《电子技术基础与技能》(张金华主编)-第十章

掌握脉冲波形的主要参数及常见脉冲波形；了解非门组成的多谐振荡器的电路形式和工作原理；会用集成门电路搭接多谐振荡器；了解石英晶体多谐振荡器电路的构成；掌握单稳态触发器的工作特点；熟悉集成单稳态触发器的功能及其应用；掌握施密特触发器的工作特点；熟悉集成施密特触发器的功能及其应用；会测试集成施密特触发器的主要参数。10.1.1脉冲的基本概念一、脉冲的概念脉冲是指一种瞬间突变、持续时间极短的电压或电流信号。它可以是周期性变化的，也可以是非周期性的或单次的。如图所示电路是一个简单的矩形脉冲波信号发生器，反复接通和断开开关S，在电阻上得到的输出电压，就是一串矩形脉冲波。波形如图所示。2ROu10.1.1脉冲的基本概念二、常见的几种脉冲波形脉冲信号种类繁多，常见的脉冲波形有矩形波、锯齿波、尖峰波、梯形波、阶梯波等，如图所示。数字电路中用到的脉冲波形通常为矩形波。10.1.1脉冲的基本概念三、矩形脉冲波的参数1.脉冲幅值脉冲从起始值到最大值之间的变化量，表征脉冲信号强弱的参数。mU2.脉冲上升时间脉冲从起始值开始突变的一边称脉冲前沿。脉冲前沿从0.1上升到0.9所需的时间称上升时间。值越小，脉冲前沿越陡直，波形越接近理想的脉冲波形。rtmUmUrtrt3.脉冲下降时间脉冲从峰值跃变到起始值的一边称脉冲后沿。脉冲后沿从0.9下降到0.1所需的时间称下降时间。值越小，脉冲后沿越陡直。mUmUftftft4.脉冲宽度在0.5处从一个脉冲的前沿到后沿之间的时间称脉冲宽度。越大，脉冲出现后持续时间越长。wtmUwtwtwt6.占空比脉冲宽度与脉冲周期之比称占空比即。占空比为50%的矩形波即为方波。DTTtDw5.脉冲周期周期性重复的脉冲，两个相邻脉冲前沿（或后沿）之间的时间间隔称脉冲周期。其倒数为脉冲的频率，。TfTTf1各参数如图所示。10.1.2多谐振荡器一、集成门电路组成的多谐振荡器1.电路组成如图所示是一个常用的非门电路多谐振荡器，图中两个非门接成RC耦合正反馈电路，使之产生振荡。RC的另一个重要作用是组成定时电路，决定多谐振荡器的振荡频率和脉冲宽度。多谐振荡器图形符号常用的非门电路多谐振荡器10.1.2多谐振荡器一、集成门电路组成的多谐振荡器2.振荡周期的估算矩形脉冲的周期是由电容充、放电时间决定，可按下式估算在实际应用中，常通过调换电容C的容量来粗调振荡周期，通过改变电阻R的值来细调振荡周期，使电路的振荡频率达到要求。用RC作为定时元件和非门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式。如图所示。RCT4.1两个非门和两个RC电路的多谐振荡器三个非门和两个RC电路的环形多谐振荡器10.1.2多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器0f在多谐振荡器中接入石英晶体，就可以构成石英晶体多谐振荡器。如图所示。当信号频率与石英晶体固有的谐振频率相等时，它的阻抗为0，使该信号容易通过，形成正反馈，产生振荡。而对其他频率，石英晶体呈现高阻抗，正反馈的路径被切断，不能起振。因此，振荡器输出矩形波的频率就等于石英晶体的谐振频率，与电路其他元件参数无关。石英晶体的温度系数很小，振荡频率稳定，常用于电子设备的基准时间信号。f0f石英晶体10.1.3单稳态触发器单稳态触发器是指有一个稳态和一个暂稳态的波形变换电路。它的工作特性具有如下显著特点：第一、它有一个稳定状态和一个暂稳定状态。若无外界触发脉冲作用，电路将始终保持稳定状态。第二、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态。第三、暂稳态维持时间的长短通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。与触发脉冲的宽度和幅度无关。10.1.3单稳态触发器一、不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发型的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲，电路的输出脉冲宽度不受其影响，仍由电路中的R、C参数确定，必须在暂稳态结束以后，它才能接收下一个触发脉冲而转入暂稳态。不可重复触发的集成单稳态触发器的图形符号和工作波形。如图所示。wt10.1.3单稳态触发器一、不可重复触发的集成单稳态触发器1.引脚排列及逻辑符号，TTL集成单稳态触发器74LS21的引脚排列和逻辑符号如图所示。10.1.3单稳态触发器一、不可重复触发的集成单稳态触发器2.逻辑功能1)禁止触发状态当B为高电平，中有一个输入为低电平时，电路为禁止触发状态，端维持0。当B为低电平时，电路为禁止触发状态，端维持0。当两个输入全为高电平时，电路为禁止触发状态，端维持0。21AA、0u0u21AA、Ou2)单稳态触发功能当B为高电平，中有一个或两个产生由1到0的负跳变时，端有正脉冲输出。当两个输入中有一个或两个为低电平，B产生由0到1的正跳变时，端有正脉冲输出。功能表如图所示。21AA、0u21AA、0u10.1.3单稳态触发器二、可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的单稳态触发器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宽度。