第九章脈沖單元電路

第9章脈沖單元電路§9.1

脈沖信號(hào)§9.2

施密特觸發(fā)器§9.3

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§9.4多諧振蕩器§9.5555定時(shí)器及其應(yīng)用9.1脈沖信號(hào)脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比：1、脈沖信號(hào)

矩形脈沖信號(hào)的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號(hào)源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形:輸入信號(hào)源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器

2、矩形脈沖的獲取9.2施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。一、

用CMOS反相器構(gòu)組成的施密特觸發(fā)器R1<R2（否則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài),不能正常工作）1、電路組成2.工作原理

（1）工作過程

設(shè)CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2當(dāng)uI=0V時(shí)，G1截止、G2導(dǎo)通，輸出為UOL，即uO≈0V。UOL當(dāng)uI上升，使得uI1=UTH>VDD/2時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下正反饋過程：≈uI

=UT+=(R1+R2)VDD/2R2uI1=UTH時(shí)有：電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1導(dǎo)通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會(huì)改變。如果uI下降，uI1也會(huì)下降。當(dāng)uI1下降到UTH時(shí)，電路又會(huì)產(chǎn)生以下的正反饋過程：電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1截止、G2導(dǎo)通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。UT-=(R2-R1)VDD/2R2UOHVDDUTHuI1=UTH時(shí)有：

（2）傳輸特性

（3）回差上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+

下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－

ΔUT=UT+－UT－＝(R1/R2)VDD=2(R1/R2)VTH

UT+=(R1+R2)VDD/2R2UT-=(R2-R1)VDD/2R2正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓：ΔVT＝

VT＋－VT－滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過程和下降過程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。

同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器二、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.用于波形變換：2.用于脈沖整形：3.用于脈沖鑒幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出。4.用于構(gòu)成多諧振蕩器：本節(jié)小結(jié)施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門電路及555定時(shí)器構(gòu)成。施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。9.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn):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(dòng)返回1、輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),另一個(gè)狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)。2、加入觸發(fā)信號(hào),電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。3、經(jīng)過一定時(shí)間以后,電路又會(huì)自動(dòng)返回

原來的穩(wěn)定狀態(tài)。二、由門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0tuiuo1uAuo20t0t0tt1當(dāng)ui

發(fā)生負(fù)跳變后：

uo1

和uA跟著正跳變uo2

立即下跳（暫穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)ui＝1：

穩(wěn)態(tài)：uA=0

，uo2=1uo1=0。uo1uo2RC&1uiAR較小Uo1向C充電，uA下降。uA=UT時(shí)：uo2上跳。之后uA繼續(xù)下降。Ui負(fù)脈沖過后，uo2保持高電平。uo1uo2RC&1uiAUT0tuiuo1uAuo20t0t0tt1tWCMOS門電路：目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)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)后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tW寬度。不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型三、集成單穩(wěn)組件介紹74LS121管腳圖QVSSQBCextRintNCRext

/CextA1A2NCVDD1234567891014131211NCNC1、不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：

74LS121是一種不可重復(fù)觸發(fā)的集成化單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。包括觸發(fā)信號(hào)控制電路、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及輸出緩沖電路。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時(shí)電阻(R

)和定時(shí)電容(C

)決定。74LS121功能表A1A2BQQ說明011x00001111xxx00x11穩(wěn)態(tài)觸發(fā)11111

0xx074LS121的使用方法:1）采用內(nèi)部定時(shí)電阻（2K

）：9腳接到14腳。tW

=0.7R

C單位：RT:k

、CT:Pf、tW:nS定時(shí)電容接在10、11腳之間，2）采用外部定時(shí)電阻（1.4~40K

）：9腳懸空，電阻接到11、14腳之間。QVSSQBCextRintNCRext

/CextA1A2NCVDD1234567891014131211NCNC定時(shí)電阻有兩種選擇：外接電阻（下降沿觸發(fā)）內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）2、可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：1CextVSS1Q1Q1TR-2TR+2TR-2Q2Q2RD1RD1TR+1Rext/1CextVDD123456789101615141312112Cext2Rext/2CextMC14528管腳圖MC14528是一種可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。包括三態(tài)門、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制電路及輸出緩沖電路。MC14528功能表RDTR+QQ說明001x0001111x1穩(wěn)態(tài)觸發(fā)TR-xx1xx0清零與前一種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的區(qū)別：當(dāng)電路處在暫穩(wěn)態(tài)，再來觸發(fā)信號(hào)，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間將增加tw，即可重復(fù)觸發(fā)。1、定時(shí)只有在脈沖寬度tpo內(nèi)的信號(hào)才能通過。四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用2、延時(shí)與整形可將脈沖寬度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)都具有一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)脈沖,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度是由電路的阻容元件RC決定的,與輸入信號(hào)無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號(hào)，用途很廣。9.4多諧振蕩器矩形波發(fā)生器又稱多諧振蕩器。它可以由分立元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成。一、門電路組成的多諧振蕩器：利用邏輯門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)與非門首尾相接，就可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器:111uo3uo2uo1111321uo3uo2uo1

