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1、,数字电子,第四章 脉冲信号的产生与转换,1、2课时,数字电子,本章的学习目标： 1掌握单稳态触发器和振荡器的工作原理。 2掌握施密特触发器的工作原理。 3熟悉555定时器的应用知识。 4掌握555定时器应用电路的安装和调试技能。,数字电子,第一节 单稳态触发器和振荡器 单稳态触发器只有一个稳定状态，即在没有触发信号时，电路处于稳定状态；在触发信号作用下，电路翻转为暂稳态，并经过一段时间又能自动返回稳态。单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形式或积分电路形式），又把单稳态触发器分为微分型和积分型两种。,数字电子,一、门电路构成的单
2、稳态触发器 1微分型单稳态触发器 图4-1是用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触发器。,图4-1 微分型单稳态触发,数字电子,对于CMOS门电路，可以近似地认为VOHVDD、VOL0，而且通常VTHVDD。在稳态下I = 0、I2 = VDD，故O = 0、O1 = 0.5VDD，电容C上没有电压。 当触发器脉冲I加到输入端时，在Rd和Cd组成的微分电路输出端得到很窄的正、负脉冲d。当d上升到VTH以后，将引发如下的正反馈过程,数字电子,使O1迅速跳变为低电平。由于电容上的电压不可能发生突跳，所以I2也同时跳变至低电平，并使O跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使d回到低电平，O
3、的高电平仍将维持。 与此同时，电容C开始充电。随着充电过程的进行I2逐渐升高，当升至I2 = VTH时，又引发另外一个正反馈过程。,数字电子,如果这时触发脉冲已消失（d已回到低电平），则O1、I2迅速跳变为高电平，并使 输出返回O = 0状态。同时，电容C通过电阻R和门G2的输入保护电路向VDD放电，直至电容上的电压为0，电路恢复到稳定状态。 根据以上的分析，即可画出电路中各点的电压波形，如图4-2所示。,数字电子,图4-2 电压波形图,数字电子,电路的输出脉冲宽度由计算得： tW = RCln20.7RC 输出脉冲的幅度为： Vm = VOHVOLVDD 2积分型单稳态电路 (1) 电路 图
4、4-3为TTL与非门构成的积分型单稳态电路。图中G1、G2之间采用RC积分电路耦合，故称积分型单稳态电路。,数字电子,图4-3 TTL积分型单稳态电路 (2) 工作原理 因为ui为低电平，所以电路的稳态是G1、G2都处于关闭状态，uo为高电平。在稳态中，电容器C充电，uA为高电平。,数字电子,图4-4 积分型单稳态电路电路中各点波形,数字电子,当输入一个正的触发脉冲信号时，ui由低电平跳变为高电平，G1开通，uo1变成低电平。由于电容器C两端电压不能突变，uA仍为高电平，而uB已经变为高电平，所以G2开通，uo变成低电平，电路进入暂稳态。 在暂稳态期间，电容器开始经R、G1的输出电阻放电，随着
5、C的放电，uA逐渐下降。当uA=VT时，G2关闭，uo又变为高电平，暂稳态结束。,数字电子,当触发脉冲信号跳回低电平之后，G1关闭，电容器C经G1输出端、R充电，充电结束后，电路又回到稳态。 电路中各点波形如图4-4所示。 电路的输出脉冲宽度由计算得： tw=1.1RC 3集成单稳态触发器 集成化的单稳态触发器与普通门电路构成的单稳态触发器相比，具有明显的优点，脉冲展宽范围大、外接元件少、温度特性好、功能全、抗干扰能力强、对电源电压变化的稳定性好等。,数字电子,（1）非重触发的集成单稳态触发器 单稳态触发器在外界触发信号作用下，进入暂稳态。在暂稳态期间，外界再输入触发信号，并不影响电路的暂稳态
6、。只有当暂稳态过程结束，电路又进入原来的稳态之后，新的触发信号才能使电路再次进入暂稳态，即暂稳态持续时间tW是不变的。这就是非重触发单稳态电路。非重触发单稳态触发器波形如图4-5所示。,数字电子,图4-5 非重触发单稳态触发器波形,数字电子,如非重触发74HC221集成单稳态触发器，它为高速CMOS集成单稳态触发器，有两个可单独使用的单稳态触发器，其外形图、外形引脚和逻辑功能表如图4-6所示。,数字电子,图4-6 74HC221集成单稳态触发器,数字电子,74HC221在使用时需外接电阻和电容，能产生脉宽为tw 0.7RC 的脉冲，脉宽调节范围为20s200s。其接法如图4-7所示。,图4-7
7、 74HC221的电阻和电容的接法,数字电子,（2）可重触发单稳态触发器 可重触发单稳态电路与非重触发的集成单稳态触发器不一样，当外界输入触发信号使电路进入暂稳态之后，输入新的触发信号，就可延长暂稳态的持续时间，输出脉宽可任意展宽。可重触发单稳态触发器波形如图4-7所示。,图4-7,数字电子,如可重触发的集成单稳态触发器74LS123，其外形引脚和逻辑功能表如图4-8所示。 常用的集成单稳态触发器有：74LS121、74LS122、74LS123、74LS/HC221、74LS/HC423、C4538、CC4528B、HC4538、CD4098等。 单稳态触发器的应用很广泛，通常用于脉冲的整形、延迟和定时等。,数字电子,图4-8 可重触发的集成单稳态触发器,数字电子,思考与练习,1在数字电路中单稳态触发器主要应用在哪些方面？ 2在图4-57中给出了微分型单稳态触发器的电路，试画出u01、u0C、u02、uO的波形，根据电路参数估算脉冲宽度？,数字电子,3在图4-58中给出了积分型单稳态触发器的电路，试画出u01、u0C、u02、uO的波形，根据电路参数估算脉冲宽度。,
