数字电路与逻辑设计课件第9章

本章的要求： 了解单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的用途，掌握三者的工作波形和状态特点及触发特点。 了解RC电路冲、放电的过程及工作波形。掌握555定时器的工作原理，和管脚图；掌握用555构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的方法、工作波形、及脉冲时间宽度的计算公式、及其应用范围。第9章脉冲单元电路

9.1概述

9.1.1脉冲信号(plussignal)

脉冲信号是指持续时间极短的电压或电流波形。 周期型矩形脉冲波形及其概念：

T(period):脉冲信号的周期；

占空比(dutycycle)：tw/T预备知识：一阶RC电路冲、放电分析注意：1在变化瞬间电容两端电压相同。

2充、放电时电阻的电压都承指数衰减

3充放电时间的快慢与RC成正比。RC充电电路UC,uR充电过程URE充电过程UCE

①电路的时常数τ=RC,τ决定了衰减（暂态）时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压(或电流)随时间变化的方程为

如果U(tM)=UT，从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM可用下式计算：9.2集成逻辑门构成的脉冲电路9.2.1单稳态触发电路

1由一个稳定状态和暂稳态组成。不同的单稳态电路稳定状态和暂稳定状态的电平和脉宽有所不同。2 在外来触发脉冲作用下，从稳定状态翻转到暂稳态。3暂稳态持续一段时间后，返回到稳定状态。暂稳态持续时间只与电路参数有关与外来触发脉冲的宽度无关。集成单稳态触发器作用：定时（在有外来触发脉冲作用下产生一定宽度的方波)等。10.2.2多谐振荡器1.带RC定时电路的环型振荡器T≈2.2RC2.石英晶体多谐振荡器

上述电路的优点是结构简单，调节频率方便，但频率稳定度不高。为了提高振荡器的频率稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。振荡电路的工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率f0，

而与电路中的R、C数值无关。晶体振荡频率可在1MHz~20MHz内选择。现在几乎所有的数字电子设备中的时钟产生电路都采用了石英晶体以产生高频、稳定的矩形脉冲信号。图10-2几种常用的石英晶体振荡器施密特触发器的工作特点：两种稳定状态当输入电平高于上限触发电平VT+,状态发生翻转。当输入电平低于下限触发电平VT-，状态再一次发生翻转。VT+≠VT-，称为回差电压。9.2.3施密特触发器

施密特触发器应用很广，主要有以下几方面：

①波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。

②脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。要求下限触发电平VT-低于顶部干扰信号的谷底。图波形整形

③脉冲鉴幅。是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平U+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于U+的脉冲，即对幅度可以进行鉴别。此外，施密特触发器还可以构成，单稳态触发器、多谐振荡器等，是应用较广泛的脉冲电路。幅度鉴别

9.2.4矩形脉冲产生电路和整形电路的特点

获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。典型的矩形脉冲产生电路有单稳态触发电路和多谐振荡电路。

单稳态触发电路只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态，从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发，从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的，暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数。

多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形，它的状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。它主要在时序电路中产生稳定的矩形脉冲时间信号。

脉冲整形电路能够将其它形状的信号，如正弦波、三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。施密特触发器就是常用的整形电路。有两个触发电平，当输入信号达到某一额定值时，电路从一种状态转换到另一种状态。 它能把变化非常缓慢的连续信号整形成数字电路所需要的矩形脉冲；名称状态特点触发特点施密特触发器两个稳态两个触发电平单稳态触发器一个稳态、一个暂态稳态到暂态要触发脉冲，暂态自动回到稳态多谐振荡器暂稳态自激振荡无需触发

9.3555定时器及其应用

555定时器功能表9.3.2555定时器的典型应用1.单稳态触发器

输出脉冲宽度TW

输出脉冲宽度TW是充电时间，根据电容C的充电过程可知：2.多谐振荡器

振荡周期T的计算

多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间，T=T1+T2。由波形求得电容C的充电时间T1和放电时间Ｔ2各为因而振荡周期

3)占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器3.施密特触发器1)施密特触发器的构成与工作原理用555定时器构成的施密特触发器(a)电路图；(b)波形图；(c)电压传输特性练习：根据右图输入输出波形，该电路是（）A：JK触发器 B：单稳态触发