第7章 脉冲波形的产生与变换
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数字电子技术10脉冲波形的产生与变换资料
0
vR
vO2
vO1
vo1
t1
t
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0 回到稳态：vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
0
t
t
G1 ≥1
C
1 G2 vR
R
VDD
vo2
vI
0
t
21
vO1 G1 ≥1
C
vO2 1 G2 vR
R VDD
vi
vo 1
vR
0
t1
t
vI
0
t
t tW
2. 主要参数计算：
常用的整形电路有单稳态触发器和施 密特触发器 。
3
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T; 2、脉冲幅度Vm 3、脉冲宽度tw 4、上升时间tr
5、下降时间tf
6、占空比q q = tw / T
4
10. 2 施密特触发器 施密特触发器(Schmitt Trigger)的特点：
（1）属于电平触发，当输入信号达到一定电压值时，输 出电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不 同的阈值电平。 （2）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得很陡。 VO VOH
1
G2
vI
vO1
vR
vR VDD
vO1 ＝ 0 ，vO2 ＝ 1, 同时： +5V
R4
vI
电容C应 该充电
vo2
vR
0
T4 T5
t
vo 1
C
R
VDD
t 只要 vR < Vth ，仍 然维持暂稳态。
0
vR
vO2
vO1
vo1
t1
t
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0 回到稳态：vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
0
t
t
G1 ≥1
C
1 G2 vR
R
VDD
vo2
vI
0
t
21
vO1 G1 ≥1
C
vO2 1 G2 vR
R VDD
vi
vo 1
vR
0
t1
t
vI
0
t
t tW
2. 主要参数计算：
常用的整形电路有单稳态触发器和施 密特触发器 。
3
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T; 2、脉冲幅度Vm 3、脉冲宽度tw 4、上升时间tr
5、下降时间tf
6、占空比q q = tw / T
4
10. 2 施密特触发器 施密特触发器(Schmitt Trigger)的特点：
（1）属于电平触发，当输入信号达到一定电压值时，输 出电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不 同的阈值电平。 （2）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得很陡。 VO VOH
1
G2
vI
vO1
vR
vR VDD
vO1 ＝ 0 ，vO2 ＝ 1, 同时： +5V
R4
vI
电容C应 该充电
vo2
vR
0
T4 T5
t
vo 1
C
R
VDD
t 只要 vR < Vth ，仍 然维持暂稳态。
0
数字电子技术-脉冲波形的产生与变换
3
锯齿波变换的应用
在数字电子技术中，锯齿波的变换常用于产生矩 形波等脉冲波形，这些波形在信号处理、测量和 控制等领域有广泛的应用。
04
脉冲波形产生与变换的方法
数字方法
数字方法是指通过数字电路和数字信号处理技术来产生 和变换脉冲波形。
数字方法可以通过编程实现各种不同的脉冲波形，如矩 形波、三角波、正弦波等。
数字电子技术-脉冲波形 的产生与变换
• 引言 • 脉冲波形的产生 • 脉冲波形的变换 • 脉冲波形产生与变换的方法 • 脉冲波形产生与变换的实际应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
脉冲波形是指具有特定形状、幅 度、宽度和重复频率的波形，广 泛应用于数字电子技术中。
02
脉冲波形的产生与变换是数字电 子技术中的重要内容，涉及到信 号处理、通信、控制等多个领域 。
光纤通信
在光纤通信中，脉冲波形产生与变换技术用于生成高速光脉冲，实现大容量、高速的光信号传输。通 过调制技术，将数字信号加载到光脉冲上，提高通信系统的传输效率和可靠性。
在测量技术中的应用
时间测量
利用脉冲波形产生与变换技术，可以生成精确的时间间隔和频率，用于时间测量和计时 应用。例如，高精度计数器和频率计等测量仪器利用脉冲波形产生与变换技术实现高精
数字方法具有精度高、稳定性好、易于实现复杂波形等 优点。
数字方法还可以实现脉冲波形的调制和解调，广泛应用 于通信、雷达、测控等领域。
模拟方法
01
模拟方法是指通过模拟 电路和模拟信号处理技 术来产生和变换脉冲波 形。
02
模拟方法具有简单、直 观、易于实现等优点。
