用集成门电路构成的单稳态触发器(精)
数字电子技术基础_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
数字电子技术基础_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.计算CMOS逻辑门的扇出数时，只使用静态的输入电流和输出电流计算。
参考答案:错误2.某时序电路的状态转换图如图所示，若输入序列X = 110101（从最左边的位依次输入）时，设起始状态为【图片】，则输出序列为。
【图片】参考答案:1011013.JK触发器有使输出不确定的输入条件。
参考答案:错误4.所有触发器的建立时间都不为零。
参考答案:正确5.由或非门构成的基本SR锁存器在S=1、R=0时，将使锁存器进入置位状态。
参考答案:正确6.锁存器和触发器都属于双稳态电路，它们存在两个稳定状态，从而可存储、记忆1位二进制数据。
对吗？参考答案:正确7.CMOS门电路的特点：静态功耗；而动态功耗随着工作频率的提高而；输入电阻；抗干扰能力比TTL 。
参考答案:极低；增加；很大；高8.74LVC系列CMOS与非门在+3.3V电源工作时，输入端在以下哪些接法下属于逻辑0（74LVC系列输出和输入低电平的标准电压值为【图片】）？参考答案:输入端接低于0.8V的电源_输入端接同类与非门的输出低电平0.2V_输入端接地_输入端到地之间接10kΩ的电阻9.下列哪些CMOS门可以将输出端并接使用？参考答案:漏极开路（OD）输出_三态（TS）输出10.根据最简二进制状态表确定输出函数表达式时，与所选触发器的类型无关。
参考答案:正确11.下图各个CMOS电路中，V IL、V IH分别为输入低、高电平。
指出输出高电平的电路有。
参考答案:_12.传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间，其数值与电源电压VDD及负载电容的大小有关。
参考答案:正确13.按照制造门电路晶体管的不同，集成门电路分为MOS型、双极型和混合型。
对吗？参考答案:正确14.下图中，A、B为某逻辑电路的输入波形，Y为输出波形，则该逻辑电路为。
门电路组成的微分型单稳态触发器
门电路组成的微分型单稳态触发器单稳态触发器的特点:1. 电路中有一个稳态，一个暂稳态。
2. 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
3. 暂稳态是一个不能长期保持的状态，由于电路中RC 延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。
暂稳态的持续时间取决于RC 电路的参数值。
单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中。
1、电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门和或非门电路组成，图1(a)、(b)分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。
与基本RC 触发器不同，构成单稳态触发器的两个规律门是由RC 耦合的，由于RC 电路为微分电路的形式，故称为微分型单稳态触发器。
下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例，来说明它的工作原理。
(a) 由与非门构成的微分型单稳态触发器(b) 由或非门构成的微分型单稳态触发器图1 微分型单稳态触发器1. 没有触发信号时，电路处于一种稳态。
没有触发信号时，vⅠ为低电平。
由于门G2的输入端经电阻R 接VDD，因此vO2为低电平；G1的两个输入均为0，故输出vO1为高电平，电容两端的电压接近0V，这是电路的“稳态”。
在触发信号到来之前电路始终处于这个状态：vO1=VOH，vO2=VOL。
2. 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态。
当v1正跳变上升到Vth后，开头G1的输出vO1由高变低，经电容C 耦合，使vR为低电平，于是G2的输出vO2由低电平变为高电平。
vO2的高电平接至G1门的输入端，从而在此瞬间导致如下正反馈过程：这样G1导通，G2截止在瞬间完成。
此时，即使触发信号vⅠ撤除(vⅠ变为低电平)，由于vO2的作用，vO1仍维持低电平。
然而，电路的这种状态是不能长期保持的，故称之为暂稳态。
暂稳态时，vO1=VOL，vO2=VOH。
3. 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态。
