第九章广告歌

第十章脉冲单元电路§10.1概述§10.3555定时器及其应用§10.2集成门脉冲电路§10.1脉冲信号与脉冲电路10.1.1脉冲信号定义:持续时间极短的电压或电流信号;凡不具有连续正弦波形状的信号,都可称为脉冲信号.常见波形(图10-1-1)实际矩形波及参数脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲幅度：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度：从脉冲前沿到达0.5起，到脉冲后沿到达0.5为止的一段时间。上升时间：脉冲上升沿从0.1上升到0.9所需要的时间。下降时间：脉冲下降沿从0.9下降到0.1所需要的时间。占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值。10.1.2脉冲电路获取矩形脉冲波形（时钟）的途径有两种：2、用整形电路把已有的周期性变化的波形整形产生1、用多谐振荡器直接产生矩形脉冲波形的整形电路——施密特触发器、单稳态触发器。用门电路可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。用555定时器也可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。§10.2集成门脉冲单元电路一、特点

2、电平触发：触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号，

UI达某一电平值时，输出电压U0突变。

U0为脉冲信号。

3、电压滞后传输：输入信号UI从低电平上升过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与UI

从高电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电平不同,有回差特性。10.2.1施密特触发器10.2.1.1概述

1、两个稳态同向输出特性：VT+UoUIUoLUoH二、传输特性VT反向输出特性：VT+UoUIUoLUoHUI=VT+时，Uo=UoL

UI=VT-

时，Uo=UoL

UI=VT-

时，Uo=UoHVTUI=VT+时，

Uo=UoH00当UI=0时，Uo=UoL当UI=0时，Uo=UoH正向阈值电平VT+：

UI

上升时，引起Uo

突变时对应的UI

值。负向阈值电平VT-

：

UI

下降时，引起Uo

突变时对应的UI值。三、符号11四、分析方法先分析静态(稳态1)情况分析输入信号的上升过程,找到输出翻转的VT+

分析输入下降过程,找到输出翻转的VT-

UO1UI’UIUO11R2R1G1G210.2.1.2用门电路构成施密特触发器一、构成UIUO1UO说明UI=00010同相施密特触发器

UI上升过程中VT+VTH10VT+VTH10G1、G2门将要翻转=VT+=VTH0UO突变UI下降过程中>VT->VTH010110VT-VTH=VT-=VTHG1、G2门将要翻转UO突变1UI’（用CMOS非门）=>=>=>=>二、工作原理>VT+>VTH0110VT-VTH三、举例设UI为缓慢变化的三角波：UItVTHVT+VT-UOtUOLUOHG1门的阈值电平四、计算回差电压ΔVT1、求VT+在UI从0开始上升时，UO=UOL。UOH1UI，G1R1R2UIG21UOUOLVTHVT+从求UI

,入手求VT+：UI

,=VTH=UR2=R2R1+R2VT+∴VT+=R2R1+R2VTH=（1+R2R1）VTH在UIVT+，UI

,VTH，G1、G2门要翻转前的瞬间，=>=>电路中电流流向和电位情况见图。2、求VT-UOL1UI，G1R1R2UIG21UO在UI从最大值开始下降时，UO=UOH。UOHVTHVT-从求UI

,入手求VT-

：UI

,=UTH=UOH–

UR2=∴VT-

=R2R1+R2VTH

–

R2R1UOHR2R1+R2UOH–[（UOH–VT

–

）]又：故：UOH=VDD；VTH=VDD12VT-=（1

–）VTHR1R2电路中电流流向和电位情况见图。在UIVT-

，UI

,VTH，G1、G2门要翻转前的瞬间，=>=>五、电压传输特性∵UI=0时，UO=UOL∴是同相施密特特性UIUOVDDVTH2VTHR1R23、求回差电压ΔVTΔVT

=VT+-

VT-=2VTH

R1R2=R1R2VDD当VDD一定时，调R1、R2，可调ΔUT

，即可调VT+VT-，可调UO脉宽。VT-VT+10.2.1.3集成施密特触发器常用TTL电路集成施密特触发器有7413等，常用CMOS电路集成施密特触发器有CC40106等。10.2.1.4施密特触发器的应用一、用于波形变换例：已知UI为半波，UIm=9V，电路的VT+=6V，

