脉冲电路数电

1、数字电子技术教案第六章 脉冲电路（141154页）第六章 脉冲电路教学大纲学时：8l、本章教学目的要求通过教学，使学生掌握脉冲的产生与变换，理解555定时器的结构及逻辑功能，了解555定时器的其他应用。2、教学内容及要求（注明掌握内容A，理解内容B，了解内容C）（1）脉冲基本知识C（2）555定时器A（3）多谐振荡器B（4）施密特触发器B（5）单稳态触发器B3、重点、难点重点：各种脉冲电路。难点：555定时器逻辑功能。4、教学方法教学手段说明讲授、自学讨论、图表模型、采用多媒体辅助教学，理论和实践密切结合。第六章 脉冲电路（8学时第4956学时）目的有求：通过本章学习，掌握脉冲电路的构成与作用

2、。教学内容：本章主要包括二个方面内容：脉冲变换与产生、555定时器。教学重点：脉冲变换与产生。教学难点：脉冲的产生。基本要求：掌握脉电路的构成与分析方法。教学方法：启发式、讨论式、探究时，理论、实验和实际应用有机结合。教 具：多媒体装置、投影机、幻灯片等。课 件：Powpoint、Flash、photoshop等制作的课件。作 业：见各节具体教学内容。第49学时脉冲概念脉冲信号是指既非直流又非正弦的信号。如矩形波、三角波、锯齿波等。一脉冲分类根据波形的不同，分为如下几类： 矩形脉冲 尖脉冲 三角脉冲 锯齿脉冲 阶梯脉冲二脉冲参数一般脉冲波形关于脉冲的几个参数：脉冲幅度Um电压最大值上升时间（前

3、沿时间）t r 由0.1Um上升到0.9Um所需的时间下降时间（后沿时间）t f 由0.9Um下降到0.1Um所需的时间脉冲宽度t w 前后沿0.5Um之间的时间脉冲周期T两相邻脉冲对应点之间的时间占空比DD = t w / T第50学时6.1 555定时器一555定时器结构555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路（8pins），电路图如下：555定时器结构图555定时器内部由三个5kW电阻组成的分压器（555定时器由此得名）；使得比较器C1（同相端）和C2（反相端）分别获得和的分压值；比较器输出至基本RS触发器（为置0端）；触发器输出一方面通过非门（起缓冲作用）输出，另一方面控制放电

4、三极管T导通或截止（对外电路的元件提供放电通路，同时为外界电容提供充放电回路）。各端口名称及作用：pin-1：GNDpin-2：输入控制端pin-3：输出端pin-4：清零端pin-5：电压控制端pin-6：输入控制端pin-7：放电端pin-8：电源端555定时器CO（pin-5）端一般不用，常通过0.01u的电容接地（用于旁路高频干扰）。二555定时器工作情况在555定时器输入端、加上不同高低的电位，可控制其输出（高或低）及三极管的状态（截止或饱和）。0时：，uoUOL，T饱和导通；时：，：比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，Q1、0，uoUOH，T截止；，：比较器C1输出低电平，

5、比较器C2输出高电平，1、Q0，uoUOL，T饱和导通。，：比较器C1、 C2均输出高电平，触发器状态不变，使得uo及T状态不变；，：比较器C1、C2均输出低电平，尽管触发器功能混乱，但仍有1、，uoUOL，T导通由于触发器功能混乱，该工作状态常常被禁止不用；555定时器功能表如下：555定时器性能表序号uoT说明1××0UOL导通置021UOH截至正常31UOL导通正常41不变不变正常51UOL导通禁止从功能表看出：（1）555定时器有两个阈值：、；（2）输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚通过上拉电阻外接高电平时，7脚为低电平。输出高电平对

6、应放电管截止，在7脚通过上拉电阻外接高电平时，7脚为高电平。利用555定时器，接上少数元件，控制、端的电位高低，可方便地构成各种定时、振荡电路。555定时器电源电压范围较大：TTL电路可达4.516V，输出高电平不低于电源电压的90%，带拉电流和灌电流负载的能力可达200mA；CMOS电路可达318V，输出高电平不低于电源电压的95%，带拉电流负载的能力为1mA，带灌电流负载的能力为3.2mA。第51学时6.2 施密特触发器一555定时器构成的施密特触发器1电路构成uo为输出端（调节VDD及R可改变输出高电平大小）、uo为555信号输出端、UCO可调节回差。2工作情况（1）uI增大阶段在uI未

7、增大到前，uo、uo 均为高电平、放电管处于截止状态（表中第2行），并且在uI未达到之前，555状态不变（表中第4行），使得uo、uo 一直维持高电平、放电管截止；uI达到，555内部三极管处于导通状态，uo、uo 均为低电平（表中第5行）。注：uo 端为555输出端，由功能表决定高低，而uo端则由pin-7是否接地决定高底。（2）uI减小阶段在uI未减小到前，555状态不变（表中第4行），使得uo、uo依然为低电平；当uI减小到后，555内部三极管处于截止状态，使得uo、uo 均为高电平（表中第2行）。555构成的施密特触发器3滞回特性由以上讨论看出，施密特触发器具有滞回特性，输出输入关系曲

