数字电子技术习题第六章
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0.01uf
VCC ●
●
R
8 4 5 3 555 6 7 2 1
Uo
● ●
ui
c
⑵ uc、uo的波形 9V uI 0 uC
0
6V 9V 1.5ms ⑶UOLmax=VCC/3=9V/3=3V ui VCC ●
0.01uf
●
uO
R
8 4 5 3 555 6 7 2 1
● ●
Uo c
负脉冲撤除后，TEXT截止，TD仍截止，C充电，在vC未充到 6.7分析图示由555定时器构成的可重复触发单稳电路，画 2VCC／3之前电路处于暂稳态，此间，又加入新的触发脉 出uc和uo的波形图。 冲，TEXT又导通，C再次放电，输出仍然维持在暂稳态
c1
五、石英晶体多谐振荡器的主要特点 振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0 稳定度达10-10～10-11，频率固定不可调整。
6.1.3 了解内容
1、555集成定时器内部电路的结构特点
2、集成施密特触发器的性能特点 3、集成单稳态触发器的主要功能
4、石英晶体多谐振荡器的电路结构特点 6.2 重点与难点
习题与解答 多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器、 6.1 施密特触发器、各有几个暂稳态？几个能够自动 保持的稳态？ 解：多谐振荡器：只有两个暂稳态 单稳态触发器：有一个稳态和一个暂稳态 双稳态触发器：只有两个稳态 施密特触发器：输出高、低电平决定于输入信号电平
6.2如图示555集成定时器ຫໍສະໝຸດ Baidu，uo=UOH
R1 R2 25 q 0.71 R1 2 R2 35
6.9如图示占空比可调多谐振荡器VCC=9V,C=0.2uf,要求 振荡频率f=1kHZ，占空比q=0.5,估算R1和R2的阻值。 R1 解： q 0.5
R1 R2 R1 0.5( R1 R2 )
得 R1=R2=R
PNP三极 管VBE<0 导通
增加了一个外 接放电晶体三 极管TEXT
定时加入负脉冲电路始终处于暂稳态！
6.8如图示多谐振荡器中，VCC=9V,R1=15kΩ，R2=10 Ω C=0.05uf,画出uc、uo波形，估算振荡频率f和占空比q
解：
1.43 1.43 f HZ 3 6 ( R1 2R2 )C 35 10 0.05 10 817 H Z
6.2.1 重点 1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作 原理，应用场合； 2、由555集成定时器构成的主要波形产生、整形电路 3、石英晶体多谐振荡器的特点、应用场合。
6.2.1 难点 1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作 原理分析； 2、三种典型电路的波形分析和参数计算； 3、555集成定时器的内部电路的分析
TW
三、多谐振荡器的工作特点，输入、输出波形关系 1、多谐振荡器的工作原理、特点 2、输出脉冲宽度、振荡频率的计算 时间常数τ=RC，直接影响输出脉冲宽度和振荡频率 四、555集成定时器的特性和典型应用 6.1.2 理解内容 一、555集成定时器的基本功能 555集成定时器是经过大量调查研究并经实践之后， 生产出的模拟和数字相结合的集成芯片。 它是脉冲产生、整形的既经济又实用的器件！ 其典型电压UTH=2VCC/3 UTR =VCC/3
二、由555构成的施密特触发器的工作原理 VCC ● ● 电原理图 VCC VDD ● R 8 4 0.01uf 8 4 7 ● Uo1 5 3 6 555 3 Uo2 555 6 ui ● 2 5 ● 7 ui 2 1 Uco 1 三、由555构成的单稳态触发器的工作原理
R
Uo
● ●
c
时间常数τ1=RC 脉冲宽度TW=RCln3≈1.1RC 恢复常数Tre=（3～5）τre
第6章 脉冲的产生与整形电路 6.1 教学要求 6.1.1 掌握内容 一、施密特触发器的工作特点，输入、输出波形关系 1、施密特触发器的工作原理、特点 ⑴输入波形决定触发器的状态，即： 施密特 当UI>UT+时，反相 UO=UOL 同相 UO=UOH 触发器 当U <U 时， 输出 UO=UOH 输出 UO=UOL I TUT+-UT⑵具有滯回特性，抗干扰能力强 ⑶能将缓慢变化的波形转换成矩形脉冲 2、输入、输出波形关系 =▽
