第9章脉冲单元电路.docx
- 文档编号:15559947
- 上传时间:2023-07-05
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:264.11KB
第9章脉冲单元电路.docx
《第9章脉冲单元电路.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第9章脉冲单元电路.docx(13页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第9章脉冲单元电路
第9章脉冲单元电路
本章主要介绍了
(1)脉冲信号(矩形脉冲)的波形及其参数。
(2)施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器工作原理及其应用。
(3)用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的基本原理及主要参数计算。
(4)555定时器的电路结构和工作原理。
(5)用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和参数计算。
教学基本要求
掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及应用。
掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和主要参数计算。
理解集成单稳态触发器和晶体多谐振荡器基本工作原理;
了解用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构。
重点与难点
本章重点:
555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路以及主要参数计算。
本章难点:
定时电路中电容充、放电过程和定时参数的计算。
主要教学内容
9.1 脉冲信号
9.2 集成门构成的脉冲单元电路
9.2.1 施密特触发器
9.2.2 单稳态触发器
9.2.3 多谐振荡器
9.3 555定时器的应用
9.3.1 用555定时器构成施密特触发器
9.3.2 用555定时器构成单稳态触发器
9.3.3 用555定时器构成自激多谐振荡器
9.1脉冲信号
从广义上讲,凡不具有连续正弦波形状的信号,几乎都可以统称为脉冲信号。
最常见的脉冲波形是方波和矩形波,如图9–1–1所示。
图9–1–1常见脉冲波形
实际脉冲电压波形从零值跃升到最大值,或从最大值降到零值时,都需要经历一定的时间,一般用上升时间tr和下降时间tf表示。
图9–1–2为矩形脉冲信号的实际波形图。
图9–1–2矩形脉冲信号的实际波形图
9.2 集成门构成的脉冲单元电路
9.2.1施密特触发器
常用的脉冲单元电路有施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器,脉冲单元电路可由集成逻辑门构成。
1.施密特触发器特点
施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。
它有两种稳定工作状态,触发器处于哪一种工作状态,取决于输入信号电平的高低。
当输入信号由低电平逐步上升到上限触发电平(VT+)时,电路状态发生一次转换;当输入信号由高电平逐步下降到下限触发电平(VT–)时,电路状态又会发生转换。
两次状态转换时对应的输入电平值是不同的。
施密特触发器电压传输特性如图9–2–1所示。
施密特触发器的上限触发电平VT+和下限触发电平VT–的差值称为施密特触发器的回差电压ΔVT。
在脉冲与数字技术中,施密特触发器常用于波形变换、脉冲整形及脉冲幅度鉴别等。
图9–2–1施密特触发器电压传输特性
2.用两级CMOS反相器构成的施密特触发器
用两级CMOS反相器构成的施密特触发器如图9–2–2所示。
设CMOS电源为VDD,阈值电压为
,则施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT–和回差电压ΔVT分别为
图9–2–2用两级CMOS反相器构成的施密特触发器
改变电阻R1和R2的大小,可以调整回差电压值的大小。
3.用TTL门构成的施密特触发器
用TTL门构成的施密特触发器如图9–2–3所示。
设TTL阈值电平为Vth,则施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT–和回差电压ΔVT分别为
图9–2–3用TTL门构成的施密特触发器
改变电阻R1和R2的大小,可以调整回差电压值的大小。
4.集成施密特触发器
在集成门电路中,有带施密特触发器输入的反相器和与非门,带施密特触发器的反相器逻辑符号如图9–2–4所示。
图9–2–4带施密特触发器的反相器逻辑符号
9.2.2单稳态触发器
1.单稳态触发器特点
单稳态触发器是广泛应用于脉冲整形、延时和定时的常用电路,它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。
在外界触发脉冲的作用下,能从稳定状态翻转到暂稳态,暂稳态维持一段时间后,电路又自动地翻转到稳态。
暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数,与外界触发脉冲无关。
2.集成门构成的单稳态触发器
(1)微分型单稳态触发器。
微分型单稳态触发器及其输出波形如图9–2–5所示。
触发器由两个TTL与非门组成。
其中Ri、Ci构成输入端微分电路,R、C构成微分型定时电路。
其输出脉宽tW取决于RC充电速度,近似估算公式为
tw≈0.7(Ro+R)CRo=100Ω
图9–2–5微分型单稳态触发器及其输出波形
在定时电路中,为了调整tW,通常以改变C作为粗调,改变R作为细调。
R值选取应在64Ω<R<0.91kΩ之间。
(2)积分型单稳态触发器。