03
模拟方法可以通过简单 的RC电路、LC电路等实 现矩形波、锯齿波等基 本脉冲波形。
脉冲波形产生与变换电路(课件)
矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
用555定时器组成的脉冲电路
端为低电平。
（4）放电管V（也称开关管）和输出缓冲器门2和门3：
V为N沟道增强型MOS管，当OUT为低电平时，V的栅极电位为 高电平，V导通; 当OUT为高电平时，V的栅极电位为低电平，
V截止。 门2和门3为输出缓冲器，用来提高定时器的带负 载能力， 同时也隔离负载对定时器的影响。
2． CC7555
的多谐振荡器。 本节主要介绍用集成定时器构成的多谐振 荡器和频率稳定性高的石英晶体振荡器。 多谐振荡器的符 号如图9.3.1所示。
G
图7.3.1 多谐振荡器符号
7.3.1 由555定时器构成的多谐振荡器
1． 工作原理
图7.3.2（a）所示为由CC7555构成的多谐振荡器电路，
R1、 R2和C是外接定时元件。 电路的工作波形如图7.3.2
由于电路中接入了石英晶体，这个振荡器只能谐振在
频率f0上。对于TTL门，R1、R2通常取0.7～2kΩ，而对于C MOS门取10～100MΩ。电容C1、C2作为非门间的耦合，其容 抗对石英晶体的谐振频率f0应可忽略不计。
在振荡器输出端再加一级反相器， 可以提高带负载 能力， 改善输出波形。
图7.3.6（a）是在输出端加一级分频后再输出的可以 产生两相时钟信号的电路， 7.3.6（b）是其工作波形。
保证参考电压不变。
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有+号和-号。当U+＞U-时，比较器 输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
（3）基本RS触发器：R、S的值取决于比较器A、B的输 出。R端为RS触发器的复位端，该端为低电平时，Q=0，OUT
0.5 Um 0.1 Um
Um
（4）放电管V（也称开关管）和输出缓冲器门2和门3：
V为N沟道增强型MOS管，当OUT为低电平时，V的栅极电位为 高电平，V导通; 当OUT为高电平时，V的栅极电位为低电平，
V截止。 门2和门3为输出缓冲器，用来提高定时器的带负 载能力， 同时也隔离负载对定时器的影响。
2． CC7555
的多谐振荡器。 本节主要介绍用集成定时器构成的多谐振 荡器和频率稳定性高的石英晶体振荡器。 多谐振荡器的符 号如图9.3.1所示。
G
图7.3.1 多谐振荡器符号
7.3.1 由555定时器构成的多谐振荡器
1． 工作原理
图7.3.2（a）所示为由CC7555构成的多谐振荡器电路，
R1、 R2和C是外接定时元件。 电路的工作波形如图7.3.2
由于电路中接入了石英晶体，这个振荡器只能谐振在
频率f0上。对于TTL门，R1、R2通常取0.7～2kΩ，而对于C MOS门取10～100MΩ。电容C1、C2作为非门间的耦合，其容 抗对石英晶体的谐振频率f0应可忽略不计。
在振荡器输出端再加一级反相器， 可以提高带负载 能力， 改善输出波形。
图7.3.6（a）是在输出端加一级分频后再输出的可以 产生两相时钟信号的电路， 7.3.6（b）是其工作波形。
保证参考电压不变。
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有+号和-号。当U+＞U-时，比较器 输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
（3）基本RS触发器：R、S的值取决于比较器A、B的输 出。R端为RS触发器的复位端，该端为低电平时，Q=0，OUT
0.5 Um 0.1 Um
Um
7脉冲波形的产生与整形电路
图
脉冲定时
EXIT
数模和模数转换器
7.3 施密特触发器
主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿 陡峭的矩形波。 特点： ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持 和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平 触发。 ⑵电压传输特性特殊 ，电路有两个转换电平 （上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。 ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡 峭的矩形脉冲。
脉冲信号。
EXIT
数模和模数转换器
7.1 多谐振荡器
1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交
替，从而产生自激振荡，无需外触发。
3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的
谐波分量，故称作多谐振荡器。
EXIT
数模和模数转换器