6.12如图示多谐振荡器电路中, 欲降低振荡频率，试说明 下列列举的各种方法中，哪些是正确的，为什么？
⑴加大R1的阻值；
⑵加大R2的阻值；
⑶减小C的容量； ⑷降低电压电压VCC； ⑸在UCO端接低于2VCC/3； 解：∵T = 0.7（R1+2R2）C ∴⑴、⑵都使振荡周期增加而降低振荡频率。 ⑶、⑷、⑸都达不到降低振荡频率的目的。
例如：
ui 反相输出 uo
UT+ UT-
同相输出 u'o 又例如： U I
0
UT+
t U T-
反相输出
uo
二、单稳态触发器的工作特点，输入、输出波形关系 1、单稳态触发器的工作原理、特点 ⑴电路有一个稳态和一个暂稳态， 在没有触发脉冲到来时总是处在稳态； ⑵当触发脉冲到来时，电路由稳态快速翻转到暂稳态 ⑶电路在暂稳态维持一段时间后（1.1RC）， 能自动返回到稳态，输入脉冲只起触发作用。 2、输入、输出波形关系 例如： ui uo
四、由555构成的多谐振荡器的工作原理
●
VCC
●
时间常数τ1=（R1+R2）C 时间常数τ2=R2C 正脉冲宽度TW1= τ 1 ln2
R1 P ● 78 4 3 R2 6 555 uc ● ● 2 5 1 c Uo
0.01uf
负脉冲宽度TW2= τ 2 ln2
周期 T TW 1 TW 2 1 1 频率 f ＝ TW 1 TW 2 0.7( R1 2R2 )C
uo=UOL 及保持原状态不变的输入信号条件个是什么？
8 +VCC 5 k
解：
4
R
Q &
1
555集成定时器输出 5 状态取决于两个比较 器的输出 6
3
uO
当R=1时 7 & 2 当UTH>2VCC/3时 uD uo=UOL，TD饱和 5 k TD 当uTH<2VCC/3, 1 uTR>VCC/3时 当uTH<2VCC/3,uTR<VCC/3时， 保持原状态 u =U ，T 截止
o OH D
5 k
6.3如图示施密特触发器中，估算在下列条件下电路 的UT+、UT-和△UT VCC ● ⑴VCC=12V,UCO接0.01uf到地； 8 4 ⑵VCC=12V UCO接5V到地。 U 解：⑴ UT+=2VCC/3=(2×12V)/3 ui =8V UT-=VCC/3=12V/3=4V
1. 保证反相器静态工作在转折区（放 大）;
R1= R2 = 0.7 2 k
2. C1 、 C2 为隔直耦合电容, 相对于f0其容抗很小忽略即可。
例如：C1= C2 = 0.01 0.5 uF
6.11如图示多谐振荡器电路中, RA1=RB1=10kΩ,C1=1uF,C2=0.2uF,RA2=RB2=2kΩ 估算uo1、uo2的重复频率f1、f2画出其波形。
●
7 6 555 3 2 5 1
o1
Uo2 Uco
△UT=(8-4)V=4V ⑵ UT+=5V UT-=UCO/2=5V/2=2.5V △UT=(5-2.5)V=2.5V
6.4如图示施密特触发器中，UCO端接0.01uf到地， VCC=9V,VDD=5V,ui为正弦波，uim=9V,f=1kHZ，试画 出uo1， uo2的波形。 VCC=9V VDD=5V 解: UT+=2VCC/3=(2×9V)/3=6V
11 f t w1 t w 2
1 1000 H Z 0.7 2 R C 1 R 0.7 2 1000 0.2 106
R 3.5k
6.10如图示石英晶体多谐振荡器两个反相器均为TTL电 路,试简述R1、R2、C1、C2的作用、取值范围，并说明 为什么？ C2 R1 R2 解：ROFF<R1=R2<RON C1 uo 1 1
UT-=VCC/3=(9V)/3=3V uim UT+ UT- ui
t
●
8 4
UI
0
6
●
555
2 1
R 7 ● Uo2 3 Uo1
5
Uco 0.01uf
U01 9V 0 U02 0 5V
t
t
6.5如图示施密特触发器用作阈值探测器，要求能将ui 中幅度大于5V的脉冲信号检测出来，波形如图，求电 压电压VCC应为几伏？ V =？V VDD=5V
RA1 10k IC1
波形图 R5 10k R
A2
+5V
IC2
uo1
