數(shù)

字

邏

輯概述施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器本章導(dǎo)讀矩形波是一種脈沖波形，它不僅可以代表數(shù)字信息，而且可以作為時序電路的時鐘信號。本周重點(diǎn)是介紹矩形脈沖信號的產(chǎn)生和整型電路。多諧振蕩器是脈沖產(chǎn)生電路；脈沖整型電路包括施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。555定時器是一種多用途的數(shù)字/模擬混合集成電路，本章以555定時器為主，介紹用它構(gòu)成的多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。同時還介紹永其他方式構(gòu)成的脈沖單元電路。理解矩形脈沖信號的產(chǎn)生和整型電路01熟悉555定時器的工作原理02熟悉并掌握施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器03學(xué)習(xí)目標(biāo)概述施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.1.1脈沖單元電路的分類和波形參數(shù)脈沖波形的途徑有兩種：一種是利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖，另一種則是通過整形電路把已有的周期變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。因此把脈沖電路分為脈沖產(chǎn)生電路和脈沖整形電路兩大類。矩形波如圖7.1.1所示是數(shù)字系統(tǒng)常用的信號，波形的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。圖7.1.1脈沖波形參數(shù)

7.1.1脈沖單元電路的分類和波形參數(shù)

為了描述矩形波，常用以下參數(shù)表示，其中，各個參數(shù)代表的意義為：脈沖周期T—周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖的時間間隔。脈沖幅度Vm—脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度tw—從脈沖前沿到達(dá)0.5Vm起，到脈沖后沿到達(dá)0.5Vm止的時間。上升時間tr—脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需時間。下降時間tf—脈沖下降沿從0.9Vm上升到0.1Vm所需時間。占空比q——脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q=tw/T。7.1.2555定時器555定時器(時基電路)是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。555定時器于1972年由西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制，其設(shè)計新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者青睞。555定時器結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活、用途廣泛，因而在控制、定時、檢測、仿聲、報警等方面有著廣泛的應(yīng)用，它具有如下三個特點(diǎn):①外部只需連接幾個阻容元件便可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。②電源電壓范圍寬(3~18V)，能夠提供與TTL及CMOS集成電路兼容的邏輯電平。③具有一定的輸出功率，可驅(qū)動微電機(jī)、指示燈和揚(yáng)聲器等。7.1.2555定時器