7.1.1 矩形脉冲的主要参数 1. 常见的脉冲波形 脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
图7-1 常见的脉冲波形图 EXIT
数模和模数转换器
2. 矩形波及其参数
数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波
有周期性与非周期性两种。
图7-2 非周期性和周期性矩形波 (a) 非周期性 (b) 周期性 EXIT
数模和模数转换器
图7-3 矩形波的主要参数
周期性矩形波的 周期用T表示，有时 也用频率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外几 个主要参数：
前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振 荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参
数误差的影响。
而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信
号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号
频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面
202X年数电-07-脉冲波形的变换与产生
※ 11
1 vO 1
vO
vI
0
G1 ≥1
00
≥1 G2
vO1
－ + vI2Vth
vI
VDD
vI2
vO由1变0vO1=1(注意(zhù yì)：
∵此时vI的正脉冲已撤消)
VTH
VDD+VTH VDD+Δ+
电容电压不能突变(tūbiàn)vC=Vth
vO
vI2上升到VDD+Vth
暂态过程结束
v如果G2是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用 vI2只能(zhī nénɡ)上升到VDD+Δ+
预备知识：
TTL与非门
1、门坎(ménkǎn)电平（阈值电压)：VTH
TTL与非门或反相器的电压传输(chuán shū)特性为：
输出低电平（逻辑0） ——与非门开通 输出高电平（逻辑1） ——与非门关闭
开门电平VON：使与非门开通的输入高电平的最小值。 关门电平VOFF：使与非门关闭的输入低电平的最大值。
(4)用TTL与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输入(shūrù)电流，
则应R ＜Roff，而Rd ＞Ron。CMOS门组成的单稳态触发器中R、
Rd 不受此限制。
第十七页，共九十二页。
※ 16
二、 积分(jīfēn)型单稳态触发器
两个与非门+RC积分电路 工作(gōngzuò)原理：
1 vO1 R
输出宽脉冲。
第十四页，共九十二页。
VDD+VTH VDD+Δ+
※ 13
3、主要参数计算(jìsuàn)：
vO
vO
1
பைடு நூலகம்
脉冲波形的产生与变换
脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法：一是利用振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器；二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
9.1 多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL门电路和CMOS门电路组成。
由于TTL门电路的速度比CMOS门电路的速度快, 故TTL门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL门电路组成的多谐振荡器由TTL门电路组成的多谐振荡器有两种形式：一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器；二是由非门和RC延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
①简单环形多谐振荡器uo(a) (b)图9－1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9－1（ａ）为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9－1（ｂ）为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
第7章_脉冲波形的产生与处理电路
第七章：脉冲波形的产生与 处理电路
内容提要
内
脉冲波形的定义
容 提
要
主要内容如下：
➢脉冲波形参数 ➢若干脉冲波形发生电路
要点
要 点
在脉冲波形产生与处理电路中， 各种半导体器件大都工作在大 信号状态，属于非线性应用
电路的分析方法和内容与放大 电路明显不同，讨论的重点是 电路的瞬态特性等
常见的脉冲波形
0
第
二
节
：
半
导
N
体 器
件
pn (x)
的 开
pn0
关 特
性
x
0
t 经t 过0 时后ts 时的PN间电结后荷中P存N储结
