第9章-脈沖單元電路10資料課件

（9-1）第9章脈沖單元電路9.1脈沖信號與電路9.2集成門構(gòu)成的脈沖單元電路

9.2.1施密特觸發(fā)器

9.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

9.2.2多諧振蕩器9.3

555定時器及其應用

9.3.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)

9.3.2用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器

9.3.3用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

9.3.4用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器（9-2）9.1脈沖信號與電路

數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點。（9-3）1、脈沖信號種類a、方波b、矩形波c、尖頂脈沖d、鋸齒波e、鐘形脈沖（9-4）2、實際矩形脈沖T：脈沖周期，Vm：脈沖幅度，是高低電平最大變化范圍。Tw：脈沖寬度，上升沿0.5Vm到下降沿0.5Vm所需的時間。tr：上升時間，上升沿0.1Vm到0.9Vm所需的時間。tf：下降時間，下降沿0.1Vm到0.9Vm所需的時間。q：占空比，（9-5）9.2集成門構(gòu)成的脈沖單元電路9.2.1施密特觸發(fā)器(在模電中也叫滯回比較器)UT-UT+1uouiu0uiVOHVOL普通門電路施密特觸發(fā)器uouiuouiVOHVOL施密特觸發(fā)器的二個特點：1、有二個閾值電壓UT+與UT-

輸入電壓在UT+與UT-之間時，輸出有二種可能（有存貯功能，故稱為觸發(fā)器）2、特性的邊沿很陡（電路內(nèi)部有正反饋）（9-6）施密特觸發(fā)器的符號uouiuouiuouiuouiUT-UT+uouiVOHVOL同相反相UT-UT+uouiVOHVOL施密特觸發(fā)器的三要素△VT1、極性(同相還是反相）2、二個閾值電壓UT+與UT-

回差電壓△VT=UT+-UT-3、二個輸出電平VOH與VOL（9-7）1、用兩級CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器CMOS門:閾值電壓VTH=VDD/2高電平VOH=VDD低電平VOL=0V求出三要素1、極性(同相還是反相）2、二個閾值電壓UT+與UT-3、二個輸出電平VOH與VOL（9-8）1）vi=0V時vo=0V2）vi=VDD時vo=VDDUT-UT+uouiVOHVOL

vo

同相，反相0010（1）極性(同相還是反相）uouiR1<R2（9-9）

1）求UT+

（2）求二個閾值電壓0010

(b)然后讓vi上升，求出使vo變高時的vi

即為UT+

CMOS輸入電流為0

輸入端開路

CMOS輸出電壓或為0，或為VDD

VT+

VTH0->1令(a)先設vi=0V,畫出等效電路

UT-UT+uouiVOHVOL（9-10）VDD

2）求UT-

UT-UT+uouiVOHVOL2、求二個閾值電壓1101

(b)然后讓vi下降，求出使vo變低時的vi

即為UT-

CMOS輸入電流為0

輸入端開路

CMOS輸出電壓或為0，或為VDD

VT-

VTH1->0令(a)先設vi=VDD,畫出等效電路

VTH=VDD

/2（9-11）2、用TTL門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器UT-UT+uouiVOHVOL令

1）求UT+

TTL門:閾值電壓VTH（不等于VDD/2）高電平VOH=3.6V低電平VOL=0.3V（9-12）UT-UT+uouiVOHVOL

2）求UT-

VOH斷開（9-13）3集成施密特觸發(fā)器

7413ABCD

A、B、C、D中三個為1時的特性uouiUT-UT+實驗9(CD4093)

CMOS施密特六反相器CC40106（9-14）4集成施密特觸發(fā)器的應用

波形變換uiuT+uT-tuotuouiUT-UT+uoui（9-15）脈沖整形脈沖鑒幅UT-UT+uouiVOHVOLuoui（9-16）9.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。電路工作特點:輸出端有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；輸入加入觸發(fā)信號后,電路進入暫穩(wěn)態(tài)；經(jīng)過一定時間以后,它又會自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回學習的重點:為什么會自動返回?需多少時間?（9-17）輸出脈寬tW精確（通常由外接元件確定）u0

tW單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能：ui

輸入脈寬可能不精確單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器ui

u0

由一個脈寬不精確的脈沖產(chǎn)生一個脈寬精確的脈沖（9-18）RC電路①開關(guān)轉(zhuǎn)換的一瞬間，電容器上電壓不能突變，UC(0+)=UC(0-)。②暫態(tài)過程結(jié)束后,充放電基本結(jié)束時(經(jīng)過很長時間充放電后)

