第十章脈沖單元電路§10.1概述§10.3555定時器及其應用§10.2集成門脈沖電路§10.1脈沖信號與脈沖電路10.1.1脈沖信號定義:持續時間極短的電壓或電流信號;凡不具有連續正弦波形狀的信號,都可稱為脈沖信號.常見波形(圖10-1-1)實際矩形波及參數脈沖周期T：周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。脈沖幅度：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度：從脈沖前沿到達0.5起，到脈沖后沿到達0.5為止的一段時間。上升時間：脈沖上升沿從0.1上升到0.9所需要的時間。下降時間：脈沖下降沿從0.9下降到0.1所需要的時間。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值。10.1.2脈沖電路獲取矩形脈沖波形（時鐘）的途徑有兩種：2、用整形電路把已有的周期性變化的波形整形產生1、用多諧振蕩器直接產生矩形脈沖波形的整形電路——施密特觸發器、單穩態觸發器。用門電路可以構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器。用555定時器也可以構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器。§10.2集成門脈沖單元電路一、特點

2、電平觸發：觸發信號UI可以是變化緩慢的模擬信號，

UI達某一電平值時，輸出電壓U0突變。

U0為脈沖信號。

3、電壓滯后傳輸：輸入信號UI從低電平上升過程中，電路狀態轉換時對應的輸入電平，與UI

從高電平下降過程中電路狀態轉換時對應的輸入電平不同,有回差特性。10.2.1施密特觸發器10.2.1.1概述

1、兩個穩態同向輸出特性：VT+UoUIUoLUoH二、傳輸特性VT反向輸出特性：VT+UoUIUoLUoHUI=VT+時，Uo=UoL

UI=VT-

時，Uo=UoL

UI=VT-

時，Uo=UoHVTUI=VT+時，

Uo=UoH00當UI=0時，Uo=UoL當UI=0時，Uo=UoH正向閾值電平VT+：

UI

上升時，引起Uo

突變時對應的UI

值。負向閾值電平VT-

：

UI

下降時，引起Uo

突變時對應的UI值。三、符號11四、分析方法先分析靜態(穩態1)情況分析輸入信號的上升過程,找到輸出翻轉的VT+

分析輸入下降過程,找到輸出翻轉的VT-

UO1UI’UIUO11R2R1G1G210.2.1.2用門電路構成施密特觸發器一、構成UIUO1UO說明UI=00010同相施密特觸發器

UI上升過程中VT+VTH10VT+VTH10G1、G2門將要翻轉=VT+=VTH0UO突變UI下降過程中>VT->VTH010110VT-VTH=VT-=VTHG1、G2門將要翻轉UO突變1UI’（用CMOS非門）=>=>=>=>二、工作原理>VT+>VTH0110VT-VTH三、舉例設UI為緩慢變化的三角波：UItVTHVT+VT-UOtUOLUOHG1門的閾值電平四、計算回差電壓ΔVT1、求VT+在UI從0開始上升時，UO=UOL。UOH1UI，G1R1R2UIG21UOUOLVTHVT+從求UI

,入手求VT+：UI

,=VTH=UR2=R2R1+R2VT+∴VT+=R2R1+R2VTH=（1+R2R1）VTH在UIVT+，UI

,VTH，G1、G2門要翻轉前的瞬間，=>=>電路中電流流向和電位情況見圖。2、求VT-UOL1UI，G1R1R2UIG21UO在UI從最大值開始下降時，UO=UOH。UOHVTHVT-從求UI

,入手求VT-

：UI

,=UTH=UOH–

UR2=∴VT-

=R2R1+R2VTH

–

R2R1UOHR2R1+R2UOH–[（UOH–VT

–

）]又：故：UOH=VDD；VTH=VDD12VT-=（1

–）VTHR1R2電路中電流流向和電位情況見圖。在UIVT-

，UI

,VTH，G1、G2門要翻轉前的瞬間，=>=>五、電壓傳輸特性∵UI=0時，UO=UOL∴是同相施密特特性UIUOVDDVTH2VTHR1R23、求回差電壓ΔVTΔVT

=VT+-

VT-=2VTH

R1R2=R1R2VDD當VDD一定時，調R1、R2，可調ΔUT

，即可調VT+VT-，可調UO脈寬。VT-VT+10.2.1.3集成施密特觸發器常用TTL電路集成施密特觸發器有7413等，常用CMOS電路集成施密特觸發器有CC40106等。10.2.1.4施密特觸發器的應用一、用于波形變換例：已知UI為半波，UIm=9V，電路的VT+=6V，

VT-=3VUOH=VDD，試畫UO波形。963VT+VT-VDDVDD11UI（V）totUOotUOo二、用于脈沖整形UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-11三、用于脈沖鑒幅VCD§10.2.2單穩態觸發器10.2.2.1概述一、特點1、一個穩態,一個暫穩態。2、開機（接通電源），電路出現穩態，外加觸發信號，電路翻轉為暫態。3、暫態維持一段時間，自動返回穩態。暫態維持時間的長短，只和電路參數有關，與觸發信號的幅度、電源電壓的高低無關。二、符號三、分析方法先分析穩態情況觸發信號作用時,進入暫穩態自動返回過程10.2.2.2用門電路組成單穩態觸發器一、微分型單穩態觸發器1、組成（用TTL與非門）2、工作原理（用負窄脈沖觸發）UIUO1UI2UO說明穩態11001穩態：UO=1C中無電荷觸發0110暫態：UO=0C充電UI2↓↓