VR
效电中荷存应的储变电化荷的变化
二极管的开关特性(三)
i vD
D
vI VF
vI
RL vO 0
t1 t
VR
初始状态：
i
t 0时
IF
vI VF IF (VF vD ) / RL
i vD
D
vI
RL vO
初始状态： t 0时
vI VF
0 VR
i IF
二极管由截止转为 正向导通所需时间
第 二 节
t1 t 称为开通时间
： 半
导
导通过程简述
体
器
件
vI VF
二极管的开通时间 IF (VF vD ) / RL
0 iR
比 短得多，可以 IR ts
tf
t 0.1I R
trr
忽略不计 trr
： 半
使集电区也有电子注入至基区，使基区 导
少子增多，形成比工作于放大区多的电
体 器
内容提要
内
脉冲波形的定义
容 提
要
主要内容如下：
➢脉冲波形参数 ➢若干脉冲波形发生电路
要点
要 点
在脉冲波形产生与处理电路中， 各种半导体器件大都工作在大 信号状态，属于非线性应用
电路的分析方法和内容与放大 电路明显不同，讨论的重点是 电路的瞬态特性等
常见的脉冲波形
0
第
二
节
：
半
导
N
体 器
件
pn (x)
的 开
pn0
关 特
性
x
0
t 经t 过0 时后ts 时的PN间电结后荷中P存N储结
VR
效电中荷存应的储变电化荷的变化
二极管的开关特性(三)
i vD
D
vI VF
vI
RL vO 0
t1 t
VR
初始状态：
i
t 0时
IF
vI VF IF (VF vD ) / RL
i vD
D
vI
RL vO
初始状态： t 0时
vI VF
0 VR
i IF
二极管由截止转为 正向导通所需时间
第 二 节
t1 t 称为开通时间
： 半
导
导通过程简述
体
器
件
vI VF
二极管的开通时间 IF (VF vD ) / RL
0 iR
比 短得多，可以 IR ts
tf
t 0.1I R
trr
忽略不计 trr
： 半
使集电区也有电子注入至基区，使基区 导
少子增多，形成比工作于放大区多的电
体 器
脉冲波形详解
2、〕工作波形及输出脉宽的计算
R
84
7
3
vC
6 555
vI
2
5
C
1
vI VCC
vO
O
vC
O
0 .0 1 F
vO
O
tw=RC1n3≈1.1RC
2 3 VCC
t
t
tW t
8.4.4 用555定时器组成多谐振荡器
阻特性
X fs
电 容 性
电 感 性
f
电 容 性
2、石英晶体振荡器
G1
1
C1
G2 1
vO
R
C2
R
R: 使反相器工作在线性区 C1 : 用于两个反相器间的耦合。 C2 : 抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。 电路的振荡频率仅取决于石英晶体谐振频率，而与电路 中的R、C的数值无关。
3、双相脉冲产生电路
2
t
= RCln2
V DD V TH
0
vO
t
tw≈0.7RC
tW
0
t1
t2
t
8.1.2 集成单稳态触发器
没有被重复触发 不可重复触发
vI
vO
可重复触发
vI
tw
tw
(a)
被重复触发
vO
tw
tw
(b)
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121
B
G1
A1
&
A2
G4 &
a G2 &
G3 &
Cext
vI
vo
1
vI
VT＋ VT－
O vO VDD
数字电子技术第7章脉冲波形的产生与变换简明教程PPT课件
v I' vO1 vO __________________ |
于是电路的状态迅速转换为 vO VOH VDD 。
' 由此可知，输入信号 v I 上升的过程中电路的状态发生转换是在 vI VTH 时，把此 时对应的输入电压值称为上限阈值电压，用 VT 表示。
1
使 v O1 迅速跳变为低电平。由于电容上的电压不能跃变，所以v I2 也同时跳变到低电平，并 使 vO 跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使 vd 回到低电平， vO 的高电平仍将维持。 与此同时，电容C开始充电。
③暂稳态维持一段时间后自行回到稳态。随着充电过程的进行， v I2 逐渐上升，当上升到 略高于 VTH 时，又引发另外一个正反馈过程
根据以上分析，电路中各点电压波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W RC ln VDD 0 RC ln 2 0.69RC VDD VTH
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL VDD
微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。在 v I 的脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况 下，电路仍能正常工作，但是输出脉冲的下降沿较差。
根据以上分析，电路中各点电压的波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W ( R RO )C ln