8、线（滞回曲线）如下：施密特触发器滞回特性图上阈值电压、下阈值电压、回差二集成施密特触发器分为CMOS（如CC40106、CC4093等）和TTL（如74LS14、74LS132等）两大类。参见教材P403。三施密特触发器应用1、用于接口与整形用作TTL电路的接口电路时，将其他类型信号变为TTL要求的波形；用作整形时，可将不规则信号变为规则信号。施密特触发器用于整形2、用于阈值探测可探测出幅度高于U1的信号，并形成相应的脉冲输出。施密特触发器用于阈值探测第52学时6.3 单稳态触发器一555构成的单稳态触发器555构成的单稳态触发器 单稳态触发器工作波形图1工作情况（1）稳态0无触发信号时（假设

9、电路已清零），pin-2（）为高电平，无论pin-6（）如何，uoUOL，T饱和导通（如功能表中4行所示），uC0，电路处于稳态0；（2）暂稳态1触发信号（下降沿）到达，pin-2（）为低电平，uoUOH，T截止（如功能表中2行所示），电路处于暂稳态1；（3）暂稳态1维持由于T截止，电源VCC开始通过R为电容C充电，充电回路是+VccRC地，在充电uC达到之前，电路始终处于暂稳态1（如功能表中4行所示）。（4）自动返回稳态0随着充电进行，uC逐渐升高，当uC高于时，pin-6（）电位高于，使得比较器C1输出0，则1、Q0，uoUOL，T饱和导通，电容C通过T迅速放电，使uC0，电路回到稳态0（

10、如功能表中5行所示）。2脉冲宽度利用暂态过程公式计算uC(t)由0充电到的时间。显然，、则3注意事项触发脉冲宽度必须小于暂稳态宽度，否则电路不能正常工作（相当于功能表中第3行）。为避免触发脉冲宽度大于暂稳态宽度，可在电路输入端接一微分电路，使得进入pin-2（）的脉宽小于暂稳态宽度。单稳态触发器又叫定时电路暂稳态时间tw即为定时时间。二集成单稳态触发器分为可重触发（暂稳态未结束时，若触发信号再次作用，则电路在原暂稳态持续时间基础上重新开始一次暂稳态，直到新的一次暂稳态结束。如74122）和非重触发（暂稳态未结束时，若触发信号再次作用，则电路仍维持原暂稳态直到结束，新的触发无效。如74121）两

11、大类。参见教材P410。三单稳态触发器应用1延时单稳态触发器用于延时由单稳态触发器工作波形图看出：单稳态输出波形下降沿比输出波形滞后tw延时了tw时间。2定时定时时间为暂稳态持续时间tW 。单稳态触发器用于定时3整形可将不规则信号整形为规则信号。单稳态触发器用于整形第53学时6.4 多谐振荡器一555定时器构成的多谐振荡器1电路构成如图。555构成的多谢振荡器 多谢振荡器工作波形图2工作情况接通电源前，uC0，pin-2（）、pin-6（）电位均为低电平，使得uoUOH、T截止（相当于功能表中第2行）。（1）暂稳态1电源接通瞬间，pin-2（）、pin-6（）电位均为低电平，使得uOUOH、T

12、截止（相当于功能表中第2行）电路处于暂稳态1。由于T截止，7端为高电平，开始对电容C充电，充电回路是+VccR1R2C地，在充电使uC达到之前，电路始终处于暂稳态1（相当于功能表中第2、4行）。.（2）暂稳态2随着充电进行，uC逐渐升高，当uC高于时，pin-2（）、pin-6（）电位均高于，使得uOUOL，T导通（相当于功能表中第5行）电路处于暂稳态2。由于T导通，7端为低电平，电容C开始放电，放电回路是CT地。.（3）状态自动翻转随着放电地进行，uC逐渐降低，当uC低于时， pin-2（）、pin-6（）电位均低于，使得uOUOH，T截止（相当于功能表中第2行）返回到暂稳态1。由此重复，得

13、到矩形脉冲信号。3振荡频率（1）暂稳态1时间（高脉冲时间）利用暂态过程公式计算电容由充电到的时间。显然，、则（2）暂稳态2时间（低脉冲时间）计算电容由放电到的时间。、则（3）震荡频率周期TW tW1tW20.7（R12R2）C 频率f1/T（4）占空比4占空比可调电路占空比可调单稳态触发器充电时D1导通，R1、D1、C为充电回路；放电时D2导通，C、R2、D2为放电回路。可计算出、第54学时二石英晶体构成的多谐振荡器 当石英晶体外加电压频率等于其特征频率f0时，呈现零阻抗，其他频率则呈现较大阻抗。石英晶体谐振频率十分稳定。震荡电路如图所示：石英晶体构成的单稳态触发器-1电阻R1、R2保证两个反向器工作在线性放大状态（靠电阻上的电压高低控制管子处于放大状态），电容C1、C2起耦合作用（也可不用），石英晶体构成选频。对于TTL门电路，常取R1R20.72k；对于CMOS门电路，常取R1R210100M。由CMOS门电路和石英晶体构成的多谐振荡器，还有下述常用连接方式：石英晶体构成的单稳态触发器-2四多谐振荡器应用1秒信号发生电路多谐振荡器产生的32768Hz的