RB1 10k
uo2
C1 + 1F
3 RB2 2k 2 NE555 uO1 6 5 1 C3
0.2 F
7 8
4
2k
3 + 2 NE555 C 6 5 1
7 8
4
100 F
4
uO2
B
C2 0.01 F
8
1.43 1.43 H Z 47.7 H f1 3 6 Z ( RA1 RA2 )C1 (10 20) 10 110 1.43 1.43 f2 H Z 1192H Z 3 6 ( RB1 RB 2 )C1 (2 2 2) 10 0.2 10
uI 例：图示555集成定时器构成的两级单稳态触发器电路， 分析其工作原理，画出uo1、uo2的波形 解：图中反相器 Ri1、Ri2分压保证 Ci1、Ci2为耦合 uo1 TW1 将正脉冲变 2脚电压大于VCC/3 隔直电容 成负脉冲 o2 TW1=1.1R1C1（固定） u TW2 TW2=1.1R2C2（可调） VCC ● ● ● ● ● ● 当ui上升沿 R1 R2 Ri1 到达时第一 8 4 Ri1 8 4 3 ci1 触发器翻转 ui 3 Uo1 ci2 Uo2 555 ● 1 555 2 6 ● ● 2 6 ● 第一触发器 7 ● 7 ● 暂稳态结束 Ri2 1 5 Ri2 c1 1 5 c2 时第二级触 ● ● ● ● 发器翻转
CC
解： 已知UT+=5V
●
而 UT+=2VCC/3 ∴VCC=(3×5V)/2=7.5V ui
●
8 4 6 2 1
555
R 7 ● Uo2 3 Uo1
5
Uco 0.01uf
UT+=5V UT-
6.6如图示单稳态触发器中， VCC=9V,R=27kΩ， C=0.05uf ⑴估算输出脉冲uo的宽度tw ⑵ui为负脉冲，其脉冲宽度tw1=0.5ms，重复周期 Ti=5ms，UIH=9V,UIL=0V,试画出uc、uo的波形 ⑶UIH=9V，为保证可靠触发UOL的最大值是多少？ 解： ⑴tw=1.1RC Tw=1.1×27×103×0.05×10-6 =0.001485s≈1.5ms
VCC ●
●
R
8 4 5 3 555 6 7 2 1
Uo
● ●
ui
c
⑵ uc、uo的波形 9V uI 0 uC
0
6V 9V 1.5ms ⑶UOLmax=VCC/3=9V/3=3V ui VCC ●
0.01uf
●
uO
R
8 4 5 3 555 6 7 2 1
● ●
Uo c
负脉冲撤除后，TEXT截止，TD仍截止，C充电，在vC未充到 6.7分析图示由555定时器构成的可重复触发单稳电路，画 2VCC／3之前电路处于暂稳态，此间，又加入新的触发脉 出uc和uo的波形图。 冲，TEXT又导通，C再次放电，输出仍然维持在暂稳态
c1
五、石英晶体多谐振荡器的主要特点 振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0 稳定度达10-10～10-11，频率固定不可调整。
6.1.3 了解内容
1、555集成定时器内部电路的结构特点
2、集成施密特触发器的性能特点 3、集成单稳态触发器的主要功能
4、石英晶体多谐振荡器的电路结构特点 6.2 重点与难点
习题与解答 多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器、 6.1 施密特触发器、各有几个暂稳态？几个能够自动 保持的稳态？ 解：多谐振荡器：只有两个暂稳态 单稳态触发器：有一个稳态和一个暂稳态 双稳态触发器：只有两个稳态 施密特触发器：输出高、低电平决定于输入信号电平
6.2如图示555集成定时器ຫໍສະໝຸດ Baidu，uo=UOH
R1 R2 25 q 0.71 R1 2 R2 35
6.9如图示占空比可调多谐振荡器VCC=9V,C=0.2uf,要求 振荡频率f=1kHZ，占空比q=0.5,估算R1和R2的阻值。 R1 解： q 0.5
R1 R2 R1 0.5( R1 R2 )
得 R1=R2=R
PNP三极 管VBE<0 导通
增加了一个外 接放电晶体三 极管TEXT
定时加入负脉冲电路始终处于暂稳态！
6.8如图示多谐振荡器中，VCC=9V,R1=15kΩ，R2=10 Ω C=0.05uf,画出uc、uo波形，估算振荡频率f和占空比q
解：