VOH VOL VTH VOL
式中RO 为反相器 G 1 输出为低电平时的输出电阻。
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL
积分型单稳态触发器的优点是抗干扰能力较强。它的缺点是输出波形的边沿比较差。 此外，积分型单稳态触发器必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲的宽度时才能正常工作。
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2 3
t VCC 所用时间
20
FF的恢复时间 TR = (3~5)RonC = 4RonC ∴ 触发信号最小周期： T = Tw+ TR = 1.1RC + 4 RonC T: resolution 分辨率 触发信号最大工作频率：
Vi
1V 3 CC
Ti
t
Vo
(Q) 2 VC V 3 CC
TW TR
TW
T
一个脉冲中有效的脉冲比; 高电平占的比例
2
§ 7.1 555定时器
IC 模块
Vcc 8
电路
3 个电阻 R = 5 kΩ 2 个比较器 C1 、C2 1 个基本 RS-FF 放电管 T
R
Control
R
VCO
5
6
R
2 VCC 3
Threshold TH 阈值 Trigger 触发
TR
+ C1 -
+
C
S R Q Q 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 保持
FF state
S R 0→1不定 Set (1) S≠R Reset (0) Q=R No- change
4
Vcc
R VCO TH
8
2 VCC 3
5 6
R
+ ≥ - C=1
+C
110
R
1 V CC 3
-
1
Q Q RD
Q Q
1 VCC 3
2
R
-C
+
2
S
RD
3 Output 7 DIS Discharge T 放电
1
4 RD GND
Reset 清0
3
Vcc 8
R
VCO TH
5 6
R
2 VCC 3
+
1 V CC 3
C1
R
Q
3 7 DIS
TR 2
R
-C
+
Q
2
S R D 4
1
与非门基本 RS-FF
比较器 + ≥ - C =1 +<C =0
7.2.2 与非门构成的施密特触发器 （略）
10
7.2.3 集成施密特触发器
74LS132是由4个独立的两输入与非门构成的 TTL集成施密特触发器.
A B
&
Y
符号 A 或 B 或二者 < VT- , Y = 1； 只有当 A 和 B 都 > VT+ , Y = 0。
Y = AB
11
管脚图
逻辑功能
一个施密特与非门电路 电路: 正向阈值 VT+ = 1.5 ~2.0 V， 反向阈值 VT- = 0.6~1.1 V 输入 两输入二 极管与门 电路 中间级 施密特触 发器（回 差） 输出 逻辑非 功能 典型回差电压 ΔV = 0.8 V
1 1 0
0 1 1
1
0
OFF (open)
1NC 0 NC 0 0 1 1 ON (GND)
5 ON (GND)
Φ
Φ
Φ Φ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vcc 8 R 2V 3 VCO 5 TH 6 R 1V
3
CC
555 定时器管脚图
+ C - 1 -C + 2
R
Q Q
3 7
DIS
CC
GND TR Q RD
TR 2 R
S
RD
t
暂稳态持续时间TW
Tw VC (∞) − VC (0 ) = RC ln VC (∞) − VC (t )
VCC − 0 ＝RCln = 1.1RC 2 VCC − VCC 3
+
Vi
1 V 3 CC
t TW
VCC
(Q)
Vo t
2 VC VCC 3
TW = 1.1RC TW 是重要参数, 是电容C充电到
1
4
1 2 3 4
555
8 7 6 5
VCC DIS TH VCO
总结
1 2 V2 < VCC , V6 < VCC , Q = 1 Q = 0 T 截止 ① 3 3 2 1 ② V2 > 3 VCC , V 6 > 3 V CC , Q = 0 Q = 1 T 导通
③
1 V2 > VCC , V6 < 2 VCC , 3 3
(3) 定时元件接法 定时元件 R , C 外接 R: RX ~ VCC 之间 C: CX ~ RX 之间 Rint (RI): Rint = 2 kΩ RI ~ VCC (内接电阻) C: CX (外接电容)
C R
74121
A1 & A2 ≥1 B 1
Q Q
10
* RI * CX 11 RX/CX *
29
电路 微分电路
VCC
R3
Q2
Vi2 C3
A Vi1
Q1 Vi2
Q1
Vi1 &
T ’W =2 s = 1.1R1C1 （555）
<
1 V 3 CC
按 A: A 低 否则 : A 高
Q2 A
T ’’W =15 s = 1.1R2C2
“1”
555 定时器单稳态, 在 T ’w 后 Q1 不回到高电平，在 两个单稳态触发器之间需要一个微分电路，形成一个 窄脉冲来触发 T ’’w . 74121不需要微分电路.
