輸入端時(shí)，由于電容上的電壓不能突變，uA也隨著上跳，只要上跳的幅值大于UT+，則輸出uO=VDD。觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，由穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入到暫穩(wěn)態(tài)。5.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用CMOS施密特觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)此后，隨著電容C充電，uA按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)uA下降至UT-時(shí)，觸發(fā)器再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，uO=UOL=0V，由暫穩(wěn)態(tài)返回至穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間：工作波形此后，隨著電容C充電，uA按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)uA下降至UT-6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動(dòng)化控制裝置中應(yīng)用很廣。555定時(shí)器可以組成定時(shí)、延時(shí)和脈沖調(diào)制等各種電路。6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用556.5.1555定時(shí)器(1)TTL集成定時(shí)器NE555的電路結(jié)構(gòu)和符號(hào)。THRDTRGNDOUTC–UVCCDIS6.5.1555定時(shí)器(1)TTL集成定時(shí)器NE55①接地端⑧正電源端④復(fù)位端⑥高觸發(fā)端②低觸發(fā)端⑦放電端③輸出端⑤電壓控制端8個(gè)引出端：THRDTRGNDOUTC–UVCCDIS①接地端⑧正電源端④復(fù)位端⑥高觸發(fā)端8電路組成：①電阻分壓器②電壓比較器（A1和A2）③基本RS觸發(fā)器④放電管T⑤輸出緩沖級(jí)THRDTRGNDOUTC–UVCCDIS電路組成：①電阻分壓器②電壓比較器（A1和A2）③基本A1的同相輸入端接參考電壓VREF1=2VCC/3A2的反相輸入端接參考電壓VREF2=VCC/3THRDTRGNDOUTC–UVCCDISA1的同相輸入端接參考電壓VREF1=2VCC/3A2的反相在高、低觸發(fā)端輸入電壓的作用下，A1和A2的輸出電壓uO1和uO2的數(shù)值不是高電平就是低電平，它們作為基本RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)。THRDTRGNDOUTC–UVCCDIS在高、低觸發(fā)端輸入電壓的作用下，A1和A2的輸基本RS觸發(fā)器的輸出Q經(jīng)過一級(jí)與非門控制放電三極管，再經(jīng)過一級(jí)反相驅(qū)動(dòng)門作為輸出信號(hào)。THRDTRGNDOUTC–UVCCDIS基本RS觸發(fā)器的輸出Q經(jīng)過一級(jí)與非門控制放電(2)555集成定時(shí)器的工作原理a.當(dāng)時(shí)輸出為低電平比較器A1輸出為0，A2為1基本RS觸發(fā)器被置0晶體管T導(dǎo)通(2)555集成定時(shí)器的工作原理a.當(dāng)輸出高電平b.當(dāng)時(shí)A1輸出為1，A2輸出為0基本RS觸發(fā)器被置1T截止輸出高電平b.當(dāng)c.當(dāng)時(shí)T和輸出狀態(tài)也維持不變A1和A2輸出均為1基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變c.當(dāng)(3)555定時(shí)器功能表THRDTRGNDOUTC–UVCC(3)555定時(shí)器功能表THRDTRGNDOUTC–6.5.2用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO1.施密特觸發(fā)器的構(gòu)成6.5.2用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器THRDTRGTHRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO2.施密特觸發(fā)器的工作原理tOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC(1)輸入、輸出波形THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO2.施THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC(2)工作過程a.uI從0開始升高，當(dāng)時(shí),uO=UoHb.(1/3)VCC<uI<(2/3)VCC時(shí)，輸出uO不變，仍為高電平。THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuITHRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCCc.當(dāng)uI增大到略大于(2/3)VCC時(shí)，電路輸出uO變?yōu)榈碗娖?。d.當(dāng)uI由高于(2/3)VCC值下降，達(dá)到TH端(⑥端)的觸發(fā)電平時(shí)，電路輸出不變。THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuId.當(dāng)uI下降到略小于(1/3)VCC時(shí)，輸出uo躍變?yōu)楦唠娖?。THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC三角波變換為矩形波。d.當(dāng)uI下降到略小于(1/3)VCC時(shí)，輸出uo躍變?yōu)楦遃T+=UT=2VCC/3VT-=UTL=VCC/3VT=VCC/33.電壓傳輸特性u(píng)IuOOUT+UT–如果在C-V端施加直流電壓，則可調(diào)節(jié)滯回電壓UT值。控制電壓越大，滯回電壓UT也越大?；夭畲螅娐返目垢蓴_能力強(qiáng)。VT+=UT=2VCC/33.電壓傳輸特性u(píng)IuOOUT+555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器用作光控路燈開關(guān)應(yīng)用舉例圖中，RL是光敏電阻，有光照射時(shí)，阻值在幾十千歐左右,無光照射時(shí)，阻值在幾十兆歐左右.左右