在暂稳态期间，电源经电阻R和门G1的导通工作管对电容C充电，随着充电时间的增加，vC增加，使vR上升，当vR达到阈值电压Vth 时，电路发生下述正反馈过程（设此时触发器脉冲已消逝）：于是G1门快速截止，G2门很快导通，最终使电路由暂稳态返回至稳态，vO1=VOH，vO2=VOL。
单稳态触发器
《数字电子技术》
2.1 微分型单稳态触发器 2.2 集成单稳态触发器 2.3 单稳态触发器的应用
单元2 单稳态触发器
引言
《数字电子技术》
单稳态触发器是输出有一个稳态和一个暂稳态的电路。 它不同于触发器的双稳态。单稳态触发器在无外加触发信 号时处于稳态。在外加触发信号的作用下，电路从稳态进 入到暂稳态，经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发信 号无关。单稳态触发器在触发信号的作用下能产生一定宽 度的矩形脉冲，广泛用于数字系统中的整形、延时和定时。
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（1）稳态
在无触发信号（uI为高电平）且R＜ ROFF时，G2门关闭，uO2输出高电平；G1门 全1出0，uO1为低电平，电路处于稳态。
工作波形
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（2）暂稳态
tW ≈ 0.7RC 在应用微分型单稳态触发器时对触发信号uI的脉宽和
周期要有一定的限制。即要求脉宽要小于暂稳态时间，周 期要大于暂稳态加恢复过程时间，这样才能保证电路正常 工作。
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
集成单稳态触发器根据工作状态的不同可分为不可重复触发和可重复
逻辑符号
引脚排列
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
74LS121的 功能表
1、触发脉冲 74LSl21有两种触发方式，可以上升沿触发，也可下降沿触发。
（1）上升沿触发时，触发脉冲应从B端输入，且A1和A2中至少有一 个为低电平。此时，电路由稳态翻转W延时即可得一负脉冲 。因此利
单稳态触发器
同时输出返回到
的状态。
此后电容C通过电阻R和G2门的导通电路放电， 最终使电容C上的电压恢复到稳定状态时的初始 值，电路从暂稳态回复到稳态。
2．电路波形 uI
0 uO1
uI02 UDD UTH
0
uO
tw
tw
0
t1 t2
t
t UDD+ΔU
t
t
由波形图可知，若uI的正脉宽大于暂态脉宽tw，在电 路由暂态返回到稳态时，由于门G1被uI封锁住了， 会使输出uO的下降沿变缓，波形质量下降。 此时可以在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，
当输入触发脉冲uI上升到G1门的阈值电压UTH，电路中 将产生如下正反馈过程： uI↑→ uO1↓→ uI2↓→ uO↑ 则门G1迅速导通，uO1很快 从高电平跳变为低电平 ，而由于电容C两端的电压不能 突变，所以uI2也同时跳变为低电平，门G2截止，输出 uO跳变为高电平。
此时即使触发信号uI撤除（即uI变为低电平），uO仍维 持高电平。 但电路的这种状态不能长久保持，所以叫做暂稳态。
数字电子技术基础
单稳态触发器
单稳态触发器
1.1 门电路构成的单稳态触发器 1.2 集成单稳态触发器
单稳态触发器--只有一个稳定状态的触发器。
特点：在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态； 在触发脉冲到来时，电路由稳定状态翻转为暂 稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回 稳定状态。
暂稳定状态维持的时间长短，取决于电路的 参数（RC），与触发脉冲无关。
另外要注意，对于不同逻辑门组成的单稳态触发器， 电路的触发信号和输出脉冲是不一样的。
3．电路主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tw。 由波形图知，输出脉冲宽度tw为电容C充电过程。 即uI2从0V上升到UTH所需的时间。
6.2 单稳态触发器
路完全回到初始稳态下。
3.参数计算
VDD 0 tW RC ln RC ln 3 1.1RC 2 VDD VDD 3
单稳态电路输出脉冲的周期，是由外加触发
器信号周期决定。为使单稳态电路能正常工
作，要求触发信号必须等到单稳态电路完全
恢复到初始稳态下，即uc=0V，uo=0低电平，
随 着 C 的 充 电 ， uc 按 指 数 规 律 上 升 ， 当 uc≥2VDD/3时，比较器输出 UA=1，由于触发信 号 uI=UIH ，则比较器的输出 UB=0 ，这样基本 RS触发器的输出 Q=0，使输出 uo下跳为低平 0。 同时，放电管 V 导通，电容 C 经 V 很快放电， 电容C两端电压又恢复为0V，即uc=0，这时电
