第九章脉冲单元电路.

第9章脉冲单元电路§9.1脉冲信号§9.2施密特触发器§9.3单稳态触发器§9.4多谐振荡器§9.5555定时器及其应用9.1脉冲信号脉冲周期T脉冲幅度Vm脉冲宽度Wt上升时间tr下降时间tf占空比：TtqW/1、脉冲信号矩形脉冲信号的获取方法有两种：产生:不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。整形:输入信号源进行整形.脉冲产生电路:多谐振荡器脉冲整形（变换）电路:单稳态触发器施密特触发器2、矩形脉冲的获取9.2施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。一、用CMOS反相器构组成的施密特触发器R1R2（否则电路进入自锁状态,不能正常工作）1、电路组成2.工作原理（1）工作过程设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2当uI=0V时，G1截止、G2导通，输出为UOL，即uO≈0V。UOL当uI上升，使得uI1=UTHVDD/2时，电路会产生如下正反馈过程：≈uI=UT+=(R1+R2)VDD/2R2uI1=UTH时有：电路会迅速转换为G1导通、G2截止，输出为UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然，uI继续上升，电路的状态不会改变。如果uI下降，uI1也会下降。当uI1下降到UTH时，电路又会产生以下的正反馈过程：电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平UT－。uI再下降，电路将保持状态不变。UT-=(R2-R1)VDD/2R2UOHVDDUTHuI1=UTH时有：（2）传输特性（3）回差上限触发转换电平UT+下限触发转换电平UT－ΔUT=UT+－UT－＝(R1/R2)VDD=2(R1/R2)VTHUT+=(R1+R2)VDD/2R2UT-=(R2-R1)VDD/2R2正向阈值电压负向阈值电压回差电压：ΔVT＝VT＋－VT－滞回电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。这是施密特触发器固有的特性。同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器二、施密特触发器的应用1.用于波形变换：2.用于脉冲整形：3.用于脉冲鉴幅：施密特触发器能将幅度大于VT+的脉冲选出。4.用于构成多谐振荡器：本节小结施密特触发器具有两个稳定的状态，是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。9.3单稳态触发器一、单稳态触发器特点:稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回1、输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态。2、加入触发信号,电路由稳态转入暂稳态。3、经过一定时间以后,电路又会自动返回原来的稳定状态。二、由门电路组成的微分型单稳态触发器0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当ui发生负跳变后：uo1和uA跟着正跳变uo2立即下跳（暂稳态）。当ui＝1：稳态：uA=0，uo2=1uo1=0。uo1uo2RC&1uiAR较小Uo1向C充电，uA下降。uA=UT时：uo2上跳。之后uA继续下降。Ui负脉冲过后，uo2保持高电平。uo1uo2RC&1uiAUT0tuiuo1uAuo20t0t0tt1tWCMOS门电路：TDDWUVRCtln目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，才接受下一个触发脉冲而转入暂稳态。可重复触发的单稳态触发器进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个tW宽度。不可重复触发型可重复触发型三、集成单稳组件介绍74LS121管脚图QVSSQBCextRintNCRext/CextA1A2NCVDD1234567891014131211NCNC1、不可重复触发的集成单稳态触发器：74LS121是一种不可重复触发的集成化单稳态触发器。包括触发信号控制电路、微分型单稳态触发器及输出缓冲电路。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(R)和定时电容(C)决定。74LS121功能表A1A2BQQ说明011x00001111xxx00x11稳态触发111110xx074LS121的使用方法:1）采用内部定时电阻（2K）：9脚接到14脚。tW=0.7RC单位：RT:k、CT:Pf、tW:nS定时电容接在10、11脚之间，2）采用外部定时电阻（1.4~40K）：9脚悬空，电阻接到11、14脚之间。QVSSQBCextRintNCRext/CextA1A2NCVDD1234567891014131211NCNC定时电阻有两种选择：外接电阻（下降沿触发）内部电阻（上升沿触发）2、可重复触发的集成单稳态触发器：1CextVSS1Q1Q1TR-2TR+2TR-2Q2Q2RD1RD1TR+1Rext/1CextVDD123456789101615141312112Cext2Rext/2CextMC14528管脚图MC14528是一种可重复触发的集成单稳态触发器。包括三态门、积分型单稳态触发器控制电路及输出缓冲电路。MC14528功能表RDTR+QQ说明001x0001111x1稳态触发TR-xx1xx0清零与前一种单稳态触发器的区别：当电路处在暂稳态，再来触发信号，暂稳态的时间将增加tw，即可重复触发。1、定时只有在脉冲宽度tpo内的信号才能通过。四、单稳态触发器的应用2、延时与整形可将脉冲宽度不等的矩形脉冲整形成脉冲宽度相等的矩形波。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。3、消除噪声本节小结单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态。在单稳态触发器中,由稳态到暂稳态需要输入触发脉冲,暂稳态的持续时间即脉冲宽度是由电路的阻容元件RC决定的,与输入信号无关。