設(shè)uo3

的初始狀態(tài)為0:010101

用波形圖來表示,則為:0tuo3優(yōu)點(diǎn):

電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所用元件少。缺點(diǎn):頻率太高,并且不可調(diào)整。111RRS100CAuo1uouo2111uo3uo2uo1

在原電路的基礎(chǔ)上添加RC延時(shí)電路,便可以克服上圖的不足:0tuo0tuo20tuo10tuAUT假設(shè)：開始時(shí)uo=0uA按指數(shù)規(guī)律下降uA>UT時(shí)，uo不反轉(zhuǎn)。111RRS100CAuo1uouo20100tuo0tuo20tuo10tuAUT當(dāng)uA=UT時(shí)，uo反轉(zhuǎn)，uo1、uo2也一起反轉(zhuǎn)。111RRS100CAuo1uouo21010tuo0tuo20tuo10tuAUT

由于電容電壓不能突變,當(dāng)uo1

發(fā)生下跳時(shí),uA有一突變。U111RRS100CAuo1uouo21100tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，電容反向充電,uA上升。只要uA<UT，uo就不反轉(zhuǎn)。t1111RRS100CAuo1uouo21100tuo0tuo20tuo10tuAUTU當(dāng)uA=UT

時(shí)(t2)，uo、uo1、uo2再次反轉(zhuǎn)。t2111RRS100CAuo1uouo20010tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，電容電壓不能突變，所以u(píng)A上跳，然后uA開始下降

電流方向111RRS100CAuo1uouo2001T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU111RRS100CAuo1uouo2

施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器本節(jié)小結(jié)多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。工作不需要外加信號(hào)源，只需要電源。9.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字－模擬混合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可應(yīng)用于定時(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警等方面。

集成555定時(shí)器因?yàn)槠鋬?nèi)部有3個(gè)精密的5KΩ電阻而得名。后來國(guó)內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和CMOS型555集成電路。雖然CMOS型3個(gè)分壓電阻不再是5KΩ,但仍然延用555名稱。目前一些廠家在同一基片上集成2個(gè)555單元，型號(hào)后加556，同一基片上集成4個(gè)555單元，型號(hào)后加558。集成555定時(shí)器具體元件簡(jiǎn)介

555定時(shí)器的封裝一般有兩種：八腳圓形封裝八腳雙列直插式封裝。

一、

555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能放電三極管精密電阻比較器RS鎖存器控制電壓觸發(fā)輸入復(fù)位端輸出放電端閾值輸入電源5~16V注意：工作中不使用VCO時(shí)，一般都通過一個(gè)0.01μF的電容接地(交流接地），以旁路高頻干擾。

當(dāng)VCO懸空時(shí)，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存器置0，TD導(dǎo)通，同時(shí)vO為低電平。01010比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器狀態(tài)保持不變，TD和vO均保持不變。11比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器置1，TD截止，同時(shí)vO為高電平。10101比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器違反約束條件，輸出為1，TD截止。00101★二、

555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器二六搭一&1&/RVTHVTRVOTD0XX0導(dǎo)通1>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通1<2/3VCC<1/3VCC1截止1<2/3VCC>1/3VCC保持保持/RVTHVTRVOTD0XX0導(dǎo)通1>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通1<2/3VCC<1/3VCC1截止1<2/3VCC>1/3VCC保持保持Vi>2/3VCC輸出為01/3VCC<Vi<2/3VCC保持VIVO2/3VCC1/3VCCVT+

VT－

00tt上升轉(zhuǎn)換電平VT+=2/3VCC下降轉(zhuǎn)換電平VT－=1/3VCC回差電壓?VT=VT+-VT-=1/3VCC

如果參考電壓由外加電壓VCO給出：VT+=VCOVT－=1/2VCO改變VCO就可以改變?VT?VT=VT+-VT-=1/2VCOVi<1/3VCC輸出為18462153Vcc交流接地&1&VT+=VCOVT-=1/2VCO回差電壓:★三、555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C

5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&VCO工作原理★靜止期VI=VTR=1假設(shè)電容C上的電壓已充至穩(wěn)態(tài)，即VC=VTH=1TD導(dǎo)通，VC→TD→地放電，VC≈0★工作期（外觸發(fā)脈沖↓到來）VTH=VC=0TD截止，VCC→R→C充電。VC充電三要素：VC(0+)=0VC(∞)=VCCτ=RC由于C1、C2兩個(gè)比較器的存在VC不可能充至VCC。當(dāng)：1/3VCC<VC<2/3VCC時(shí)，一小一大是保持。VO仍保持高電平。當(dāng)：VC≥2/3VCC時(shí)，VI早已跳為高電平。都大為0,TD導(dǎo)通，電容放電，工作期結(jié)束。RCvI下降沿到達(dá),vO輸出高電平，TD截止，VCC經(jīng)R向C充電，當(dāng)vC=2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，vO輸出低電平，TD導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個(gè)下降沿到達(dá),重復(fù)上述過程。00110