555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器用作光控路燈開關(guān)應(yīng)用舉例圖KA是繼電器，線圈中有電流流過時(shí)，繼電器吸合，否則不吸合。D是續(xù)流二極管，起保護(hù)555的作用。KA是繼電器，線圈中有電流流過時(shí)，繼電器吸合，否則不吸合。白天光照比較強(qiáng)，光敏電阻RL的阻值比較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻RP，使得觸發(fā)器輸入端電平較高，大于上限閾值電壓8V，定時(shí)器輸出低電平，線圈中沒有電流流過，繼電器不吸合，路燈L不亮。白天光照比較強(qiáng)，光敏電阻RL的阻值比較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻RP，隨著夜幕的降臨，光照逐漸減弱，光敏電阻RL的阻值逐點(diǎn)增大，觸發(fā)器輸入端的電平也隨之降低。當(dāng)觸發(fā)器輸入端的電平小于下限閾值電壓4V時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖?，線圈中有電流流過，繼電器吸合，路燈L點(diǎn)亮。實(shí)現(xiàn)了光控路燈開關(guān)的作用。隨著夜幕的降臨，光照逐漸減弱，光敏電阻RL的阻值逐點(diǎn)增大，觸【例】在圖示電路中，試求：(1)當(dāng)VCC＝15V，UT+、UT-及ΔUT值。(2)當(dāng)VCC＝10V，且在控制輸入（C-U）端外接控制電壓UCO＝6V時(shí)，UT+、UT-及UT各為多少。THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO【例】在圖示電路中，試求：THRDTRGNDOUTC–UVTHRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO【解】(1)當(dāng)VCC＝15V時(shí)(2)當(dāng)外接控制電壓UCO=6V時(shí)THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO【解】(6.5.3用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI1.電路組成6.5.3用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器THRDTRG2.工作原理THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI(1)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)信號(hào)uI處于高電平電路處于穩(wěn)態(tài)uO為低電平放電管T導(dǎo)通電容C兩端電壓uC=02.工作原理THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VTHRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI(2)暫穩(wěn)態(tài)外加觸發(fā)信號(hào)uI的下降沿到達(dá)時(shí)uO=1T截止，VCC開始通過電阻R向電容C充電uC按指數(shù)過規(guī)律不斷上升，uC(∞)=VCCTHRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DI暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。(3)uI的觸發(fā)負(fù)脈沖消失后，u2回到高電平THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI期間在uO一直保持高電平不變，電路維持在暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uC上升到時(shí)uO=0，T導(dǎo)通暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。(3)uI的觸發(fā)負(fù)(4)恢復(fù)期T導(dǎo)通后，電容C通過T迅速放電，使uC≈0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI恢復(fù)期tR由下式?jīng)Q定：其中rd為放電管導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的電阻，一般R>>rd，所以恢復(fù)期很短。(4)恢復(fù)期T導(dǎo)通后，電容C通過T迅速放電，使uC≈0，3.工作波形THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuItW充電放電OuIuOtO2/3VCC1/3VCCuCOtt3.工作波形THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VC輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時(shí)間，根據(jù)電容C的充電過程可知：4.輸出脈沖寬度tWtW充電放電OuIuOtO2/3VCC1/3VCCuCOtt輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時(shí)間，根據(jù)電容C的充圖示電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它必須小于tW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW時(shí)，應(yīng)在u2輸入端加微分電路。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI圖示電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路6.5.4555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路組成THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR26.5.4555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路組2.工作原理THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2(1)由于接通電源前，電容器兩端電壓uC=0，電源剛接通時(shí)uO輸出高電平，放電管截止，電源VCC通過R1、R2給電容C充電，uC逐漸增高。2.工作原理THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCTHRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2輸出電壓uO一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)時(shí)(2)當(dāng)uC略微超過(即u6和u2均大于等于)時(shí)uO從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即uO=0，放電管導(dǎo)通飽和。此時(shí)電容C通過R2和放電管放電。