数电第六章 脉冲的产生和转换

三、占空比和频率可调的多谐振荡器 占空比q 是指矩形波高电平持续时间与其周期之比
01 1 0
占空比和频率可调的多谐振荡器 a)电路图 b)波形图
施密特触发器
施密特触发器可以把变化十分缓慢的不规则脉冲 波形转换成数字电路所需的矩形脉冲。 施密特触发器具有以下特点：它属于电平触发 方式，即不仅状态的翻转需外加的触发信号，而 且，状态的维持也需外加触发信号。另外，施密 特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不 同的阈值电压。
微分型单稳态触发器 a)电路图 b)时序波形图
㈠ 工作原理
㈡ 主要参数 1. 输出脉冲宽度 设VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW ≈0.7RC R、C的单位分别为MΩ 和μ F，tw的单位为秒。 2. 恢复实间tre tre =(3～5)RC 3. 最高重复触发频率fmax fmax =1/（tw+tre）
放电
+
充电
输出脉冲参数的计算 tP1 ≈0.7(R1+R2)C tP2 ≈0.7R2C 振荡周期:T =tP1+tP2 ≈0.7(R1+2R2)C 振荡频率:f =1/T =1/[0.7(R1+2R2)C] 占空比q = tP1/（tP1+tP2）=R1+R2/（R1+2R2）
占空比可调的矩形脉冲发生器
一、用门电路构成施密特触发器
uo
施密特触发器
a）逻辑图 b）逻辑符号 c）波形图 d）传输特性
二、集成施密特触发器 集成施密特触发器性能一致性比较好，触发 阈值电压稳定。 CD40106内含六个独立的施密特触发器单元， 每个单元有一个触发输入端和一个输出端，且输 出和输入为反相逻辑关系，其引脚排列与CD4069 相同。 对CMOS电路来说，施密特触发器的回差电压 与电源电压VDD有关，VDD越高，回差电压越大， 且回差越大，其抗干扰能力就越强。但当回差电 压较大时要求uI的变化幅度也要大。
(三) 构成多谐振荡器
多谐振荡器 a)电路图 b)波形图
充电
(第一暂稳态 )
电源接通后，＋VCC经R1 、R2 给电容器C充电， 使uC逐渐升高，在uC<1/3VCC时，u0输出高电平。 当uC上升到超过1/3VCC时，输出u0仍为高电平。
1
+
充电
(第二暂稳态 )
当uC继续上升略超过2/3VCC时，输出u0=0。放电管V饱和导通。 随后，C经R2及⑦脚内导通的放电管V到地放电，uC迅速下降。 当uC下降到略低于1/3VCC时，输出u0=1。放电管V截止，电 容器又再次充电，其电位再次上升，如此循环下去，输出 端u0就连续输出矩形脉冲。
三、基本应用电路 施密特触发器的应途十分广泛。 (一) 波形的变换和整形
波形的变换 a)电路图 b)波形图
波形的整形 a)施密特整形 b)反相器整形
(二) 多谐振荡器 利用施密特触发器也可以构成多谐振荡器。 当VDD为+5V时，振荡频率计算公式可用下式估算： f =1/(0.8RC) 若R、C单位分别取KΩ 和μ F，则f 的单位为KHz。
• 1/3VCC
5
11 0
复位 同高出低 不同保持 同低出高
三、典型应用 (一）555构成施密特触发器
TH
TR
当uI<1/3VCC时，uO输出高电平；当uI>2/3VCC时， uO输出低电平；当1/3VCC<uI<2/3VCC时，uO输 出保持原来状态不变。 uI由小变大时，uI=2/3VCC时触发翻转； uI由大变小时，uI=1/3VCC才翻转。形成输出对输 入的滞后特性。
多谐振荡器
a）多谐振荡器 b）可控多谐振荡器 c）占空比和频率可调的多谐振荡器
(三) 单稳态触发器 利用施密特触发器的回差特性可以很方便地构 成单稳态触发器。
上升沿触发型单稳态触发器 a）电路图 b）时序图
下降沿触发型单稳态触发器 a)电路图 b)时序图
(四) 脉冲幅度鉴别
脉冲的幅度鉴别
u
A
施密特触发器 a）电路图 b）传输特性 c）波形图 由于该施密特触发器两阈值电平为1/3VCC和 2/3VCC，因而该电路存在1/3VCC的回差电压。
(二) 构成单稳态触发器
单稳态触发器 a)电路图 b)波形图
1
TR
TH
D
当接通电源后，＋VCC经R 给C 充电，uC不断升高。 当uC>2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。 随后,C 经⑦脚迅速放电，使uC迅速减小到0V， u0=0状态，这就是它的稳定状态。
二、集成单稳态触发器 单片集成单稳态触发器具有价廉、性能稳定、 使用方便等优点，在数字电路中的应用日益广泛， 下面以74HC221为例介绍。 74HC221为集成双单稳态触发器，其中每个单 稳态触发器单元均具有两个触发输入端TR+和TR(TR+为正边沿触发端，TR-为负边沿触发端)，和 一个清零端R(低电平有效)，两个互补的输出端Q 和Q。
VCC
u C (t ) V (1 e