1.43 1.43 f HZ 3 6 ( R1 2R2 )C 35 10 0.05 10 817 H Z
6.2.1 重点 1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作 原理，应用场合； 2、由555集成定时器构成的主要波形产生、整形电路 3、石英晶体多谐振荡器的特点、应用场合。
6.2.1 难点 1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作 原理分析； 2、三种典型电路的波形分析和参数计算； 3、555集成定时器的内部电路的分析
TW
三、多谐振荡器的工作特点，输入、输出波形关系 1、多谐振荡器的工作原理、特点 2、输出脉冲宽度、振荡频率的计算 时间常数τ=RC，直接影响输出脉冲宽度和振荡频率 四、555集成定时器的特性和典型应用 6.1.2 理解内容 一、555集成定时器的基本功能 555集成定时器是经过大量调查研究并经实践之后， 生产出的模拟和数字相结合的集成芯片。 它是脉冲产生、整形的既经济又实用的器件！ 其典型电压UTH=2VCC/3 UTR =VCC/3
二、由555构成的施密特触发器的工作原理 VCC ● ● 电原理图 VCC VDD ● R 8 4 0.01uf 8 4 7 ● Uo1 5 3 6 555 3 Uo2 555 6 ui ● 2 5 ● 7 ui 2 1 Uco 1 三、由555构成的单稳态触发器的工作原理
R
Uo
● ●
c
时间常数τ1=RC 脉冲宽度TW=RCln3≈1.1RC 恢复常数Tre=（3～5）τre
第6章 脉冲的产生与整形电路 6.1 教学要求 6.1.1 掌握内容 一、施密特触发器的工作特点，输入、输出波形关系 1、施密特触发器的工作原理、特点 ⑴输入波形决定触发器的状态，即： 施密特 当UI>UT+时，反相 UO=UOL 同相 UO=UOH 触发器 当U <U 时， 输出 UO=UOH 输出 UO=UOL I TUT+-UT⑵具有滯回特性，抗干扰能力强 ⑶能将缓慢变化的波形转换成矩形脉冲 2、输入、输出波形关系 =▽
6.12如图示多谐振荡器电路中, 欲降低振荡频率，试说明 下列列举的各种方法中，哪些是正确的，为什么？
⑴加大R1的阻值；
⑵加大R2的阻值；
⑶减小C的容量； ⑷降低电压电压VCC； ⑸在UCO端接低于2VCC/3； 解：∵T = 0.7（R1+2R2）C ∴⑴、⑵都使振荡周期增加而降低振荡频率。 ⑶、⑷、⑸都达不到降低振荡频率的目的。
例如：
ui 反相输出 uo
UT+ UT-
同相输出 u'o 又例如： U I
0
UT+
t U T-
反相输出
uo
二、单稳态触发器的工作特点，输入、输出波形关系 1、单稳态触发器的工作原理、特点 ⑴电路有一个稳态和一个暂稳态， 在没有触发脉冲到来时总是处在稳态； ⑵当触发脉冲到来时，电路由稳态快速翻转到暂稳态 ⑶电路在暂稳态维持一段时间后（1.1RC）， 能自动返回到稳态，输入脉冲只起触发作用。 2、输入、输出波形关系 例如： ui uo
四、由555构成的多谐振荡器的工作原理
●
VCC
●
时间常数τ1=（R1+R2）C 时间常数τ2=R2C 正脉冲宽度TW1= τ 1 ln2
R1 P ● 78 4 3 R2 6 555 uc ● ● 2 5 1 c Uo
0.01uf
负脉冲宽度TW2= τ 2 ln2
周期 T TW 1 TW 2 1 1 频率 f ＝ TW 1 TW 2 0.7( R1 2R2 )C
uo=UOL 及保持原状态不变的输入信号条件个是什么？
8 +VCC 5 k
解：
4
R
Q &
1
555集成定时器输出 5 状态取决于两个比较 器的输出 6
3
uO
当R=1时 7 & 2 当UTH>2VCC/3时 uD uo=UOL，TD饱和 5 k TD 当uTH<2VCC/3, 1 uTR>VCC/3时 当uTH<2VCC/3,uTR<VCC/3时， 保持原状态 u =U ，T 截止
o OH D
5 k
6.3如图示施密特触发器中，估算在下列条件下电路 的UT+、UT-和△UT VCC ● ⑴VCC=12V,UCO接0.01uf到地； 8 4 ⑵VCC=12V UCO接5V到地。 U 解：⑴ UT+=2VCC/3=(2×12V)/3 ui =8V UT-=VCC/3=12V/3=4V