6.2.1 用555定时器构成的单稳态电路
ui
1.电路结构
＋UD D R R D TH ui C TR 7 6 2 8 4 uo
UD D 1U 3 DD uC o tP t
2U 3 DD
5 55 3 1 5 C0 0 .0 1 F
o uo UD D
t tW
(a )
o (b )
t
2.工作原理
（1）稳态 当电源接通时，UDD通过R对C充电，使Uc上升。 当上升到2UDD/3且触发输入端为高电平， Ui>UDD/3时，则输出低电平UO=0，晶体三极管导 通，电容通过7端（接地）迅速放电，使Uc下降。 由于Ui>UDD/3，电容放电，直到Uc=0，仍能保持 UO=0，放电是管导通的稳定状态。其原因是： U6<2UDD/3，U2>UDD/3，其输出保持不变。
为宽度和幅度一定的矩形脉冲。单稳态触发器
能输出一定宽度和幅度的矩形脉冲，所以，单
集成单稳态触发器
9.4.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器既有TTL 型集成电路，如74121、74122等，也有CMOS 型集成电路，如CC14528、CC4098等。
同时，根据器件工作特性的不同，集成单稳态触发器又可分为不可重复触发型和可重复触发型两类。
★ 不可重复触发型的单稳态触发器，指其输出一旦被触发，进入暂稳态期间，如果再有新的触发信号输入，也不会影响电路的工作过程，必须等暂稳态结束，电路重新进入稳态后，电路才能接受新的触发信号，出现下一次暂稳态。
★ 可重复触发型的单稳态触发器则不同，在电路暂稳态期间，如果再有新的触发信号输入，电路将被重新出发，使得输出暂稳态时间延长，以新的触发信号为起点，再维持一个脉冲宽度的时间。
这两种类型的单稳态触发器的工作波形如图9.4.3所示。
图9.4.3 不可重复触发型和可重复触发型的单稳态触发器的工作波形（a ）不可重复触发型 （b ）可重复触发型一．不可重复触发型单稳态触发器74121/541211. 逻辑符号和管脚分析74121和54121是典型的不可重复触发型单稳态触发器，两者主要在使用温度、外接电阻大小和使用电源范围等方面有差异，其芯片封装图和逻辑符号相同，如图9.4.4所示。
图9.4.4 不可重复触发型单稳态触发器74121/54121（a ）芯片封装图 （b ）逻辑符号W t★ 由图9.4.4（a ）可知：74121和54121都是DIP （双列直插）14管脚的芯片，其中，14、7管脚为电源端，2、8、12、13管脚为空管脚（标注 ），没有任何功能。
剩余8个管脚均为功能端。
★ 图9.4.4（b ）为74121/54121的逻辑符号，其上标注了8个功能端的使用特点。
◆ 2个输出端状态互补，电路正常工作，出现输入激励信号时，两端同时输出暂稳态，且电平相反。
◆ 6个输入端中， 是逻辑信号输入端。
其中：是低有效的触发信号输入端，是高有效的触发信号输入端，三者经过相应逻辑运算，形成后级单稳态触发单元的输入激励信号，用表示，即（表达式中， 的含义，它是指低有效的触发信号 的非形式。
门电路组成的微分型单稳态触发器
t3
(b)
电容正反馈
多谐振荡器
当vd下降至Vth时，G1由开态变为 关态，va由低电平上跳至高电平，G2 由关态变为开态，vb由高电平下跳至 低电平。电路又一次自动翻转。
当G1处于关态，G2处于开态后，
R
d
&
a
G1 C
(a) 3.6V
va
0.3V
&b G2
电 容 C 充 电 ， vd 电 位 逐 渐 上 升 ， 在 vd 上升至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅱ，
电路从暂稳态回到原来的初始稳定状态，电容上的电压恢复到原来的初始态0
输出脉冲宽度的计算：
主要参数的计算
vR t vc
vc
0
vc
t
e
tw
ln
vc vc vc vc
0
tw
估算
三要素公式
tw
ln
vc vc vc vc
0
tw
RCIn VDD 0 0.7RC
vb
0.3V
放
如图中t2～t3期间的波形。
vd ΔV 1.4V
电
电
充
当vd上升至Vth时，G1由关态变为
tw1
tw2
开态，G2由开态变为关态，进入暂态 Ⅰ。以后不断重复上述过程，从而形
成周期振荡，在输出端获得矩形波v
电容正反馈 多谐振荡器
R
d
&
a
G1 C
(a) 3.6V
va
0.3V
VDD
1 2
VDD
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特点： ① 电路有一个稳态，一个暂稳态 ② 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态 ③ 暂稳态不能长久保持，电路会自动翻转回稳态 ④ 电路在暂稳态中持续的时间，由RC延时环节决定