VCC 14 GND
9
74121
A1 & A2 ≥1 B 1
内接
Q Q
74121暂稳态时间 Tw :
C
* RI * CX * RX/CX
VCC GND
Tw = 0.7RC
24
7.3.4 单稳态触发器应用
1. 波形转换 把不符合要求的波形整形成 Tw , Vm 都一定的脉冲. Tw ～ R, C. 555 定时器单稳态: 触发 负边沿 1 < 3 VCC
Vi
定时元件 : R, C TH: 晶闸管 灯亮时间 : TW = 1.1RC
按A
Q
TW
27
例 3 曝光电路
白灯：曝光 红灯：常开
Vi Q
TW
按A
TW = 1.1RC
28
3. 延时 TW 下降沿触发下一个电路. 例 : 花房自动控制系统: 每次喷药2 s, 马上喷水15 s 分析: 第一个单稳态 T‘W = 2 s (喷药), T ‘W 下降沿触发喷水开关: T ''W = 15 s (water). 两个单稳态触发器
VCC
t
t
T
1 f = T
实际触发周期Ti : Ti ≥ T
21
7.3.3 集成单稳态触发器74121
74121 是非重复触发的单稳态触发器， FF进入暂 稳态后, 不再接收新触发信号, 直到TW 时间后结束。 IEEE 符号 :
74121
A1 3 ≥1 & A2 4 5 B Rint 9 * RI Cext 10 * CX Rext/Cext * RX/CX 11
Vo
脉冲展宽和变窄
TW
TW
t
25
2. 定时 例1
Vi Q & F
单稳态 CLK Vi Q
CLK
TW
F
CLK 输出
26
例 2. 楼道照明灯控制电路 工作原理
R T1 Vi A C Ve TH
按 A之前, Vi= 1, Q = 0, 稳态, T1 截止, Ve = 0, TH 开路, 灯不亮; 按 A, Vi = 0, Q = 1, T1导通, Ve > 0 , TH 导通, 灯亮.
17
设 Q=1, Q=0, T 截止, 7 →开 VCC 向C 充电, VC 升高, 当
2 > V VC 3 CC
VCC R VC Vi C
8 4 7 6 2 1 5
0.01μF
Q
, Q =0
555 3
Q=1, 放电管 T 通过 V6 <
2 3
VCC , V2 >
1 3
VCC
Q=0 保持 工作原理
（P167. 图 7.11 ）
工作原理
亮，RL 小，Vi 大，Vi > (2/3 VCC), Q=0. 继电器不吸合开关，路灯不亮； 暗，RL 大，Vi 小，Vi < (1/3 VCC), Q=1. 继电器吸合开关，路灯亮.