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。9.4多谐振荡器矩形波发生器又称多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。一、门电路组成的多谐振荡器：利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:111uo3uo2uo1111321uo3uo2uo1设uo3的初始状态为0:010101用波形图来表示,则为:0tuo3优点:电路结构简单,所用元件少。缺点:频率太高,并且不可调整。111RRS100CAuo1uouo2111uo3uo2uo1在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:0tuo0tuo20tuo10tuAUT假设：开始时uo=0uA按指数规律下降uAUT时，uo不反转。111RRS100CAuo1uouo20100tuo0tuo20tuo10tuAUT当uA=UT时，uo反转，uo1、uo2也一起反转。111RRS100CAuo1uouo21010tuo0tuo20tuo10tuAUT由于电容电压不能突变,当uo1发生下跳时,uA有一突变。U111RRS100CAuo1uouo21100tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1后，uo2uo1，电容反向充电,uA上升。只要uAUT，uo就不反转。t1111RRS100CAuo1uouo21100tuo0tuo20tuo10tuAUTU当uA=UT时(t2)，uo、uo1、uo2再次反转。t2111RRS100CAuo1uouo20010tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA开始下降电流方向111RRS100CAuo1uouo2001T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU111RRS100CAuo1uouo2施密特触发器构成的多谐振荡器本节小结多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。工作不需要外加信号源，只需要电源。9.5555定时器及其应用555定时器是一种多用途的数字－模拟混合集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成单稳态触发器、多谐振荡器或施密特触发器，因而可应用于定时、检测、控制、报警等方面。集成555定时器因为其内部有3个精密的5KΩ电阻而得名。后来国内外许多公司和厂家都相继生产出双极型和CMOS型555集成电路。虽然CMOS型3个分压电阻不再是5KΩ,但仍然延用555名称。目前一些厂家在同一基片上集成2个555单元，型号后加556，同一基片上集成4个555单元，型号后加558。集成555定时器具体元件简介555定时器的封装一般有两种：八脚圆形封装八脚双列直插式封装。一、555定时器的电路结构与功能放电三极管精密电阻比较器RS锁存器控制电压触发输入复位端输出放电端阈值输入电源5~16V注意：工作中不使用VCO时，一般都通过一个0.01μF的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。当VCO悬空时，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比较器C1输出vC1=0,比较器C2输出vC2=1，SR锁存器置0，TD导通，同时vO为低电平。01010比较器C1输出vC1=1,比较器C2输出vC2=1，SR锁存发器状态保持不变，TD和vO均保持不变。11比较器C1输出vC1=1,比较器C2输出vC2=0，SR锁存器置1，TD截止，同时vO为高电平。10101比较器C1输出vC1=0,比较器C2输出vC2=0，SR锁存器违反约束条件，输出为1，TD截止。00101★二、555定时器接成施密特触发器二六搭一&1_1C_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOV'OVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3G/RVTHVTRVOTD0XX0导通12/3VCC1/3VCC0导通12/3VCC1/3VCC1截止12/3VCC1/3VCC保持保持/RVTHVTRVOTD0XX0导通12/3VCC1/3VCC0导通12/3VCC1/3VCC1截止12/3VCC1/3VCC保持保持Vi2/3VCC输出为01/3VCCVi2/3VCC保持VIVO2/3VCC1/3VCCVT+VT－00tt上升转换电平VT+=2/3VCC下降转换电平VT－=1/3VCC回差电压∆VT=VT+-VT-=1/3VCC如果参考电压由外加电压VCO给出：VT+=VCOVT－=1/2VCO改变VCO就可以改变∆VT∆VT=VT+-VT-=1/2VCOVi1/3VCC输出为18462153VccIvOv交流接地&1_1C_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOV'OVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3GVT+=VCOVT-=1/2VCO回差电压:COTTTVVVV21★三、555定时器接成单稳态触发器七六搭一，上R下C5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&QQVCOOV'CCV3/2IV0tCV0tOV0tCCV3/1工作原理★静止期VI=VTR=1假设电容C上的电压已充至稳态，即VC=VTH=1TD导通，VC→TD→地放电，VC≈0★工作期（外触发脉冲↓到来）VTH=VC=0TD截止，VCC→R→C充电。VC充电三要素：VC(0+)=0VC(∞)=VCCτ=RC由于C1、C2两个比较器的存在VC不可能充至VCC。当：1/3VCCVC2/3VCC时，一小一大是保持。VO仍保持高电平。当：VC≥2/3VCC时，VI早已跳为高电平。都大为0,TD导通，电容放电，工作期结束。RCCCVvI下降沿到达,vO输出高电平，TD截止，VCC经R向C充电，当vC=2/3VCC时，触发器翻转，vO输出低电平，TD导通，电容C经TD迅速放电。vI下一个下