555定時器有TTL型和CMOS型兩類產(chǎn)品，TTL型產(chǎn)品型號最后三位為555，CMOS型產(chǎn)品型號最后四位為7555。它們的功能和外部引腳排列完全相同。因此人們習(xí)慣地把它們統(tǒng)稱為555定時器。該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.1.2所示，它由三個阻值為5kΩ的電阻構(gòu)成的電阻分壓器、兩個高精度電壓比較器、基本RS觸發(fā)器和泄放三極管V組成。圖7.1.3為邏輯符號圖。圖7.1.2555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)7.1.2555定時器圖7.1.3555定時器電路結(jié)構(gòu)圖7.1.2555定時器表7.1.1555定時器的功能表輸入輸出THRQT××00導(dǎo)通大于2/3VCC大于1/3VCC10導(dǎo)通小于2/3VCC小于1/3VCC11截止小于2/3VCC大于1/3VCC1保持原態(tài)概述施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.2.1用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖7.2.1所示。在電路中，將555定時器的VI1和VI2輸入端連接在一起，作為信號輸入端VI，由Vcc經(jīng)三個電阻分壓產(chǎn)生C1和C2的參考電壓，即VR1=Vcc，VR2=Vcc。控制電壓輸入端Vco未用，為了防止引腳懸空引入干擾，將Vco通過0.01μF的電容接到地端。圖7.2.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器7.2.1用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的主要用途是將緩變的輸入波形變換為邊沿陡峭的矩形波。下面以三角波作為輸入信號，分析施密特觸發(fā)器的工作過程。電路的輸入波形如圖7.2.2所示，輸入信號經(jīng)歷上升和下降兩個過程。在VI由0開始逐漸上升的過程中，當(dāng)VI<Vcc(VI1<VR1，VI2<VR2)時，Vc1=1，Vc2=0，基本RS觸發(fā)器被置1，輸出為高電平，即Vo=VOH。7.2.1用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器圖7.2.2圖7.2.1電路的電壓波形圖7.2.1用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器當(dāng)VI上升到Vcc<VI<Vcc(VI1<VR1，VI2<VR2)時，Vc1=1，Vc2=1，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，故Vo=VOH不變。當(dāng)VI上升到VI>Vcc(VI1>VR1，VI2>VR2)時，Vc1=1，Vc2=1，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，故Vo=VOL。當(dāng)VI從高于Vcc開始下降過程中，即當(dāng)VI>Vcc(VI1>VR1，VI2>VR2)時，Vc1=0，Vc2=1，基本RS觸發(fā)器為0，輸出為低電平，Vo=VOL。當(dāng)VI下降到Vcc<VI<Vcc(VI1<VR1，VI2>VR2)時，Vc1=1，Vc2=1，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，故Vo=VOL。當(dāng)VI下降到VI<Vcc(VI1<VR1，VI2<VR2)時，Vc1=1，Vc2=0，基本RS觸發(fā)器被置1，輸出為高電平，故Vo=VOL。7.2.1用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器上述的分析可見，施密特觸發(fā)器可以將緩變的輸入波形轉(zhuǎn)換為邊沿陡峭的矩形波。同時也看出，在輸入信號的上升過程中，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時刻對應(yīng)的輸入電平VT+，與輸入信號下降過程中，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時刻對應(yīng)的輸入電平VT+，與輸入信號下降過程中，輸出狀態(tài)時刻對應(yīng)的輸入電平VT-的值是不同的。它們之間的差值稱為“回差”，記作VT，即VT=VT+-VT-。在本電路中，VT=VT+-VT-=Vcc-Vcc=Vcc。施密特觸發(fā)器的主要用途是波形變換，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿陡峭的矩形波信號。7.2.2集成施密特觸發(fā)器由于施密特觸發(fā)器的應(yīng)用非常廣泛，所以無論是在TTL電路中是在CMOS電路中，都有單片集成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)品。TTL電路產(chǎn)品有施密特4輸入雙與非門CT5413/CT7413、施密特六反相器CT5414/CT7414、施密特2輸入四與非門CT54132/CT74132特反相器16特輸入與非門CC14093等。概述施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.3.1用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)如下。①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。②在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于具備這些特點(diǎn)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等電路。7.3.1用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖7.3.1所示。在電路中，555定時器的入端是電路的外觸發(fā)信號輸入端，把輸入端與放電三極管的放電端(DISC)連接在一起，并接到RC回路中的Vc端。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的外觸發(fā)信號的有效電平是低電平，如果沒有觸發(fā)信號時，處于高電平(VI2>Vcc)，這時，放電三極管VTD導(dǎo)通，Vc≈0，即VI<Vcc，使得Vc1=1、Vc2=1，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，Q=0，Vo=0，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)。假如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于Q=1，Vo=1狀態(tài)，是不穩(wěn)定的，稱為暫穩(wěn)態(tài)。因?yàn)镼=1時，VTD截止，Vcc可以經(jīng)過R對電容C充電，使得Vc(VI1)電壓上升。當(dāng)Vc>Vcc時，Vc1=0，Vc2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，使得Q=0，Vo=0，電路回到穩(wěn)態(tài)。7.3.1用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入脈沖下降沿的觸發(fā)下，VI2跳變到Vcc以下，由于Vc2=0(此時Vc1=1)，基本RS觸發(fā)器被置1，輸出Vo跳變到高電平，使Q=1，Vo=1，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)時，VTD截止，Vcc開始經(jīng)過R對電容C充電，使電容器上的電壓Vc上升。當(dāng)Vc上升Vc（VI1）>Vcc時，Vc1=0。如果此時輸入端的觸發(fā)已消失，回到高電平，則基本RS觸發(fā)器將被置0，輸出返回Vo=0狀態(tài)。同時VTD又變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電容C通過VTD迅速放電，直至Vc≈0，電路自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。在輸入觸發(fā)信號作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Vc和Vo的電壓波形如圖7.3.1所示。7.3.1用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖7.3.1用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路7.3.1用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖7.3.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電壓波形圖輸出脈沖寬度tw是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)，它是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。由如圖7.3.2所示的電壓波形可見，等于電容電壓Vc在充電過程中從0上升到Vc所需時間。本章小結(jié)1.一般的脈沖電路是由開關(guān)電路和惰性電路構(gòu)成的。常用的脈沖單元電路有多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要用途是脈沖整形和定時，它的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出脈沖寬度。3.施密特觸發(fā)器為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。與前幾章討論過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同之處是它由電平觸發(fā)而不是由脈沖觸發(fā)。學(xué)習(xí)中藥注意施密特觸發(fā)器在外加電平變化時從一個穩(wěn)態(tài)向另一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的過程、回差的概