单稳态触发器
2021/4/2
图6-16 74121的电路符号 14
功能： （1）触发方式：
2021/4/2
15
（2）定时元件接法：
图(a)：外接电阻
图(b)：用内部电阻
R=Rext（1.4~40kΩ图）6。-17 74121R应＝用R电in路t (约为2kΩ)。
输出脉冲uO的宽度：tw ≈ 0.7RCext
外接电容Cext一般取值范围为10 pF～10μF，在
要求不高的情况下最大值可达1000μF。
2021/4/2
16
6.3.3 单稳态触发器的应用
单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。 1. 脉冲延时
如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳 电路来实现。
u20O21的/4/2 下降沿比图u6I-的18下单降稳沿电延路迟的了延t时w的作用时间。
1. 输入脉冲触发方式
上升沿触发 下降沿触发
2021/4/2
12
2. 不可重复触发型与可重复触发型
图（a）为不可重复
图 （ b ） 为 可 重 复 型触发单稳态触发器
触发型单稳态触发器
该电路在触发进入暂
该电路在触发进入 稳态期间如再次受到触
暂稳态期间如再次被 发，对原暂稳态时间没
触发，则输出脉冲宽 有影响，输出脉冲宽度
3. 对输入触发脉冲宽度的要求
在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的 宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1＜tw，否则电 路不能正常工作。
如出现tw1＞tw的情况时，可在触发信号源uI和G1 输入端之间接入一个RC微分电路。
2021/4/2
11
6.3.2 集成单稳态触发器
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简 单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小， 而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单 稳态触发器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3. 对输入触发脉冲宽度的要求
在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的 宽度 tw1 应小于输出脉冲的宽度 tw ，即 tw1 ＜ tw ，否则电 路不能正常工作。 如出现 tw1 ＞ tw 的情况时，可在触发信号源 uI 和 G1 输入端之间接入一个RC微分电路。
2018/9/18 11
6.3.2
1. 电路组成及工作原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路形式， 故该电路又称为微分型单稳态触发器。
图6-14 集成门电路构成的单稳态触发器
（1） 输入信号uI为0时，电路处于稳态。 uI2=VDD，uO=UOL =0，uO1＝UOH =VDD。 （2）外加触发信号，电路翻转到暂稳态。 当uI产生正跳变时，uO1产生负跳变，经过电容C 耦合，使uI2产生负跳变，G2输出uO产生正跳变；uO 的正跳变反馈到G1输入端，从而导致如下正反馈过程：
集成单稳态触发器
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简 单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小， 而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单 稳态触发器。 1. 输入脉冲触发方式 上升沿触发 下降沿触发
2018/9/18
12
2. 不可重复触发型与可重复触发型
图（ a ）为不可重复 图（b）为可重复 触发型单稳态触发器 型触发单稳态触发器 该电路在触发进入暂
2018/9/18 16
6.3.3 单稳态触发器的应用
单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。 1. 脉冲延时 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳 电路来实现。
图6-18 单稳电路的延时作用 u O的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。 2018/9/18
17
2. 脉冲定时
