工學脈沖電路

新編21世紀高等職業教育信息類規劃教材《數字電路》電子教案主編徐新艷第7章脈沖電路學習目標1．熟悉各種RC波形變換電路的組成，掌握它們的功能。2．掌握多諧振蕩器的電路形式，會估算振蕩器的振蕩頻率，會調整振蕩周期。3．掌握由門電路組成的單穩態觸發器的電路特點，會估算單穩態觸發器的單穩態持續時間，并會通過調節電路參數來改變單穩態的持續時間。4．了解施密特觸發器的電路特點和工作原理。5．會查閱集成電路手冊，識讀集成單穩態觸發器、集成施密特觸發器的引腳和功能，并能正確使用。6．熟悉555集成電路各引腳的功能，能用555集成電路組成各種脈沖電路，并能通過調整電路參數來改變脈沖參數。第7章脈沖電路7.1RC電路

7.1.1微分電路

7.1.2積分電路

7.1.3脈沖分壓器7.2施密特觸發器

7.2.1工作原理7.3單穩態觸發器

7.3.1集成門單穩態觸發器

7.3.2集成單穩態觸發器7.4多諧振蕩器

7.4.1基本多諧振蕩器

7.4.2簡易多諧振蕩器

7.4.3晶體振蕩器7.5555定時器

7.5.1定時器電路構成及功能

7.5.2用定時器構成脈沖電路7.1RC電路7.1.1微分電路RC微分電路如圖（a）所示，它能將矩形脈沖變換為尖脈沖，如圖（b）所示。在輸入矩形脈沖ui時，為使輸出uo為尖脈沖，時間常數

與輸入脈沖寬度tw、脈沖間隔tg之間應滿足條件：

＝RC＜＜tw；

＝RC＜＜tgtUIHui（b）OtwtgtUIHuoOt1t3－UIHt2（a）uo＋－RC＋－uC＋－ui2.積分電路積分電路可以把矩形波變換成三角波等。電路條件是：

＝RC＞＞twtUIHui（b）OtwtUIHuoOt1t2（a）uo＋－CR＋－ui7.1RC電路3.脈沖分壓器圖示電阻分壓器電路中Co為等效的寄生電容。加速電容Cj的最佳值為實際應用時，Cj取值還應通過實驗進一步調整。uo＋－CoR1＋－uiR2UIH0V0VUIHR2R1＋R2Cj（a）Cj較小，欠補償0VUIHR2R1＋R2Cj較大，過補償0VUIHR2R1＋R2Cj合適，正補償（b）7.1RC電路7.2施密特觸發器施密特觸發器是一種雙穩態電路，觸發方式為電平觸發。與第4章所介紹的電平觸發雙穩態電路的區別是：觸發信號從低電平上升與從高電平下降時的觸發電平不同。7.2施密特觸發器7.2.1工作原理施密特觸發器有多種構成形式，圖（a）電路是用TTL門電路構成的。設輸入電壓ui為三角波，輸出波形如圖（b）所示。當uo輸出低電平，電路處于初始穩定狀態，稱為第一穩態。uo輸出高電平時，稱電路為第二穩態。使電路由第一穩態翻轉為第二穩態的電壓值稱為上升觸發電平或正向閾值電平，用UT

表示。使電路由第二穩態翻轉為第一穩態的電壓值稱為下降觸發電平或負向閾值電平，用UT

表示。7.2施密特觸發器7.2.1工作原理結論：（1）施密特觸發器具有兩種穩定狀態，狀態的維持與轉換依賴于外加輸入電壓的取值。（2）UT

≠UT

。通常把上升觸發電平與下降觸發電平不等的特性稱為回差特性或滯后特性，并定義UT

UT

＝

U，

U稱為回差電壓。7.2施密特觸發器7.2.2施密特觸發器的應用1．波形變換施密特觸發器可以將三角波、正弦波等變換為矩形波。7.2施密特觸發器7.2.2施密特觸發器的應用2．波形整形將邊沿差、帶有干擾的脈沖信號變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。UT＋UT－uiuoUOHUOL7.2施密特觸發器7.2.2施密特觸發器的應用3．脈沖幅度鑒別下圖中，欲將輸入信號ui中幅度大于UREF的脈沖保留，幅度小于UREF的脈沖去掉，這時可將施密特觸發器上升觸發電平調整到UT

＝UREF，則ui中幅度超過UREF的脈沖有輸出，幅度小于UREF的脈沖沒有輸出。7.3單穩態觸發器單穩態觸發器具有一個穩態和一個暫穩態。在外加觸發信號作用下，電路能從穩態翻轉為暫穩態，經過一段時間tw后，又能自動返回到原穩態。暫穩態持續時間由電路本身參數決定，與觸發信號無關。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器用集成門構成的單穩態觸發器分為微分型和積分型兩種，圖示是微分型電路。圖中G1到G2利用RC微分電路耦合；G2到G1直接耦合，整個電路構成正反饋環路。R和C決定暫穩態的持續時間，稱之為定時元件。為保證穩態時G1開通、G2關閉，要求R＜RON。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充電C放電twuo2OUOHUOLtt1t2Umtw是暫穩態持續時間，與暫穩態期間C充電快慢有關。由于門參數的離散性，精確計算tw是困難的，實際多用經驗公式估算：tw≈RC一般C和R都可調，C常為粗調，R為細調。但調R時，阻值不能過大，應滿足R＜RON。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器暫穩態持續時間，C充電回路。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充電C放電twuo2OUOHUOLtt1t2Umtr是恢復時間，即恢復期C的放電時間。由于C放電很快，所以tr很小。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器恢復期C的放電回路。7.3單穩態觸發器7.3.1集成門單穩態觸發器uo1tuiOUIHUILtOUOHUOLtOUTHUILuRtrC充電C放電twuo2OUOHUOLtt1t2Um單穩態觸發器在觸發翻轉后，要經過暫穩態和恢復期這兩個過程，即需要經過（tw＋tr）時間才能完全回到穩態。所以觸發信號最小周期，即分辨時間Tmin應滿足Tmin≥tw＋tr7.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器有一次觸發和可重觸發兩種類型。7.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器1.一次觸發單穩態觸發器74LS221是由兩個獨立結構一次觸發單穩態電路構成的，邏輯符號中，帶“×”的引腳為非邏輯連接：CX與RX/CX兩引腳間接定時電容，RX/CX引腳接定時電阻。集成單穩態觸發器型號不同，內部結構不同，定時電阻另一端的接法便不同，或接地，或接正電源端。74LS221定時電阻電容接法如圖所示。7.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器1.一次觸發單穩態觸發器

