上海电机学院专升本PPT-第六章脉冲产生电路

1、 数字电子技术基础数字电子技术基础 单稳态触发器特点是：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。 一、微分型单稳态触发器 微分型单稳态触发器a)电路图 b)时序波形图 工作原理 主要参数 1. 输出脉冲宽度 设VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW 0.7RC R、C的单位分别为M和F，tw的单位为秒。 2. 恢复实间tre tre =(35)RC 3. 最高重复触发频率fmax fmax =1/（tw+t

2、re）二、集成单稳态触发器 单片集成单稳态触发器具有价廉、性能稳定、使用方便等优点，在数字电路中的应用日益广泛，下面以74HC221为例介绍。 74HC221为集成双单稳态触发器，其中每个单稳态触发器单元均具有两个触发输入端TR+和TR-(TR+为正边沿触发端，TR-为负边沿触发端)，和一个清零端R(低电平有效)，两个互补的输出端Q和Q。 单稳态触发器在数字电路中一般用于（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形） 、（产生一定宽度的矩形波）、以及（把输入信号延迟一定时间后输出）等。 (一) 脉冲的整形 无论输入到单稳态触发器的脉冲波形如何，只要符合触发电压，能使单稳态电路翻转，就能在输出端

3、得到一定宽度、一定幅度、前后沿较陡的规则矩形脉冲。 单稳态电路的整形作用（高电平触发） (二) 脉冲的定时 利用宽度为tW的矩形脉冲作为与门的控制信号，只有在tW 时间内，与门才打开，其它输入信号才能通过。单稳态电路的定时作用（低电平触发） a)原理图 b)波形图(三) 脉冲的延时 微分型单稳态电路输出u02的下降沿相对于输入触发脉冲uI的下降沿滞后了tW时间，称这个时间为延迟时间。74HC221组成的脉冲延时电路a)电路图 b)时序图 多谐振荡器没有稳定的状态，又称无稳态电路，它不需外加触发信号便能产生一系列矩形脉冲，在数字系统中常用作矩形脉冲源，作为时序电路的时钟信号。所谓的多谐，是指电路

4、所产生的矩形脉冲中含有许多高次谐波的意思。一、CMOS型多谐振荡器 G1、G2 为两个反相器，R、C是定时元件。多谐振荡器a）原理图 b）实际电路图多谐振荡器波形图 输出脉冲参数的计算 1. 振荡周期T 若G1门的阈值电平VTH=VDD/2， 则振荡周期可按下式估算 T2.2RC 2. 振荡脉冲幅度Vm VmVDD 二、可控型多谐振荡器可控型多谐振荡器a）与非门构成 b）或非门构成Uk=0停振Uk=1停振10三、占空比和频率可调的多谐振荡器 占空比q 是指矩形波高电平持续时间与其周期之比占空比和频率可调的多谐振荡器a)电路图 b)波形图10 10 施密特触发器可以把变化十分缓慢的不规则脉冲波形

5、转换成数字电路所需的矩形脉冲。 施密特触发器具有以下特点：它属于电平触发方式，即不仅状态的翻转需外加的触发信号，而且，状态的维持也需外加触发信号。另外，施密特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不同的阈值电压。一、用门电路构成施密特触发器 施密特触发器a）逻辑图 b）逻辑符号 c）波形图 d）传输特性uo二、集成施密特触发器 集成施密特触发器性能一致性比较好，触发阈值电压稳定。 CD40106内含六个独立的施密特触发器单元，每个单元有一个触发输入端和一个输出端，且输出和输入为反相逻辑关系，其引脚排列与CD4069相同。 对CMOS电路来说，施密特触发器的回差电压与电源电压VDD有关，VDD越

6、高，回差电压越大，且回差越大，其抗干扰能力就越强。但当回差电压较大时要求uI的变化幅度也要大。 三、基本应用电路 施密特触发器的应途十分广泛。 (一) 波形的变换和整形波形的变换a)电路图 b)波形图波形的整形a)施密特整形 b)反相器整形(二) 多谐振荡器利用施密特触发器也可以构成多谐振荡器。 当VDD为+5V时，振荡频率计算公式可用下式估算： f =1/(0.8RC) 若R、C单位分别取K和F，则f 的单位为KHz。多谐振荡器a）多谐振荡器 b）可控多谐振荡器 c）占空比和频率可调的多谐振荡器(三) 单稳态触发器 利用施密特触发器的回差特性可以很方便地构成单稳态触发器。上升沿触发型单稳态触