15
§7.3 单稳态触发器
One-Shots (Monostable Multivibrators) 单稳态触发器
8 4 7 6 2 1 5
找电路的稳定状态:
Q
3
设 Q=0 , Q=1, 放电管 T 导通, 7→地 7,6 →GND, (V6 < Vi =1, (V2 >
1 3 2 3
555
0.01μF
VCC )
VCC )
R, C 定时元件 电容隔直, 使 VCO 悬空, 防止引入干扰, 既不是1, 也不是0
Q 保持, Q=0
Vi VO
翻转电平不同
回差电压 ΔV = VT+ - VT符号
7
7.2.1 由555定时器构成的施密特触发器
Schmitt Trigger 电路 :
VCC
VD
8 4 2 7
VO
Q
555
Vi
6 1 5 VCO 3
波形相同， 幅度可能不同
不用时悬空
8
工作原理
Vi < 1/3 VCC,
设输入为三角形波形
t VCC 所用时间
20
FF的恢复时间 TR = (3~5)RonC = 4RonC ∴ 触发信号最小周期： T = Tw+ TR = 1.1RC + 4 RonC T: resolution 分辨率 触发信号最大工作频率：
Vi
1V 3 CC
Ti
t
Vo
(Q) 2 VC V 3 CC
TW TR
TW
T
一个脉冲中有效的脉冲比; 高电平占的比例
2
§ 7.1 555定时器
IC 模块
Vcc 8
电路
3 个电阻 R = 5 kΩ 2 个比较器 C1 、C2 1 个基本 RS-FF 放电管 T
R
Control
R
VCO
5
6
R
2 VCC 3
Threshold TH 阈值 Trigger 触发
TR
+ C1 -
+
C
S R Q Q 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 保持
FF state
S R 0→1不定 Set (1) S≠R Reset (0) Q=R No- change
4
Vcc
R VCO TH
8
2 VCC 3
5 6
R
+ ≥ - C=1
+C
110
R
1 V CC 3
-
1
Q Q RD
Q Q
1 VCC 3
2
R
-C
+
2
S
RD
3 Output 7 DIS Discharge T 放电
1
4 RD GND
Reset 清0
3
Vcc 8
R
VCO TH
5 6
R
2 VCC 3
+
1 V CC 3
C1
R
Q
3 7 DIS
TR 2
R
-C
+
Q
2
S R D 4
1
与非门基本 RS-FF
比较器 + ≥ - C =1 +<C =0
7.2.2 与非门构成的施密特触发器 （略）
10
7.2.3 集成施密特触发器
74LS132是由4个独立的两输入与非门构成的 TTL集成施密特触发器.
A B
&
Y
符号 A 或 B 或二者 < VT- , Y = 1； 只有当 A 和 B 都 > VT+ , Y = 0。
Y = AB
11
管脚图
逻辑功能
一个施密特与非门电路 电路: 正向阈值 VT+ = 1.5 ~2.0 V， 反向阈值 VT- = 0.6~1.1 V 输入 两输入二 极管与门 电路 中间级 施密特触 发器（回 差） 输出 逻辑非 功能 典型回差电压 ΔV = 0.8 V
1 1 0
0 1 1
1
0
OFF (open)
1NC 0 NC 0 0 1 1 ON (GND)
5 ON (GND)
Φ
Φ
Φ Φ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vcc 8 R 2V 3 VCO 5 TH 6 R 1V
3
CC
555 定时器管脚图
+ C - 1 -C + 2
R
Q Q
3 7
DIS
CC
GND TR Q RD
TR 2 R
S
RD
t
暂稳态持续时间TW
Tw VC (∞) − VC (0 ) = RC ln VC (∞) − VC (t )
VCC − 0 ＝RCln = 1.1RC 2 VCC − VCC 3
+
Vi
1 V 3 CC
t TW
VCC
(Q)
Vo t
2 VC VCC 3
TW = 1.1RC TW 是重要参数, 是电容C充电到
1
4
1 2 3 4
555
8 7 6 5
VCC DIS TH VCO
总结
1 2 V2 < VCC , V6 < VCC , Q = 1 Q = 0 T 截止 ① 3 3 2 1 ② V2 > 3 VCC , V 6 > 3 V CC , Q = 0 Q = 1 T 导通
③
1 V2 > VCC , V6 < 2 VCC , 3 3
(3) 定时元件接法 定时元件 R , C 外接 R: RX ~ VCC 之间 C: CX ~ RX 之间 Rint (RI): Rint = 2 kΩ RI ~ VCC (内接电阻) C: CX (外接电容)
C R
74121
A1 & A2 ≥1 B 1
Q Q
10
* RI * CX 11 RX/CX *
29
电路 微分电路
VCC
R3
Q2
Vi2 C3
A Vi1
Q1 Vi2
Q1
Vi1 &
T ’W =2 s = 1.1R1C1 （555）
<
1 V 3 CC
按 A: A 低 否则 : A 高
Q2 A
T ’’W =15 s = 1.1R2C2
“1”
555 定时器单稳态, 在 T ’w 后 Q1 不回到高电平，在 两个单稳态触发器之间需要一个微分电路，形成一个 窄脉冲来触发 T ’’w . 74121不需要微分电路.