积分型单稳态触发器及其输出波形如图9–2–6所示,此电路要求输入vI比输出vO脉冲宽。
如果要求在输入窄的触发脉冲时能够得到较宽的输出脉冲,可以采用如图9–2–7所示的电路,这时输入与输出均为负脉冲。
图9–2–6积分型单稳态触发器及其输出波形
图9–2–7宽脉冲输出电路
(3)施密特触发器构成单稳态触发器。
利用CMOS施密特触发器的回差特性,可以方便地构成单稳态触发器,如图9–2–8所示。
图9–2–8施密特触发器构成的单稳态电路及其输出波形
3.集成单稳态触发器
(1)非可重触发集成单稳态触发器。
非可重触发单稳态触发器,是指在暂稳态定时时间tW之内,若有新的触发脉冲输入,电路不会产生任何响应,其波形示意图如图9–2–9所示。
常用的非可重触发集成单稳态触发器有CT54121/CT74121、CT54221/CT74221、CC74HC123等。
图9–2–9非可重触发单稳态触发器波形
(2)可重触发集成单稳态触发器。
可重触发单稳态触发器,是指在暂稳态定时时间tW之内,若有新的触发脉冲输入,可被新的输入脉冲重新触发,其波形示意图如图9–2–10所示。
常用的可重触发集成单稳态触发器有CT54122/CT74122、CT54123/CT74123、CC14528、CC14538等。
图9–2–10可重触发单稳态触发器波形
9.2.3多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器,在接通电源后,不需要外加触发信号,能自动地产生矩形脉冲。
它是常用的矩形脉冲产生电路。
多谐振荡器有电容正反馈多谐振荡器、带RC定时电路的环形振荡器、施密特触发器构成的多谐振荡器和晶体稳频的多谐振荡器等类型,如图9–2–11所示。
如果对频率稳定性要求不高且要求的振荡频率较低,可采用前三种主要依靠电容C充、放电构成的多谐振荡器。
在这类多谐振荡器中,可以调节振荡器的输出频率,一般以电容C作为粗调,电阻R用电位器细调。
在要求多谐振荡器的频率稳定度较高的情况下,通常采用晶体稳频的多谐振荡器。
图9–2–11四种多谐振荡器
9.3 555定时器的应用
9.3.1用555定时器构成施密特触发器
555定时器是一种多用途单片集成电路,利用它可以极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
555定时器内部电路结构如图9–3–1所示。
图9–3–1555定时器内部电路结构
用555定时器构成施密特触发器电路如图9–3–2(a)所示。
图中0.01μF电容起滤波作用,以提高比较器参考电压的稳定性。
其工作波形如图9–3–2(b)所示。
图9–3–2用555定时器构成施密特触发器
其施密特触发器的上限触发电平VT+、下限触发电平VT–和回差电压ΔVT分别为
9.3.2用555定时器构成单稳态触发器
用555定时器构成单稳态触发器电路如图9–3–3(a)所示,电阻R和电容C构成积分型单稳态触发器,其工作波形如图9–3–3(b)所示。
图9–3–3用555定时器构成单稳态触发器
暂稳态的持续时间主要取决于外接电阻R和电容C,输出脉冲的宽度tW为
9.3.3555定时器的应用
用555定时器构成自激多谐振荡器电路如图9–3–4(a)所示,其工作波形如图9–3–4(b)所示。
图9–3–4用555定时器构成多谐振荡器
在电容C充电时,暂稳态持续时间为
在电容C放电时,暂稳态持续时间为
因此,电路输出矩形脉冲的周期和占空比分别为
自我检测题
1.已知如图P9–1所示电路由CMOS组成,试分析
(1)稳态时vI、vO、vC的逻辑电平;
(2)画出一个工作周期内vI、vO、vC的工作波形,并说明该电路的名称。
图P9–1
2.有一电路如图P9–2所示,门1和门2构成单稳态触发器,暂稳态持续时间为5μs,R2C2电路起延迟作用,延迟时间为1.5μs。
已知输入信号vI的周期为10μs,脉宽tW1为1μs。
试画出A、B和Q的波形(Q初态为0),并说明该电路功能。
图P9–2
3.如图P9–3所示电路,分析电容C的充放电回路,说明E的作用及该电路的功能。
图P9–3
4.由J–K触发器和555定时器组成的电路如图P9–4所示,已知CP为10Hz方波,R1=10kΩ,R2=56kΩ,C1=1000pF,C2=4.7μF,J–K触发器输出Q和555输出vO初始均为0,试
(1)画出J–K触发器输出Q及v1、vO的波形。
(2)求输出波形的周期。
图P9–4
5.图P9–5是由555定时器构成的脉冲发生器,试回答
(1)每一个555定时器各构成什么电路?
(2)开关S在右端时,计算vO1和vO2的频率fⅠ和fⅡ。
(3)开关S在左端时,画出vO1和vO2的波形。
图P9–5
6.在如图P9–6(a)所示电路中,R1C1构成微分电路,G为具有施密特性能的非门,其阈值电压分别为0.8V和1.6V,由555定时器构成的单稳态电路暂稳态持续时间为3.5ms。
求在如图P9–6(b)输入波形vI作用下,画出A、B、C、D和Y1、Y2的波形。
图P9–6
7.图P9–7为一个电子门铃电路,要求每按一次开关按钮S,扬声器就以1.2Hz的频率鸣响10s,请确定电路中R1、R2和R3的值。
图P9–7
思考题
1.什么是脉冲信号?
矩形脉冲的主要技术参数有哪些?
2.施密特触发器电压传输特性有什么特点?
上限触发电平、下限触发电平及回差电压的定义是什么?
3.施密特触发器的主要应用?
4.单稳态触发器有什么特点?
微分型和积分型单稳态触发器在电路结构上有什么不同点?
如何计算暂态时间?
5.什么是可重触发单稳态?
它的暂稳态持续时间如何计算?
6.单稳态触发器的主要应用?
7.如何计算多谐振荡器的工作频率?
8.555定时器的电路结构?
采用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路特点和区别?
各电路的主要技术参数如何计算?
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 脉冲 单元 电路