单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲， 利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间 内动作(或者不动作)。
2018/9/18
7
使电路迅速由暂稳态返回稳态，uO1=UOH、uO= uO2=UOL。 从暂稳态自动返回稳态之后，电容C将通过电 阻R放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。
2018/9/18 8
2018/9/18
图6-15 单稳态触发器工作波形
9
2. 主要参数
（1）输出脉冲宽度tw
输出脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间。根据
uI2的波形可以计算出： tw ≈0.7RC （2） 恢复时间tre 暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状 态。一般，恢复时间tre为（3~5）放电时间常数（通 常放电时间常数远小于RC）。
2018/9/18 10
（3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）
设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发 器能够正常工作，应当满足 T ＞ tw +tre 的条件，即 Tmin= tw +tre。因此，单稳态触发器的最高工作频率为 fmax = 1/ Tmin = 1/（tw +tre）
2018/9/18 5
使电路迅速变为G1导通、G2截止的状态，此时， 电路处于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的状态。然而这一 状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。
2018/9/18
6
（3）电容C充电，电路由暂稳态自动返回稳态。
在暂稳态期间，VDD经R对C充电，使uI2上升。 当uI2上升达到G2的UTH时，电路会发生如下正反馈过 程：
2
6.3
工作特点：
单稳态触发器
第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转
到暂稳态；
第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳 态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数， 与外加触发信号无关。 例：楼道的路灯 。
2018/9/18 3
6.3.1 用集成门电路构成的单稳态触发器
3. TTL集成单稳态触发器电路74121的功能及其应用 74121是一种不可重复触发的单稳态触发器，它 外接定时 既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内 触发输 元件引脚 内部电 部还设有定时电阻 Rint(约为2kΩ)。 入端 输出端 阻引脚 表6-1 74121电路的功能表
2018/9/18
该电路在触发进入
暂稳态期间如再次被
稳态期间如再次受到触
发，对原暂稳态时间没 有影响，输出脉冲宽度
触发，则输出脉冲宽
度可在此前暂稳态时 tw 仍从第一次触发开始 因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较 间 的 基 础 上 再 展 宽 tw 。 计算。 2018/9/18 13 方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。
2018/9/18
图6-19 脉冲定时
18
作业题
6-3
2018/9/18
19
图6-16
74121的电路符号
14
功能： （1）触发方式：
2018/9/18
15
（2）定时元件接法：
图(b)：用内部电阻 图(a)：外接电阻 图 6-17 74121R 应用电路 ＝Rint (约为2kΩ)。 R=Rext（1.4~40kΩ ）。 输出脉冲uO的宽度：tw ≈ 0.7RCext 外接电容Cext一般取值范围为10 pF～ 10μF，在 要求不高的情况下最大值可达1000μF。
6.3
ห้องสมุดไป่ตู้
单稳态触发器
结束 放映
6.3.1 用集成门电路构成的单稳态触发器
6.3.2 集成单稳态触发器
6.3.3 单稳态触发器的应用
2018/9/18
1
复习
脉冲电路的研究重点与数字电路有何不同？ 常用脉冲波形的产生与变换电路有哪些？ 周期性矩形波的主要参数？ 施密特触发器的特点和主要应用？
2018/9/18