1. 保证反相器静态工作在转折区（放 大）;
R1= R2 = 0.7 2 k
2. C1 、 C2 为隔直耦合电容, 相对于f0其容抗很小忽略即可。
例如：C1= C2 = 0.01 0.5 uF
6.11如图示多谐振荡器电路中, RA1=RB1=10kΩ,C1=1uF,C2=0.2uF,RA2=RB2=2kΩ 估算uo1、uo2的重复频率f1、f2画出其波形。
●
7 6 555 3 2 5 1
o1
Uo2 Uco
△UT=(8-4)V=4V ⑵ UT+=5V UT-=UCO/2=5V/2=2.5V △UT=(5-2.5)V=2.5V
6.4如图示施密特触发器中，UCO端接0.01uf到地， VCC=9V,VDD=5V,ui为正弦波，uim=9V,f=1kHZ，试画 出uo1， uo2的波形。 VCC=9V VDD=5V 解: UT+=2VCC/3=(2×9V)/3=6V
11 f t w1 t w 2
1 1000 H Z 0.7 2 R C 1 R 0.7 2 1000 0.2 106
R 3.5k
6.10如图示石英晶体多谐振荡器两个反相器均为TTL电 路,试简述R1、R2、C1、C2的作用、取值范围，并说明 为什么？ C2 R1 R2 解：ROFF<R1=R2<RON C1 uo 1 1
UT-=VCC/3=(9V)/3=3V uim UT+ UT- ui
t
●
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UI
0
6
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Uco 0.01uf
U01 9V 0 U02 0 5V
t
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6.5如图示施密特触发器用作阈值探测器，要求能将ui 中幅度大于5V的脉冲信号检测出来，波形如图，求电 压电压VCC应为几伏？ V =？V VDD=5V
RA1 10k IC1
波形图 R5 10k R
A2
+5V
IC2
uo1
RB1 10k
uo2
C1 + 1F
3 RB2 2k 2 NE555 uO1 6 5 1 C3
0.2 F
7 8
4
2k
3 + 2 NE555 C 6 5 1
7 8
4
100 F
4
uO2
B
C2 0.01 F
8
1.43 1.43 H Z 47.7 H f1 3 6 Z ( RA1 RA2 )C1 (10 20) 10 110 1.43 1.43 f2 H Z 1192H Z 3 6 ( RB1 RB 2 )C1 (2 2 2) 10 0.2 10
uI 例：图示555集成定时器构成的两级单稳态触发器电路， 分析其工作原理，画出uo1、uo2的波形 解：图中反相器 Ri1、Ri2分压保证 Ci1、Ci2为耦合 uo1 TW1 将正脉冲变 2脚电压大于VCC/3 隔直电容 成负脉冲 o2 TW1=1.1R1C1（固定） u TW2 TW2=1.1R2C2（可调） VCC ● ● ● ● ● ● 当ui上升沿 R1 R2 Ri1 到达时第一 8 4 Ri1 8 4 3 ci1 触发器翻转 ui 3 Uo1 ci2 Uo2 555 ● 1 555 2 6 ● ● 2 6 ● 第一触发器 7 ● 7 ● 暂稳态结束 Ri2 1 5 Ri2 c1 1 5 c2 时第二级触 ● ● ● ● 发器翻转
CC
解： 已知UT+=5V
●
而 UT+=2VCC/3 ∴VCC=(3×5V)/2=7.5V ui
●
8 4 6 2 1
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R 7 ● Uo2 3 Uo1
5
Uco 0.01uf
UT+=5V UT-
6.6如图示单稳态触发器中， VCC=9V,R=27kΩ， C=0.05uf ⑴估算输出脉冲uo的宽度tw ⑵ui为负脉冲，其脉冲宽度tw1=0.5ms，重复周期 Ti=5ms，UIH=9V,UIL=0V,试画出uc、uo的波形 ⑶UIH=9V，为保证可靠触发UOL的最大值是多少？ 解： ⑴tw=1.1RC Tw=1.1×27×103×0.05×10-6 =0.001485s≈1.5ms