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DIuO持低電平，這是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2隨著電容C放電，uC下降。當(dāng)時(shí)T截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。(3)當(dāng)uC下降到略微低于時(shí)，電路輸出又變?yōu)閡O=1。uO持低電平，這是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。THRDTRGNDOUTC–T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T23.工作波形THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T1、Ｔ2分別為電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間。T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR24.振蕩周期T的計(jì)算T=T1+T2T1、Ｔ2分別為電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間。T1OuO2/3T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2T1=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C充電時(shí)間T1T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2T2=R2Cln20.7R2C放電時(shí)間T2T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2振蕩周期T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2振蕩頻率f可見，改變R1、R2和C值即可改變振蕩頻率。也可通過改變5腳電壓u5來改變比較器的參考電壓，而達(dá)到改變振蕩頻率的目的。T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4如果R1>>R2，則占空比接近于1，uC近似地為鋸齒波。T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2占空比如果R1>>R2，則占空比接近于1，uC近似地為鋸齒波。T只要調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，就會(huì)改變RA與RB的比值，從而改變輸出脈沖的占空比。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISD2D1RARB0.01μF5.占空比可調(diào)的多諧振蕩器工作原理：a.放電管T截止時(shí)，電源通過RA、D1對(duì)電容C充電；b.放電管T導(dǎo)通時(shí)，電容通過D2、RB、T進(jìn)行放電。只要調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，就會(huì)改變RA與RB的比值，THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISD2D1RARB0.01μFT1=0.7RACT2=0.7RBC圖中振蕩周期占空比為THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DI(1)電路組成5.多諧振蕩器應(yīng)用舉例——用555定時(shí)器構(gòu)成模擬聲響發(fā)生器[例1](1)電路組成5.多諧振蕩器應(yīng)用舉例——用555定(2)工作原理適當(dāng)選擇定時(shí)元件，使振蕩器A的振蕩頻率fA=1Hz，振蕩器B的振蕩頻率fB=1kHz。(2)工作原理適當(dāng)選擇定時(shí)元件，使振蕩器A的由于低頻振蕩器A的輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位端(4腳)，當(dāng)uO1輸出高電平時(shí)，B振蕩器才能振蕩；uO1輸出低電平時(shí)，B振蕩器被復(fù)位，停止振蕩，因此使揚(yáng)聲器發(fā)出1kHz的間歇聲響。由于低頻振蕩器A的輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位(3)工作波形(a)電路圖(b)波形圖(3)工作波形(a)電路圖振蕩器B將產(chǎn)生兩種頻率的信號(hào)，當(dāng)uO1為高電平時(shí)，uO2為較低頻率的信號(hào)；uO1為低電平時(shí)，uO2為較高頻率的信號(hào)電路產(chǎn)生類似救護(hù)車的雙頻音響電路。[例2]振蕩器B將產(chǎn)生兩種頻率的信號(hào)，當(dāng)uO1為高電平時(shí)，uO2為[例3]uO2波形的頻率是變化的，將產(chǎn)生類似警車的音響效果。[例3]uO2波形的頻率是變化的，將產(chǎn)生類似警車的音響效果。[例]試用精密單穩(wěn)電路4538、定時(shí)器555、計(jì)數(shù)器74290、BCD-七段譯碼器7447和七段數(shù)碼管等元器件設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字電容測(cè)量?jī)x，要求測(cè)量范圍0~99nF。[解](1)分析設(shè)計(jì)要求6.6綜合運(yùn)用舉例a.利用精密單穩(wěn)電路4538，可以把待測(cè)電容C值轉(zhuǎn)換為與其成正比的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tW。若取電阻R為100k，則有tW=RC=0.1C(ms)[例]試用精密單穩(wěn)電路4538、定時(shí)器555、計(jì)數(shù)器7在采樣間隔tW時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若選fcp=10kHz，暫態(tài)時(shí)間結(jié)束后，計(jì)數(shù)器的結(jié)果是N=fCPtW=C測(cè)試開始時(shí)，按一下按鈕K，使電容放電。再用555設(shè)計(jì)一個(gè)秒脈沖發(fā)生器，每一秒給精密單穩(wěn)電路一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，對(duì)CX測(cè)量一次。即是電容器的電容量。為了獲得穩(wěn)定的讀數(shù)，先把計(jì)數(shù)值鎖存在4D鎖存器74173中，再通過BCD-七段譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示出來。在采樣間隔tW時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)(2)畫出電路原理框圖(3)電路及工作波形略(2)畫出電路原理框圖(3)電路及工作波形略6脈沖的產(chǎn)生與整形電路6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用6.1脈沖的基本知識(shí)6.4施密特觸發(fā)器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.2多諧振蕩器6脈沖的產(chǎn)生與整形電路6.5555定時(shí)器及其6.1脈沖的基本知識(shí)

