数字电子技术第七章的(徐丽香,第二版)

7.5多谐振荡器7.4单稳态触发器7.3施密特触发器退出7.1概述7.2集成555定时器第7单元脉冲波形的产生和变换通过这一单元的学习，主要掌握如下知识：多谐振荡器、单稳态电路和施密特触发器的工作原理。能够运用555电路设计多谐振荡器、单稳态电路和施密特触发器。学习内容1．常见脉冲波形:2．常用的脉冲参数:7.1概述7.2集成555定时器1．555定时器的电路结构1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～16V一、555定时器的电路结构7.2集成555定时器电压比较器的功能：v+v-，vO=1v+v-，vO=0由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器C1和C2。C1v+－vvO电源复位，低电平有效高电平触发端电压控制端低电平触发端放电端CC&&&1RSG5kΩ5kΩ5kΩ12VRTHvCCD(2)(6)(5)(8)(4)(3)O(7)vT,(1)TRCO（3）基本RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。电路符号12658437Ov,THvICVCCvO555DRTR电源复位，低电平有效高电平触发端电压控制端低电平触发端放电端CC&&&1RSG5kΩ5kΩ5kΩ12VRTHvCCD(2)(6)(5)(8)(4)(3)O(7)vT,(1)TRCO1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ001①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＞2VCC/3＞VCC/3000111&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。1101&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2VCC/3＜VCC/311100③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。2．工作原理想一想：555电路的主要功能是什么，放电端如果并联在充放电回路上的电容两端可能会出现什么现象？7.3.1用555定时器构成的施密特触发器7.3.3施密特触发器的应用举例退出7.3.2集成施密特触发器7.3施密特触发器7.3施密特触发器施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。7.3.1用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理vItO1vt1/3VCC2/3VCC1265VCCRDO5553Ov7vTRIC8412IvCCVVCC2RvTROVIV电路符号2/3V放电端1/3VCv5kS1(2)(7)(6)&(3)GV&TRO1ΩCCΩ(4)TCCΩC(8)5k5k2RCC(1)&1VO21RvIvCC2TR2.电压滞回特性和主要参数（2）主要静态参数（a）上限阈值电压VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VT—vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT—=1/3VCC。（3）回差电压ΔVTΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（1）电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性VOHVOL2/3VCCΔVTvItO1vt1/3VCC2/3VCCOVIV电路符号2/3V放电端1/3VO2vtO1vtVCC2vO11265VCCRDO5553Ov7vTHIC8412IvCCVVCC2RvTRCv5kS1(2)(7)(6)&(3)GV&O1ΩCCΩ(4)TCCΩC(8)5k5k2RCC(1)&1VO21RvIvCC2TRTH7.3.2集成施密特触发器2.TTL集成施密特触发器74LS1412345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVDDSSCC401061.CMOS集成施密特触发器CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YGND8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS147.3.3施密特触发器的应用举例1.用作接口电路——将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。2.用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。正弦波振荡器1VO输入输出VT+VT-3.用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。VIOV1ItVT-T+V0VOV0t7.4.1用555定时器的单稳态触发器7.4.3单稳态触发器的应用退出7.4.2集成单稳态触发器7.4单稳态触发器7.4单稳态触发器单稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。7.4.1用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理26VCCRDO5553TH84v7VCCC15vCvIRC0.011μFTR（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。2Ov3CCOtVOtCvOItv26VCCRDO5553TH84v7VCCC15vCvIRC0.011μFTR(3)V1/3VCCSCC(8)Ω&C&C(7)ΩI5k放电端5k(1)CΩ2/3VGR5kvv1CR2v(6)CC1T&(2)TH(4)OTR（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数τ1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。2Ov3CCOtVOtCvOItv（4）自动返回时间——当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程——当暂稳态结束后，C通过饱和导通的T放电，时间常数τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。2Ov3CCOtVOtCvOItv2.主要参数估算(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）reWttTf11minmaxCRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1.1320ln)()()0()(ln11（2）恢复时间tretre=（3～5）τ2（3）最高工作频率fmaxvI周期的最小值：Tmin=tW＋tre最高工作频率:TTW7.4.2集成单稳态触发器74121A1、A2是下沿有效的触发信号输入端，B是上沿有效的触发信号输入端。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121保持稳态010101010×1×01××011×下沿触发1↓1↓11↓↓1上沿触发工作特征vOvO输出0×↑×0↑A1A1B输入74121功能表1.TTL集成单稳态触发器74121的逻辑功能和使用方法集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法:（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV(b)（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。2.74121的主要参数(1)输出脉冲宽度tW使用外接电阻：tW≈0.7RextC使用内部电阻：tW≈0.7RintC74121内部电阻=2kΩ，外接电阻Rext可在1.4～40kΩ之间选择，外接电容C可在10pF～10μF之间选择，（2）输入触发脉冲最小周期TminTmin=tW＋tre（3）周期性输入触发脉冲占空比q定义：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，当R=2kΩ时，最大占空比qmax为67%；当R=40kΩ时，最大占空比qmax可达90%。3.关于集成单稳态触发器的重复触发问题集成单稳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一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态结束以后，它才能接受下一个触发脉冲而转入下一个暂稳态。而可重复触发的单稳态在电路被触发而进入暂稳态以后，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。74121、74221、74LS221都是不可重复触发的单稳态触发器。属于可重复触发的触发器有74122、74LS122、74123、74LS123等。7.4.3单稳态触发器的应用1.延时与定时（1）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。1&vIvO单稳与门vFOvvItWvOvFOv2.整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。IvvOtW555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。3.触摸定时控制开关84762153555+VCCRLR100kC100μC10.01μ(+6V)P4.触摸、声控双功能延时灯555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。84762153C447μC0.01μ555NEA~220VR3R1M220kSCRMCR1004.7M4.7MR4R5R6R71M10k5C0.022μTT1290149013HTDC3220μD1N4004C10.56μ/400V1R3300.01μC2VDD（+6V）DW2CW137.5.1用555定时器构成的多谐振荡器7.5.2多谐振荡器应用实例退出7.5多谐振荡器0vctvo0t7.5.1用555定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一．电路组成及工作原理26VCCRDO5553TH84v7RRVCC12C150.01μFC1vCP2/3VCC1/3VCCTR放电端2/3V1/3VEWB演示——555组成多谐振荡器(6)(2)5k1RT5k&CΩ&&1GSC25kΩΩ(4)O(3)(7)v(1)(8)CCV