VCC 14 GND
9
74121
A1 & A2 ≥1 B 1
内接
Q Q
74121暂稳态时间 Tw :
C
* RI * CX * RX/CX
VCC GND
Tw = 0.7RC
24
7.3.4 单稳态触发器应用
1. 波形转换 把不符合要求的波形整形成 Tw , Vm 都一定的脉冲. Tw ～ R, C. 555 定时器单稳态: 触发 负边沿 1 < 3 VCC
Vi
定时元件 : R, C TH: 晶闸管 灯亮时间 : TW = 1.1RC
按A
Q
TW
27
例 3 曝光电路
白灯：曝光 红灯：常开
Vi Q
TW
按A
TW = 1.1RC
28
3. 延时 TW 下降沿触发下一个电路. 例 : 花房自动控制系统: 每次喷药2 s, 马上喷水15 s 分析: 第一个单稳态 T‘W = 2 s (喷药), T ‘W 下降沿触发喷水开关: T ''W = 15 s (water). 两个单稳态触发器
VCC
t
t
T
1 f = T
实际触发周期Ti : Ti ≥ T
21
7.3.3 集成单稳态触发器74121
74121 是非重复触发的单稳态触发器， FF进入暂 稳态后, 不再接收新触发信号, 直到TW 时间后结束。 IEEE 符号 :
74121
A1 3 ≥1 & A2 4 5 B Rint 9 * RI Cext 10 * CX Rext/Cext * RX/CX 11
Vo
脉冲展宽和变窄
TW
TW
t
25
2. 定时 例1
Vi Q & F
单稳态 CLK Vi Q
CLK
TW
F
CLK 输出
26
例 2. 楼道照明灯控制电路 工作原理
R T1 Vi A C Ve TH
按 A之前, Vi= 1, Q = 0, 稳态, T1 截止, Ve = 0, TH 开路, 灯不亮; 按 A, Vi = 0, Q = 1, T1导通, Ve > 0 , TH 导通, 灯亮.
17
设 Q=1, Q=0, T 截止, 7 →开 VCC 向C 充电, VC 升高, 当
2 > V VC 3 CC
VCC R VC Vi C
8 4 7 6 2 1 5
0.01μF
Q
, Q =0
555 3
Q=1, 放电管 T 通过 V6 <
2 3
VCC , V2 >
1 3
VCC
Q=0 保持 工作原理
（P167. 图 7.11 ）
工作原理
亮，RL 小，Vi 大，Vi > (2/3 VCC), Q=0. 继电器不吸合开关，路灯不亮； 暗，RL 大，Vi 小，Vi < (1/3 VCC), Q=1. 继电器吸合开关，路灯亮.
15
§7.3 单稳态触发器
One-Shots (Monostable Multivibrators) 单稳态触发器
8 4 7 6 2 1 5
找电路的稳定状态:
Q
3
设 Q=0 , Q=1, 放电管 T 导通, 7→地 7,6 →GND, (V6 < Vi =1, (V2 >
1 3 2 3
555
0.01μF
VCC )
VCC )
R, C 定时元件 电容隔直, 使 VCO 悬空, 防止引入干扰, 既不是1, 也不是0
Q 保持, Q=0
Vi VO
翻转电平不同
回差电压 ΔV = VT+ - VT符号
7
7.2.1 由555定时器构成的施密特触发器
Schmitt Trigger 电路 :
VCC
VD
8 4 2 7
VO
Q
555
Vi
6 1 5 VCO 3
波形相同， 幅度可能不同
不用时悬空
8
工作原理
Vi < 1/3 VCC,
设输入为三角形波形