7、发器a）电路图 b）时序图 下降沿触发型单稳态触发器a)电路图 b)时序图(四) 脉冲幅度鉴别 脉冲的幅度鉴别 tuAtttuBCuuuuuT+T-T+T-uDuEuD与反 相ut 555定时器又称时基电路，是一种用途很广泛的单片集成电路。若在其外部配上少许阻容元件，便能构成各种不同用途的脉冲电路，如振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。同时，由于它的性能优良，使用灵活方便，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到广泛的应用。 555定时器的产品有双极型和CMOS型： 双极型型号为555(单)和556(双)； CMOS型产品型号是7555(单)和7556(双)。 双极型定时器的电源电

8、压在4.516V之间，输出电流较大(200mA)，能直接驱动继电器等负载，并能提供与TTL、CMOS电路相容的逻辑电平； CMOS型则功耗低、适用电源电压范围宽(通常在3V18V)、定时元件的选择范围大、输出电流比双极型小。 一、电路结构 集成555定时器a)电路原理图 b)引脚排列图电平触发端电平触发端电压控制端复位端电平有效放电端4.516V电压输出端102VCC/3VCC/3二、工作原理 2/3VCC1/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC012/3VCC111/3VCC01同高出低同高出低同低出高同低出高不同保持不同保持复位复位0105三、典型应用(一）555构成施密特触发器当

9、uI2/3VCC时，uO输出低电平；当1/3VCCuI2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。 随后,C 经脚迅速放电，使uC迅速减小到0V， u0=0状态，这就是它的稳定状态。 THTRD1THTRD1当接通电源后，VCC经R 给C 充电，uC不断升高。当uC2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。 随后,C 经脚迅速放电，使uC迅速减小到0V， u0=0状态，这就是它的稳定状态。 当脚输入一幅值低于1/3VCC的窄负脉冲触发信号时，u0 =1、放电管V截止，电路由稳态进入暂稳态。 随后，C开始充电，当uC上升到略大于2/3VCC时, u0=0，V饱和导通，C经脚迅速放电，电路从暂稳

10、态又返回稳态。THTRD1 0脉冲宽度：tW1.1RC充电充电)()(RCtWeVtuCCWC1CCV32321RCtWe31RCtWe31LnLneRCtW31LnRCtWRCRCLntW113.VCC)()(RCteVtuC1暂稳时间：暂稳时间：tW1.1RC(三) 构成多谐振荡器 多谐振荡器a)电路图 b)波形图 电源接通后，VCC经R1 、R2 给电容器C充电，使uC逐渐升高，在uC1/3VCC时，u0输出高电平。当uC上升到超过1/3VCC时，输出u0仍为高电平。充电充电( (第一暂稳态第一暂稳态 ) )当uC继续上升略超过2/3VCC时，输出u0=0。放电管V饱和导通。随后，C经R

11、2及脚内导通的放电管V到地放电，uC迅速下降。当uC下降到略低于1/3VCC时，输出u0=1。放电管V截止，电容器又再次充电，其电位再次上升，如此循环下去，输出端u0就连续输出矩形脉冲。充电充电+1( (第二暂稳态第二暂稳态 ) ) 输出脉冲参数的计算 tP1 0.7(R1+R2)C tP2 0.7R2C 振荡周期:T =tP1+tP2 0.7(R1+2R2)C 振荡频率:f =1/T =1/0.7(R1+2R2)C 占空比q = tP1/（tP1+tP2）=R1+R2/（R1+2R2）充电充电+放电放电占空比可调的矩形脉冲发生器 充电回路 VCCR1VD1C地放电回路 C VD2R2脚V地忽略二极管正向导通电阻估算: tP10.7R1C tP20.7R2C振荡周期 T =tP1+tP20.7(R1+R2)C占空比 q =