VT-=3VUOH=VDD，试画UO波形。963VT+VT-VDDVDD11UI（V）totUOotUOo二、用于脉冲整形UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-11三、用于脉冲鉴幅VCD§10.2.2单稳态触发器10.2.2.1概述一、特点1、一个稳态,一个暂稳态。2、开机（接通电源），电路出现稳态，外加触发信号，电路翻转为暂态。3、暂态维持一段时间，自动返回稳态。暂态维持时间的长短，只和电路参数有关，与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。二、符号三、分析方法先分析稳态情况触发信号作用时,进入暂稳态自动返回过程10.2.2.2用门电路组成单稳态触发器一、微分型单稳态触发器1、组成（用TTL与非门）2、工作原理（用负窄脉冲触发）UIUO1UI2UO说明稳态11001稳态：UO=1C中无电荷触发0110暂态：UO=0C充电UI2↓↓

=VTH111001返回稳态：UO=1C放电UI2↑↑

=0111001恢复为起始稳态

C中无电荷UIUO1UI2UOUI，&&CRG1G2UI，总之：不触发：UO=1，C中无电荷触发：UO=0C充电：返回UO=1C放电：恢复为起始稳态，UO=1，

C中无电荷3、电压波形*为了保证触发时间极短，通常在UI端加RC微分电路：&G1UO1CdRdUIUd注意；第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。二、积分型单稳态触发器1、组成可用TTL与非门组成，门之间用RC积分电路耦合。UAUBUO1UOUI2、工作原理（用正的宽脉冲触发）UIUAUBUO说明接通VCC不触发10↑≈VCC01自然稳态：UO=1触发10≈VCC10暂稳态：UO=01返回稳态：UO=1C放电UA↓↓≤VTH恢复为自然稳态101不触发10↑≈VCC01UO=1RCG1G2&&UO13、电压波形tUItUO1tUAtUOVTHTTRTreTw4、输出脉宽TW和幅度

UOmTW≈

RClnVOL-

UOHVOL-

VTHUom=UOH-UOL5、分辨时间TdTd由波形图知：Td=TTR+TreTTR：触发脉冲的宽度Tre：恢复时间，即UO1跳到UOH后，C充电达稳定值所需的时间T充。+-CRUOHRO+VCCG1UA由充电回路知：充电回路Tre=T充=(3~5)(RO+R)C10.2.2.3集成单稳态触发器1、不可重复触发触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效tUITWUOt2、可重复触发触发进入暂稳态时，再次触发有效，输出脉冲可再维持一个脉宽。tUIUOtTW常用74121，74221，74LS221等都是不可重复触发的单稳态触发器。其中，74121的电路符号如图：Cext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121一、分类二、常用产品举例§10.2.3多谐振荡器特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。用途：产生脉冲方波。10.2.3.1

用门电路构成多谐振荡器一、对称式多谐振荡器1、组成（用TTL门电路）UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理则，暂态Ⅰ：

UO1=0、UO2=1

接下来：C1充电、C2放电假设，某一时刻，电路出现UO1=0、UO2=1的状态，由于充电比放电快。C1充电→

UI2=VTH时→

G2导通→

UO2=0UI1=0→UO1=1暂态Ⅱ：UO1=1、

UO2=0C2充电→

UI1=VTH时→

G1导通→

UO1=0UI2=0→UO2=1电路回到暂态Ⅰ。循环往复，直到关机。总之：UO1=0UO2=1UO2=0UO1=1UO1=1UO2=0UO1=0UO2=1→

C1充电→

UI2→→

C2充电→UI1→→C2放电→UI1→

C1放电→UI2二、环形振荡器1、组成利用门电路的传输延迟时间tpd，将奇数个反相器首尾相接。UO1UO2UO31G11G21G32、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、计算TW=ntpd；T=2TW；f=1/T一般，tpd=TTL类几十nsCMOS类几百ns（所以，环形振荡器的振荡频率f特别高）为了获得较低的、可调的f，可在环形回路中增加RC延时环节。TWn是门的数目。10.2.3.2