，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當于開路。③電路的時間常數(shù)τ=RC,τ決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時間變化的方程為（9-19）

如果U(tM)=UT，它是U(0+)和U(∞）之間的某一轉(zhuǎn)換值，那么從暫態(tài)過程的起始值U(0+)變到UT所經(jīng)歷的時間tM(見圖)可用下式計算：（9-20）RC電路tuRUtuRU-URK+_CUuR12RK+_CUuR12τ=RC（9-21）脈沖激勵下的RC電路CRtTURK+_CUuR12tU-UT設T>5，=RCuCU-UtTuRCR1、集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端微分電路微分型定時電路0.3v1V不足以讓T2、T5導通三個PN結(jié)導通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC1任一輸入為低電平（0.3V）時“與非門”的傳輸特性2.輸入全為高電平（3.4V）時“1”全導通電位被嵌在2.1V全反偏1V截止+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC0.7V0.3VR增大RuiuiUT時，輸入變高，輸出變低電平。R臨界=1.45KRui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC111微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器01↓↑0Ri>3.1kR<0.9k1）t=0～t1穩(wěn)態(tài)vO1=0.3VvO2=3.6Vt=t1時，進入暫穩(wěn)態(tài)1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器100101微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器011↓11.4V-1.9V1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0111↑0-1.9V（9-30）（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC&&uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt11）電路組成

（1）穩(wěn)定狀態(tài)在ui正脈沖到來以前，uo1是高電平，uo2是高電平。電容上充有電荷，上正、下負2）工作原理

（9-31）（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC&&uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1當ui

發(fā)生正跳變后,uo1

跟著負跳變;但uA不能突變，uo2

立即下跳。1）電路組成

（2）觸發(fā)翻轉(zhuǎn)—第一次翻轉(zhuǎn)

2）工作原理（3）暫穩(wěn)態(tài)階段

C通過R及門1的輸出電阻放電。

（9-32）（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC&&uiA1）電路組成（4）自動返回——第二次翻轉(zhuǎn)當uA下降到稍小于1.4v時→門2截止→uo2為高電平2）工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT之后uA繼續(xù)下降。ui正脈沖過后，uo1隨后恢復高電平。（9-33）uo1uo2RC&&uiA1、電路組成（5）恢復階段當ui回到低電平后，門1輸出高電平，電容又充電，直到恢復到初始狀態(tài)。2、工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（9-34）（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC&&uiA1）電路組成3）對ui的要求2）工作原理0tuiuo1uAuo20t0t0tt1UT

在ui合理的配合下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖（uo2）的寬度W，取決于電容的放電速度。即R、C參數(shù)的大小。W要求ui的脈沖寬度（為高電平時）應大于uO2的寬度。（9-35）uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3t2若的C放電速度太慢，在t1

~t3

期間,uA>UT

,則uo2

低電平寬度不再受RC的控制。（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uo1uo2RC&&uiA1）電路組成3）對ui的要求2）工作原理（9-36）施密特觸發(fā)器（CMOS）構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（9-37）2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TTL:74121輸出下沿觸發(fā)輸入上沿觸發(fā)輸入外接電容CextVCCRext外接電阻Rint=2K若使用內(nèi)部定時電阻Rint，則需要將接點Rint接電源。（9-38）CextVCCRextTTL:74121TR-A

TR-B至少一個是零00上沿觸發(fā)輸入tW=0.69RextCext

tW

所外接元件確定，與輸入脈寬無關(guān)一、上沿觸發(fā)輸出脈寬tW精確uo

tWuBT+

輸入脈寬可能不精確（9-39）tW=0.69RextCext

二、下沿觸發(fā)uo

tWuA1

11下沿觸發(fā)輸入CextVCCRext三、功能表（9-40）tW=0.69RextCext

tW=0.69RintCext

用外接Rext用內(nèi)接Rint=2K四、輸出脈寬tW（9-41）9.2.3多諧振蕩器不外加信號，自動產(chǎn)生連續(xù)矩形脈沖波概述1、多諧振蕩器是一種能夠產(chǎn)生矩形波的電路。2、特點：電路無穩(wěn)態(tài)，但有兩個暫穩(wěn)態(tài)，這兩個暫穩(wěn)態(tài)每隔一定時間就自動地，周期性地交替轉(zhuǎn)換，從而形成周期性矩形脈沖，每一暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，由電路本身的參數(shù)決定。（9-42）1.電容正反饋多諧振蕩器脈沖波形畫法：

1)門輸出是矩形波（先畫）

2)門輸入可能不是矩形波（后畫）uaubud（9-43）2.帶有RC定時的環(huán)形振蕩器

利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個簡單的環(huán)形振蕩器:111uo3uo2uo1