它的输出脉冲脉宽度可根据触发脉冲的输入情况的不同而改变。可重复触发的集成单稳态触发器的图形符号和工作波形。所图所示。wt10.1.3单稳态触发器1.引脚排列及逻辑符号，TTL集成可重复触发器的单稳态触发器74LS123的引脚排列和逻辑符号，如图所示。二、可重复触发的集成单稳态触发器10.1.3单稳态触发器二、可重复触发的集成单稳态触发器2.逻辑功能1)复位清0当时，不论其他输入端为何种状态，输出端立即为0。故的清0功能具有最高优先级。使用其他输入引脚功能时，必须置1。功能表如图所示。0DRDRDRQ2)单稳态触发功能BQ当，由0到1正跳变时，端有正脉冲输出。01ARD、Q当，由1到0负跳变时，端有正脉冲输出。11BRD、AQ当，由0到1正跳变时，端也有正脉冲输出。10BA、DR3）禁止触发在或时，电路处禁止触发状态（即稳定状态），维持0。1AQ0B10.1.4施密特触发器一、施密特触发器的主要参数与工作波形反相输出施密特触发器同相输出施密特触发器1.主要参数（1）上限触发电压(正向阈值电压)上升过程中，输出电压产生跳变所对应的输入电压值。（2）下限触发电压（负向阈值电压）下降过程中，输出电压产生跳变所对应的输入电压值。（3）回差电压。回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强。ITuU—ouITuU—ouTTTUUU2.工作波形如图所示，当输入三角波时，根据施密特触发器的电压传输特性，可得到对应施密特触发器的输出波形。10.1.4施密特触发器二、CMOS集成施密特触发器集成施密特反相器CC40106CC4093为四2输入施密特与非门，引脚与74LS00兼容。CC40106为六施密特反相器，引脚与74LS04兼容。它与普通反相器的逻辑功能一样，差异在于施密特反相器存在上、下限触发电压。不同型号的集成施密特触发器的和具体数值可从集成电路手册中查到。如图所示静态参数如表所示。TUTU10.1.4施密特触发器三、TTL集成施密特触发器74LS24、74LS32、74LS132为四2输入施密特与非门，引脚与74LS00兼容。74LS13、74LS18为二4输入施密特与非门，引脚与74LS20兼容。74LS14、74LS19为六施密特反相器，引脚与74LS04兼容。其主要参数的典型值如表所示。了解555时基电路的电路框图和引脚功能；掌握555时基电路的逻辑功能；掌握555时基电路构成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路构成，理解其工作原理；了解555时基电路的典型应用；会搭接和测试555时基电路构成的双音报警电路。10.2.1555时基电路一、电路组成和引脚功能1．电路组成一般由分压器、比较器、触发器和开关及输出等四部分组成。如图所示。555时基电路的内部电路结构电压比较器基本RS触发器缓冲器分压器放电三极管10.2.1555时基电路一、电路组成和引脚功能2．引脚功能，引脚功能如表所示。10.2.1555时基电路二、逻辑功能功能表如下表所示。10.2.2555时基电路的应用一、构成多谐振荡器1.电路组成如图所示是555时基电路组成的一个典型多谐振荡器。定时元件10.2.2555时基电路的应用一、构成多谐振荡器2.工作过程CCV设电路中电容两端的初始电压为0，时，输出端为高电平，放电端断开。电源对电容C充电，充电回路地，输出为高电平。CRRV21CCCCTRTHC31VUUu如图所示随着电容充电，电路状态翻转，输出为低电平，放电端导通，电容通过开关管VT放电，放电回路地。当时，电路状态翻转，输出为高电平，放电端断开，电容C又开始充电，重复上述过程形成振荡，输出电压为连续的矩形波。TRC2CCC31Vu10.2.2555时基电路的应用一、构成多谐振荡器3.输出脉冲周期电容充电形成的第一暂稳态时间电容放电形成的第二暂稳态时间所以，电路输出脉冲周期CRRt)(7.0211wCRt22w7.0CRRttT)(7.021w2w110.2.2555时基电路的应用二、构成单稳态触发器1．电路组成如图所示是555时基电路组成的一个单稳态触发器。定时元件10.2.2555时基电路的应用二、构成单稳态触发器2.工作过程接通电源，通过对电容C充电，使，定时器输出为低电平，电路处于稳定状态。这时，开关管导通，电容C被旁路，电路仍处于原稳定状态，输出为低电平。CCVCR、CCCVu32V当的负触发脉冲到来时，电路状态翻转，进入暂稳态，输出为高电平。这时，开关管截止，电源通过电阻向电容充电。当时，电路状态翻转，输出为低电平，时，电路由暂稳态变为稳态，此时，开关管VT导通，电容C被旁路电路仍处于原稳定状态，输出为低电平。0ouCCC32VuIuVRC10.2.2555时基电路的应用二、构成单稳态触发器3.输出脉冲宽度电容C充电形成的暂态时间为WtRCt1.1W10.2.2555时基电路的应用三、构成施密特触发器1．电路组成如图所示是555时基电路组成的一个施密特触发器。10.2.2555时基电路的应用2.工作过程三、构成施密特触发器当输入信号时，输出端为高电平。随着的增加，当时，电路翻转，输出端为低电平。继续增加，电路保持原状态。随着的减少，当时，电路状态又翻转，输出高电平。IuCCI31VuCCI32VuCCI32VuIuIu