《数字电路逻辑设计 教学课件 ppt 作者 张健 主编 吴凡 李小立 副主编 第七章脉冲单元电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路逻辑设计 教学课件 ppt 作者 张健 主编 吴凡 李小立 副主编 第七章脉冲单元电路（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 脉冲单元电路,7.1 脉冲信号与脉冲电路 脉冲信号持续时间极短的电压或电流信号。 脉冲电路产生和处理脉冲信号的电路。 最常见的脉冲电压波形是方波和矩形波 ，此外还有尖顶脉冲、锯齿波、钟形脉冲、三角波等。 图7.2所示是矩形脉冲的主要参数描述：,7.2 集成门脉冲单元电路,7.2.1 施密特触发器 两个显著的特点： 对正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀值电平，即具有滞后特性或回差特性。 属于电平触发，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变的很陡。 利用施密特触发器的以上两个特点可对边沿变化缓慢的信号波形进行整形和滤波。,1.用COMS反相器构成的施密特触发
2、器,随着输入的变化触发器在两个稳态之间转换，因此也称之为双稳态电路。,输出为低电平时：,输出为高电平时：,2.用TTL门构成的施密特触发器,3.集成施密特触发器,4.施密特触发器的应用,用于波形变换,用于脉冲整形,用于脉冲鉴幅,7.2.2单稳态触发器,有如下的显著特点： 有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 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； 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。,单稳态触发器可以由施密特触发器、集成门电路构成，同时还有单片集成电路器件产品。,1. 施密特触发器构成的单稳态触发器,电路的暂态持续
3、时间不仅与电路参数有关还与输入触发脉冲的幅值有关，不是很理想。,2.集成门构成的单稳态触发器,(1) 微分型单稳态触发器,需要特别注意的是微分型单稳态触发器是用窄脉冲触发的。,(2) 积分型单稳态触发器,3.集成单稳态触发器,不可重复触发型单稳态触发器暂稳态定时时间之内，新的触发脉冲输入不影响电路的工作过程。 重复触发的单稳态触发器暂稳态定时时间之内，若有新的触发脉冲输入，电路将被重新触发，使输出脉冲再继续维持一个脉宽。,7.2.3 多谐振荡器,1. 环形多谐振荡器,两个暂稳态过程的交替进行，就形成了多谐振荡。 其维持时间分别为：,2. 电容正反馈多谐振荡器,由于电容C的正反馈作用，引起两个正
4、反馈过程 :,3.施密特触发器构成的多谐振荡器,若采用CMOS施密特触发器，则:,4.石英晶体多谐振荡器,振荡器的频率由晶体本身的特性决定： fs fp f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。,7.3.1、555定时器的电路结构及功能 由以下几部分组成： （1）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。 （2）两个电压比较器C1和C2。,7.3 555定时器及其应用,电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0 （3）基本RS触发器、 （4）放电三极管T及缓冲器G。,工作原理,（1）4脚为复位输入端（ RD ），当RD为低电平
5、时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。 （2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC 。 （3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,7.3.2 用555定时器构成的施密特触发器,电压滞回特性,主要静态参数 （a）上限阈值电压VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。 （b）下限阈值电压VT vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电
6、压值。VT=1 /3VCC。 （3）回差电压VT VT= VT+VT=1 /3VCC,7.3.3 用555定时器构成的多谐振荡器 电路组成及工作原理,振荡频率的估算,（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）,（2） 电容放电时间T2,（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （4）电路振荡频率f,（5）输出波形占空比q,占空比可调的多谐振荡器电路,利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：,多谐振荡器应用实例 （1）简易温控报警器,（2）
7、双音门铃。,（3）秒脉冲发生器,CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号， 经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。,7.3.4 用555定时器组成单稳态触发器 1. 电路组成及工作原理,（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。 （2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,（3）暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数1=RC， vC由0V开始增大，在vC上升到2/3
8、VCC之前，电路保持暂稳态不变。 （4）自动返回（暂稳态结束）时间 当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通， 电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程 当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常 数 2=RCESC，经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。,2. 主要参数估算,(1) 输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）,上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。 （2）恢复时间tre tre=（35
9、）2 （3）最高工作频率fmax vI周期的最小值： Tmin= tWtre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:,3、集成单稳态触发器74121,A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的 触发信号输入端。,集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法: （a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式.,（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。,74121的主要参数,(1) 输出脉冲宽度tW 使用外接电阻： tW 0.7RextC 使用内部电阻： tW 0.7RintC （2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin= tWtre tre是恢复时间。
10、 （3）周期性输入触发脉冲占空比q 定义： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin 74121内部电阻=2k，外接电阻Rext可在1.440k之间选择， 外接电容C可在10pF10F之间选择， 所以，当R=2k时， 最大占空比qmax为67%； 当R=40k时，最大占空比qmax可达90%。,4、单稳态触发器的应用,延时与定时 （1）延时,图中，v/O的下降沿比vI的下 降沿滞后了时间tW。 （2）定时,当v/O=1时，与门打开， vO= vF。当v/O=0时， 与门关闭，vO为低电平。 显然与门打开的时间是 恒定不变的，就是单稳 输出脉冲v/O的宽度tW。,整形,单稳态
11、触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。,触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发 输入端（管脚2）加入一个负 脉冲，555输出端输出高电平， 灯泡（RL）发光，当暂稳态 时间（tW）结束时，555输出 端恢复低电平，灯泡熄灭。 该触摸开关可用于夜间定时 照明，定时时间可由RC参数 调节。,触摸、声控双功能延时灯,555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声
12、音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮； 同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。,本章小结,1多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。 2施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。 3555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。 4除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。,