數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，常常需要時(shí)鐘脈沖信號(hào)。獲得時(shí)鐘脈沖的方法有：1.利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生；2.通過整形電路變換而成。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。整形電路可以使脈沖的邊沿變陡峭，或形成規(guī)定的矩形脈沖。將既非直流又非正弦交流的電信號(hào)統(tǒng)稱為脈沖信號(hào)。6.1脈沖的基本知識(shí)數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf表述矩形脈沖性能指標(biāo)的主要參數(shù)：周期T——周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。頻率f=1/T，

代表單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。脈沖幅度Um——脈沖電壓最大變化的幅值。Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf表述矩形脈沖下降時(shí)間tf——脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間。Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf脈沖寬度Tw——從脈沖前沿0.5Um始，到脈沖后沿0.5Um止的一段時(shí)間。上升時(shí)間tr——脈沖從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間。占空比q——脈沖寬度與脈沖周期之比。即

下降時(shí)間tf——脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間6.2多諧振蕩器由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地不斷來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖。6.2多諧振蕩器由于輸出的矩形波中含6.2.1集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uIuO1uF1.TTL集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器這些門組成一個(gè)環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時(shí)延tpd來產(chǎn)生方波振蕩的。(1)電路的組成6.2.1集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uIuO1uF1.11uIuO1uF(2)工作原理a.先假設(shè)在虛線所示處斷開。b.在uI處輸入一方波，經(jīng)過時(shí)延tpd之后，得uO的波形。uIuOtpd環(huán)行振蕩器的工作波形uO與uI比較，除延遲tpd外，兩者反相。11uIuO1uF(2)工作原理a.先假設(shè)在虛線所示c.uO再經(jīng)過兩個(gè)非門總共2tpd時(shí)延之后，得uF波形。uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作波形若uI的周期為6tpd，則uI與uF波形同相。此時(shí),若把uF直接作為uI時(shí)，電路就可以自激。c.uO再經(jīng)過兩個(gè)非門總共2tpd時(shí)延之后，得uFuIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作波形(3)振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率取決于tpd及環(huán)路中非門的個(gè)數(shù)。圖示電路的振蕩頻率為uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)行振蕩器的工作a.TTL非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。(4)電路特點(diǎn)為了降低振蕩頻率，通常在環(huán)形通路中串入RC延時(shí)環(huán)節(jié)。b.振蕩頻率無法調(diào)節(jié)。a.TTL非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。2.CMOS集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1)電路的組成(a)電路圖(b)傳輸特性曲線假定門電路的電壓傳輸特性曲線具有理想特性。輸出低電平UOL=0門電路的閾值電平UT=VDD/2輸出高電平UOH=VDD2.CMOS集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1)電路的組(2)工作原理a.若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過程