t RC
)

u C (tW ) VCC (1 e
1e
Lne
tW RC
tW RC

tW RC
2 ) VCC 3
暂稳时间：tW≈1.1RC
tW RC
1 Ln 3
tW 1 Ln RC 3
2 3
e

1 3
tW Ln 3RC 1.1RC
74HC221组成的脉冲延时电路 a)电路图 b)时序图
数字电子技术基础习题
多谐振荡器
多谐振荡器没有稳定的状态，又称无稳态电 路，它不需外加触发信号便能产生一系列矩形脉 冲，在数字系统中常用作矩形脉冲源，作为时序 电路的时钟信号。所谓的多谐，是指电路所产生 的矩形脉冲中含有许多高次谐波的意思。
一、CMOS型多谐振荡器 G1、G2 为两个反相器，R、C是定时元件。
555定时器的产品有双极型和CMOS型： 双极型型号为555(单)和556(双)； CMOS型产品型号是7555(单)和7556(双)。 • 双极型定时器的电源电压在4.5～16V之间，输出 电流较大(200mA)，能直接驱动继电器等负载， 并能提供与TTL、CMOS电路相容的逻辑电平； • CMOS型则功耗低、适用电源电压范围宽(通常在 3V～18V)、定时元件的选择范围大、输出电流比 双极型小。
1
TR
TH
D
当接通电源后，＋VCC经R 给C 充电，uC不断升高。 当uC>2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。 随后,C 经⑦脚迅速放电，使uC迅速减小到0V， u0=0状态，这 就是它的稳定状态。TRຫໍສະໝຸດ 1► 0THD
充电
当②脚输入一幅值低于 1/3tVCC 的窄负脉冲触发信号时， 脉冲宽度： ≈ 1.1RC W u0 =1、放电管V截止，电路由稳态进入暂稳态。 随后，C开始充电，当uC上升到略大于2/3VCC时, u0=0，V饱和导通，C经⑦脚迅速放电，电路从暂稳态 又返回稳态。
一、电路结构
电压 控制端 高电平 触发端
2VCC/3
4.5～16V
复位端 低电平有效
•
1
0
低电平 触发端
VCC/3
•
电压 输出端 放电端
集成555定时器 a)电路原理图 b)引脚排列图
二 、 工 作 原 理
0
2/3VCC
•10
0 11
<2/3V 2/3VCC >2/3V < CC CC
>1/3VCC < >1/3V
多谐振荡器 a）原理图 b）实际电路图
多谐振荡器波形图
㈡ 输出脉冲参数的计算 1. 振荡周期T 若G1门的阈值电平VTH=VDD/2， 则振荡周期可按下式估算 T≈2.2RC 2. 振荡脉冲幅度Vm Vm≈VDD
二、可控型多谐振荡器
1 Uk=1 停振 0
Uk=0 停振
可控型多谐振荡器 a）与非门构成 b）或非门构成
1
充电回路 VCC→R1→VD1→C→地 放电回路 C →VD2→R2→⑦脚V→地 忽略二极管正向导通电阻估算: tP1≈0.7R1C tP2≈0.7R2C 振荡周期 T =tP1+tP2≈0.7(R1+R2)C 占空比 q =R1/(R1+R2)
+
充电
放电
模拟声响电路
VCC R1 7 R2 6 555Ⅰ 2 C1 1 0.01μ F (a) 电路 5 C2 8 4 3
三、单稳态触发器的应用 单稳态触发器在数字电路中一般用于整 形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相 等的波形） 、定时（产生一定宽度的矩形 波）、以及延时（把输入信号延迟一定时间 后输出）等。
(一) 脉冲的整形 无论输入到单稳态触发器的脉冲波形如何，只 要符合触发电压，能使单稳态电路翻转，就能在 输出端得到一定宽度、一定幅度、前后沿较陡的 规则矩形脉冲。
u u
T+
T-
t
u
B
t
u
C
u u
T+
T-
t
u
D
t
u Óëu
E
D ·´Ïà
数字电子技术基础习题
集成555定时器
555定时器又称时基电路，是一种用途很广 泛的单片集成电路。若在其外部配上少许阻容元 件，便能构成各种不同用途的脉冲电路，如振荡 器、单稳态触发器以及施密特触发器等。同时， 由于它的性能优良，使用灵活方便，在工业自动 控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到广泛 的应用。
数字电子技术基础
单稳态触发器
单稳态触发器特点是： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到 暂稳态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一 段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持 续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参 数。