用施密特触发器构成多谐振荡器1、组成UIUO2、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）UC=0→

3、电压波形2）UO=1→C充电→UI，3）UO=0→C放电→UI，tUOtUI00VT+VT-若是CMOS电路，T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1T1=RCln————VDD-VDD-T=T1+T2；f=1/T；q=T1/TUI=0→UO=1VT-VT+T2=RCln———0-0-VT+VT-则：10.2.3.3

石英晶体多谐振荡器一、石英晶体许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率f十分稳定，（如数字钟的秒脉冲频率）。上述电路的f都达不到要求。最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。石英晶体的固有振荡频率fo

由结晶方向、外形尺寸决定；频率稳定度（Δfo/fo)可达10-10~10-11。fo电容性电感性fXO电抗频率特性曲线符号二、石英晶体振荡器1、组成将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。当外加电压的频率f=fo时，其电抗X=0。UI1UOUO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理当UO的频率f=fo时，反馈最强，电路才起振。fo的稳定度极高，这就解决了多谐振荡器的稳频问题。3、参数选择各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，可根据所购晶体的fo选择电路的外接RF和C，fo一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。例如，需要频率为1HZ的秒脉冲，可选购fo=32768HZ的晶振，通过15次二分频获得1HZ。结果：f=fo。VCD§10.3555定时器及其应用555定时器是单片集成电路，用途广，可构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。双极型产品型号的后三位数码为555。单极型产品型号的后四位数码为7555。其功能和外部引脚的排列完全相同。10.3.1555定时器的电路结构与功能一、组成与特点当CO端不接控制电压UCO时：VR2=VCC，13VR1=VCC23国产CB555的结构框图：它由三个5KΩ电阻、比较器C1和C2、基本RS触发器和放电管TD组成。分压器当CO端外接控制电压UCO时：VR2=UCO

12VR1=UCO反相同相U6U2RDUOTDQQRdSd23VCC13VCC放电管TD的作用：给外接电容C提供放电通路。等效简化电路：C2出0；C1出0。比较器

当U2<

时，VCC13当U6>

时，VCC23触发器U6高电平有效复位;U2低电平有效置1二、工作原理输入过渡输出RDU6U2RdSdQQTD状态0XXXX导通123VCC<>23VCC>13VCC导通113VCC<截止123VCC<>13VCC保持表1CB555功能表（CO端悬空时）表1的主要内容见表2：U6U223VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<>13VCCQ01保持工作原理见表1表2RD=1时的表1由表2可得如下口诀：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持011011010110当CO端接有UCO时：12UCO，VR2=三、说明VR1=UCO、换为13VCC将上述分析中的换为23VCC12UCO，所有结论仍成立。四、电路符号UOTHTDCOVCC12345678555TRRDGNDUCO，10.2.2555定时器接成施密特触发器二、工作原理（设：UI为模拟三角波）UIU6U2UO23VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<≥23VCC010≤13VCC13VCC<1三、电压波形一、组成UIUO+VCC12345678555tUItUO13VCC23VCCVT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC0.01uF从电压波形知：此为施密特反相器。10.3.3555定时器接成单稳态触发器UO+VCC123456785550.01uFRCUI+-二、工作原理U2=UI

，和比较；13VCCU6=UC，和比较。23VCC要求触发信号为负的窄脉冲CUCU6（UC）U2（UI）UO（Q）TD说明充电=23VCC>23VCC>13VCC0导通稳态：UO=0放电=023VCC<>13VCC保持接通VCC不触发UI=1023VCC<13VCC<1截止暂态：UO=1充电=23VCC>23VCC>13VCC0导通返回：UO=0放电=023VCC<>13VCC保持UI=1一、组成无电荷触发总之：不触发，UO=0；UO=1维持一段时间又返回UO=0充电回路：VCC+→R→C→VCC-（充电慢）放电回路：C+→TD→C-（放电快）三、电