uO1uIuO2此時(shí)，電容C通過R到uO1放電，進(jìn)而通過uO2反向充電。使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。(2)工作原理a.若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反電容C通過R到uO1放電，通過uO2反向充電。電容C的放電等效電路電容C通過R到uO1放電，通過uO2反向充電。電容C的放電等b.隨著電容C的放電，uI不斷下降，當(dāng)達(dá)到uI=UT(VDD/2)時(shí)，電路又經(jīng)歷另一個(gè)正反饋過程uO1uIuO2從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。b.隨著電容C的放電，uI不斷下降，當(dāng)達(dá)到uI=UT(同時(shí)，電容C通過uO1、R、C和uO2充電。電容C的充電等效電路同時(shí)，電容C通過uO1、R、C和uO2充電。電容C的充電等c.隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)達(dá)到uI≥UT時(shí),電路又迅速躍變到第一暫穩(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波輸出。c.隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)達(dá)到uI≥UT時(shí)(2)工作波形(2)工作波形(3)電路的振蕩周期根據(jù)一階RC電路的三要素法(3)電路的振蕩周期根據(jù)一階RC電路的三要素法當(dāng)輸入電壓uI由VDD下降到UT時(shí)，有

忽略門電路的輸出電阻及UD（UD較小）

。當(dāng)t=T1時(shí)，當(dāng)輸入電壓uI由VDD下降到UT時(shí)，有忽略門電路的輸出電故：輸入電壓uI由0上升到UT的時(shí)間T2，由故：輸入電壓uI由0上升到UT的時(shí)間T2，由得得電路的振蕩周期為

=2RCln2≈1.4RC電路的振蕩周期為=2RCln2在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要因素是電路的定時(shí)元件RC以及門電路的閾值電壓UT。而它們都容易受溫度的影響，所以RC振蕩器的頻率穩(wěn)定性只有約10-3或更差。6.2.2石英晶體多諧振蕩器門電路的組成的多諧振蕩電路的特點(diǎn)：因此，在對(duì)頻率穩(wěn)定性要求比較高的場(chǎng)合，普遍采用石英晶體振蕩器。在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要1.石英晶體的基本特性高質(zhì)量石英晶體振蕩器(其晶片置于恒溫盒內(nèi))，頻率穩(wěn)定性可達(dá)10-11。(1)石英晶體的電路符號(hào)是將切成薄片的石英晶體置于兩平板之間構(gòu)成的。(2)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性能達(dá)到10-5~10-8。1.石英晶體的基本特性高質(zhì)量石英晶體振石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時(shí)準(zhǔn)確，在通常的氣溫條件下，可以保證每天不差半秒的誤差。目前較好的家用電子鐘表幾乎都采用具有石英晶體諧振器的方波發(fā)生器。通常選用固有頻率為32768Hz的石英諧振器，因?yàn)?2768=215，將此振蕩頻率經(jīng)過15次二分頻，即可得1Hz的時(shí)鐘脈沖，作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時(shí)準(zhǔn)確，在通2.CMOS石英晶體多諧振蕩器石英諧振器QR及C1、C2為外接分立元件。1G1C2RuOC1圖中虛線以上部分制作在集成電路內(nèi)；晶體諧振器工作頻率位于其串聯(lián)諧振頻率fs和并聯(lián)諧振頻率fp之間。電路就形成一個(gè)由反相器組成的電容三點(diǎn)式振蕩器。振蕩器輸出的波形并不理想，還需進(jìn)行整形，才能得到矩形脈沖輸出。QR2.CMOS石英晶體多諧振蕩器石英諧振器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時(shí)和定時(shí)電路中。1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過時(shí)間tw后又自動(dòng)翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)一個(gè)寬度為tw的矩形脈沖。暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整6.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按定時(shí)元件R和C的不同聯(lián)接，這類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。&G1G2RuIuO1uO2uI2&C1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，uI為高電平，uO1為低電平。為了使uO2可靠為高電平，應(yīng)選R<Roff，一般取R<0.5kΩ。6.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按定時(shí)2.工作原理(1)uI為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uO1=0，uO2=1&G1G2RuIuO1uO2uI2&C由于電容兩端電壓不會(huì)突變，因此uI2亦由低變高，使uO2由高變低，從而引起如下反饋過程：