74LS221為一次觸發，在暫穩態期間不接收新的觸發信號。功能如表所示。有兩種觸發方式：＝0，B由0→1；B＝1，由1→0。輸出脈寬tw由下式估算：tw≈0.7RextCext式中，Rext取值范圍是2～100k

，Cext取值范圍是10pF～10

F。輸入輸出DBQ0××01×1×01××00110↑1↓1↑017.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器2.可重觸發單穩態觸發器可重觸發單穩態觸發器，在暫穩態期間能再次接受新的觸發脈沖，產生以新觸發信號作用時刻起，規定脈寬的矩形波輸出。7.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器2.可重觸發單穩態觸發器74LS122是具有可重觸發功能的單穩態觸發器。邏輯符號如圖所示，功能如表所示。輸入輸出D12B1B2Q0××××01×11××01×××0×01××××00110×↑110×1↑1×0↑11×01↑11↓111↓↓111↓111↑0×11↑×0117.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器2.可重觸發單穩態觸發器74LS122有兩種觸發方式：（1）利用B信號上升沿觸發。穩態時1和2中必須有一個為0；B1和B2中有一個為0，一個為1，設B1＝1、B2＝0，當B2由0→1時，形成觸發。（2）利用信號下降沿觸發。穩態時1和2為1，B1和B2為1。當1和2中有一個由1→0，或1和2同時由1→0時，形成觸發。7.3單穩態觸發器7.3.2集成單穩態觸發器2.可重觸發單穩態觸發器74LS122可以使用內部定時電阻Rint來確定tw，此時只需將Rint即9腳與VCC端相連即可，如圖所示，Rint＝10k

。如果使用外接電阻Rext，則使Rint引腳9懸空，Rext接在13腳與14腳之間。Rext取值范圍5～260k

。Cext為外接電容，Cext取值范圍不限制，但建議Cext≥1000pF。在Cext≥1000pF時，輸出脈寬為tw≈0.45RextCext7.3單穩態觸發器7.3.3單穩態觸發器的應用1．脈沖波形整形單穩態觸發器在輸入觸發信號作用下，能夠輸出寬度和幅度都固定的矩形脈沖。7.3單穩態觸發器7.3.3單穩態觸發器的應用2．定時利用單穩態觸發器輸出的暫穩態脈沖信號可以控制電子開關在規定的時間動作，達到定時的目的。7.4多諧振蕩器多諧振蕩器具有兩個暫穩態，它不需要外加觸發信號，便能在兩個暫穩態之間自行轉換，產生一定頻率和脈寬的矩形脈沖。。7.4多諧振蕩器7.4.1基本多諧振蕩器用TTL非門和一對RC定時元件構成的基本多諧振蕩器如電路圖所示。為保證電路正常工作，R1和R2的阻值均小于開門電阻RON。電路的工作波形如波形圖所示。振蕩周期T＝tw1＋tw2≈R2C1＋R1C2uo1uo2tOUOHUOLtOUTHui2C1充電C1放電tOUTHC2充電C2放電ui1OUOHUOLttw1Ttw27.4多諧振蕩器7.4.1基本多諧振蕩器兩個暫穩態期間，電容的充、放電回路。7.4多諧振蕩器7.4.2簡易多諧振蕩器振蕩周期T＝tw1＋tw2≈2.3RCuBuotO3.5VtO4.5V－1.8VuAOttw1Ttw2－1.8V1.4V1.4V0.3V3.5V1.4V0.3V3.5V0.3V（b）7.4多諧振蕩器7.4.3晶體振蕩器圖示晶體振蕩器，當石英晶體工作在串聯諧振頻率時相當于短路，能夠使電路構成正反饋，產生振蕩，所以，振蕩頻率取決于石英晶體串聯諧振頻率，振蕩頻率非常穩定。圖中，C1是石英晶體的負載電容，用以微調頻率；C2是耦合電容；電阻R、R1和R2是門的偏置電阻。7.5555定時器555定時器是一種多用途單片集成電路，利用它能方便的接成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器。555定時器有雙極型產品，也有單極型CMOS產品。幾乎所有雙極型產品型號的最后3位是555，所有CMOS產品型號的最后4位是7555。7.5555定時器7.5.1定時器電路構成及功能以CC7555為例介紹。電路結構及引線排列如圖所示，功能如表所示。閾值輸入TH

觸發輸入復位D輸出OUT開關管V××00導通＞（2/3）VDD＞（1/3）V