一、簡單電路（9-44）111321uo3uo2uo1

設uo3

的初始狀態(tài)為0:010101

用波形圖來表示,則為:0tuo3優(yōu)點:

電路結(jié)構(gòu)簡單,所用元件少。缺點:頻率太高,并且不可調(diào)整。振蕩周期為2ntpd

n：為門個數(shù)（9-45）123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1

在原電路的基礎上添加RC延時電路,便可以克服上圖的不足:

下面將結(jié)合它的工作波形說明其工作原理:

二、用RC延時電路RS>>R（9-46）0tuo0tuo20tuo10tuAUT假設：開始時uo=0電容上的電流，uA下降uA>UT時，uo不反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2010（9-47）0tuo0tuo20tuo10tuAUT當uA=UT時，uo反轉(zhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。123RRS100CAuo1uouo2（9-48）0tuo0tuo20tuo10tuAUT

由于電容電壓不能突變,當uo1

發(fā)生下跳時,uA有一突變。U123RRS100CAuo1uouo2（9-49）0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，電容反向充電,uA上升。只要uA<UT，uo就不反轉(zhuǎn)。t1123RRS100CAuo1uouo2（9-50）0tuo0tuo20tuo10tuAUTU當uA=UT

時(t2)，uo、uo1、uo2再次反轉(zhuǎn)。t2123RRS100CAuo1uouo2（9-51）0tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電容電壓不能突變，所以uA上跳，然后uA開始下降電流方向123RRS100CAuo1uouo2（9-52）T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU

輸出信號的周期近似為:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo2脈沖波形畫法：

1)門輸出是矩形波（先畫）

2)門輸入可能不是矩形波（后畫）（9-53）4施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器（重點）1電路

CRuo2原理（畫波形）3計算（周期）uctVT+VT-uotVDDtW1tW2脈沖波形畫法：

1)門輸出是矩形波（先畫）

2)門輸入（后畫）（9-54）9.3555定時器及應用（重點）

555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負載能力較強,555定時器在工業(yè)控制、定時、檢測、報警等方面得到了非常廣泛的應用。9.3.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)

施密特觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器

三合一雙極型555CMOS75551.分壓器：由三個等值電阻構(gòu)成2.比較器：由電壓比較器C1和C2構(gòu)成3.R-S觸發(fā)器4.放電開關(guān)管T（9-55）VAVB輸出端

電壓控制端VCO

高電平觸發(fā)端VI1低電平觸發(fā)端VI2放電端VO’復位端UCC分壓器比較器R-S觸發(fā)器放電管地++C1++C2QQRDSD5k5k5kT24567831（9-56）

555定時器:書上面的圖，和上圖等效三個相等電阻組成的分壓器兩個電壓比較器RS觸發(fā)器反相器和晶體管TDRbSbQbQ（9-57）12345678555VCCv’ovi1vCOGNDvi2voRb（9-58）<2/3UCC<1/3UCC10>2/3UCC>1/3UCC01<2/3UCC>1/3UCC11>2/3UCC<1/3UCC00RDSDV6V2比較結(jié)果1/3UCC不允許2/3UCC比較器：U+>U-則輸出高電平

U+<U-則輸出低電平QT10保持導通截止保持三極管TD是集電極開路輸出三極管，為外接電容提供充、放電回路----泄放三極管（9-59）9.3.2應用之一施密特觸發(fā)器（Vi1與Vi2相連）0.01uF是濾波電容，穩(wěn)定參考電壓（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(復位端)uO65272.由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(地)接通電源>2/3UCC01101Q=0導通1穩(wěn)定狀態(tài)>1/3UCC0（9-61）2.由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(地)1101Q=1截止暫穩(wěn)狀態(tài)0001<1/3UCCucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復位端)uO6527（9-62）ucR1+UCCuiUCC++C1++C2QQRDSD5K5K5KVAVBT1348(復位端)uO65272.由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(地)>2/3UCC1010Q=1010110穩(wěn)定狀態(tài)Q=0001（9-63）(>1/3UCC)Q=0Q=1T導通，C通過T放電,uC

0接通電源RD=0SD=1保持“0”態(tài)RD=1SD=1+UCC48562713..uCCuiuOR0.01F上升到2/3UCCuituCtuOt（9-64）uituCtuOt暫穩(wěn)態(tài)tw2/3UCCQ=1Q=0T截止C充電RD=0SD=1Q=0Q=1RD=1SD=0+UCC48562713..uCCuiuOR0.01