使電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)：uO1=1。(2)uI的負(fù)跳沿到來時(shí)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。uO1由低變高uO1uIuI2uO22.工作原理(1)uI為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uO1(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO門1的輸出高電平UOH經(jīng)電容C和電阻R到地的方向給電容充電，使門2的輸入電壓uI2以時(shí)間常數(shù)1=(R+Ro)C(Ro為門1的輸出電阻)按指數(shù)曲線下降。(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4VtuI2OUOHUTtW&G1當(dāng)uI2下降到門坎電平(UT=1.4V)時(shí)，產(chǎn)生如下正反饋過程：&G1G2RuIuO1uO2uI2&CuI2uO2uI=1uO1

使電路結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)：uO1=0，uO2=1。當(dāng)uI2下降到門坎電平(UT=1.4V)uI2以時(shí)間常數(shù)2=(R1∥R)C按指數(shù)曲線上升，電路經(jīng)歷一個(gè)恢復(fù)階段回到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始狀態(tài)。(4)恢復(fù)階段+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間結(jié)束后，電容C放電?；謴?fù)階段C的放電回路uI2以時(shí)間常數(shù)2=(R1∥R)C按&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUOL1.4vtWuI2τ1τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖2.工作波形&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUO(1)輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)tw&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttW1UOHUOL1.4vtWuI2τ1τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖uI2從UOHR/(R+Ro)下降到UT的時(shí)間(1)輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)tw&G1G2RuI1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO根據(jù)一階RC電路的三要素法得實(shí)際常用經(jīng)驗(yàn)公式tw

0.8RC(R<Roff)1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CR+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0(2)恢復(fù)時(shí)間tre

tre

(3~5)(R1//R)Ctd=tw+tre(3)電路的分辨時(shí)間+5VT3R1RT1uI2CG1G2uO1≈0(2輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若uI脈沖寬度twI>tw則應(yīng)通過微分電路RPCP再輸入到與非門1。為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)uO1=0，要求:RP·CP≤twIRP≥Ron門3改善輸出波形，起反相和整形的作用。MOS門輸入阻抗高，外接電阻R和RP的大小不會(huì)影響其穩(wěn)態(tài)，它們不再受ROFF和RON的限制。輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若uI脈沖寬度【例】由CMOS集成門電路的組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所示，已知R=50kW，C=0.01mF，電源電壓VDD=10V，，試求在觸發(fā)信號(hào)作用下輸出脈沖的寬度和幅度。【解】由CMOS集成門的特性可知，輸出高電平輸出低電平，

UOH=VDDUOL=0閾值電平UT=VDD/2

【例】由CMOS集成門電路的組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所若忽略門電路的輸出電阻，由圖可知：根據(jù)一階電路的三要素法，得輸出脈沖寬度輸出脈沖幅度若忽略門電路的輸出電阻，由圖可知：根據(jù)一階電路的三要素法，6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器這些器件只要外接很少的電阻和電容，就可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使用起來非常方便。TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器這些器件只要外1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器