=VTH111001返回穩態：UO=1C放電UI2↑↑

=0111001恢復為起始穩態

C中無電荷UIUO1UI2UOUI，&&CRG1G2UI，總之：不觸發：UO=1，C中無電荷觸發：UO=0C充電：返回UO=1C放電：恢復為起始穩態，UO=1，

C中無電荷3、電壓波形*為了保證觸發時間極短，通常在UI端加RC微分電路：&G1UO1CdRdUIUd注意；第二次觸發必須在第一次觸發穩定之后進行。二、積分型單穩態觸發器1、組成可用TTL與非門組成，門之間用RC積分電路耦合。UAUBUO1UOUI2、工作原理（用正的寬脈沖觸發）UIUAUBUO說明接通VCC不觸發10↑≈VCC01自然穩態：UO=1觸發10≈VCC10暫穩態：UO=01返回穩態：UO=1C放電UA↓↓≤VTH恢復為自然穩態101不觸發10↑≈VCC01UO=1RCG1G2&&UO13、電壓波形tUItUO1tUAtUOVTHTTRTreTw4、輸出脈寬TW和幅度

UOmTW≈

RClnVOL-

UOHVOL-

VTHUom=UOH-UOL5、分辨時間TdTd由波形圖知：Td=TTR+TreTTR：觸發脈沖的寬度Tre：恢復時間，即UO1跳到UOH后，C充電達穩定值所需的時間T充。+-CRUOHRO+VCCG1UA由充電回路知：充電回路Tre=T充=(3~5)(RO+R)C10.2.2.3集成單穩態觸發器1、不可重復觸發觸發進入暫穩態時，再加觸發脈沖無效tUITWUOt2、可重復觸發觸發進入暫穩態時，再次觸發有效，輸出脈沖可再維持一個脈寬。tUIUOtTW常用74121，74221，74LS221等都是不可重復觸發的單穩態觸發器。其中，74121的電路符號如圖：Cext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121一、分類二、常用產品舉例§10.2.3多諧振蕩器特點：不需要外加觸發信號，電路自激振蕩，沒有穩態。用途：產生脈沖方波。10.2.3.1

用門電路構成多諧振蕩器一、對稱式多諧振蕩器1、組成（用TTL門電路）UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理則，暫態Ⅰ：

UO1=0、UO2=1

接下來：C1充電、C2放電假設，某一時刻，電路出現UO1=0、UO2=1的狀態，由于充電比放電快。C1充電→

UI2=VTH時→

G2導通→

UO2=0UI1=0→UO1=1暫態Ⅱ：UO1=1、

UO2=0C2充電→

UI1=VTH時→

G1導通→

UO1=0UI2=0→UO2=1電路回到暫態Ⅰ。循環往復，直到關機?？傊篣O1=0UO2=1UO2=0UO1=1UO1=1UO2=0UO1=0UO2=1→

C1充電→

UI2→→

C2充電→UI1→→C2放電→UI1→

C1放電→UI2二、環形振蕩器1、組成利用門電路的傳輸延遲時間tpd，將奇數個反相器首尾相接。UO1UO2UO31G11G21G32、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、計算TW=ntpd；T=2TW；f=1/T一般，tpd=TTL類幾十nsCMOS類幾百ns（所以，環形振蕩器的振蕩頻率f特別高）為了獲得較低的、可調的f，可在環形回路中增加RC延時環節。TWn是門的數目。10.2.3.2

用施密特觸發器構成多諧振蕩器1、組成UIUO2、工作原理接通VCC瞬間，C中無電荷，所以：1）UC=0→

3、電壓波形2）UO=1→C充電→UI，3）UO=0→C放電→UI，tUOtUI00VT+VT-若是CMOS電路，T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1T1=RCln————VDD-VDD-T=T1+T2；f=1/T；q=T1/TUI=0→UO=1VT-VT+T2=RCln———0-0-VT+VT-則：10.2.3.3

石英晶體多諧振蕩器一、石英晶體許多應用場合。要求多諧振蕩器的振蕩頻率f十分穩定，（如數字鐘的秒脈沖頻率）。上述電路的f都達不到要求。最簡便的穩頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體，構成石英晶體多諧振蕩器。石英晶體的固有振蕩頻率fo

由結晶方向、外形尺寸決定；頻率穩定度（Δfo/fo)可達10-10~10-11。fo電容性電感性fXO電抗頻率特性曲線符號二、石英晶體振蕩器1、組成將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。當外加電壓的頻率f=fo時，其電抗X=0。UI1UOUO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理當UO的頻率f=fo時，反饋最強，電路才起振。fo的穩定度極高，這就解決了多諧振蕩器的穩頻問題。3、參數選擇各種固有振蕩頻率fo的石英晶體已做成成品，可根據所購晶體的fo選擇電路的外接RF和C，fo一般都很高，應利用分頻器將fo分頻為所需頻率。例如，需要頻率為1HZ的秒脈沖，可選購fo=32768HZ的晶振，通過15次二分頻獲得1HZ。結果：f=fo。VCD§10.3555定時器及其應用555定時器是單片集成電路，用途廣，可構成施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器等。雙極型產品型號的后三位數碼為555。單極型產品型號的后四位數碼為7555。其功能和外部引腳的排列完全相同。10.3.1555定時器的電路結構與功能一、組成與特點當CO端不接控制電壓UCO時：VR2=VCC，13VR1=VCC23國產CB555的結構框圖：它由三個5KΩ電阻、比較器C1和C2、基本RS觸發器和放電管TD組成。分壓器當CO端外接控制電壓UCO時：VR2=UCO

12VR1=UCO反相同相U6U2RDUOTDQQRdSd23VCC13VCC放電管TD的作用：給外接電容C提供放電通路。等效簡化電路：C2出0；C1出0。比較器

當U2<

時，VCC13當U6>

時，VCC23觸發器U6高電平有效復位;U2低電平有效置1二、工作原理輸入過渡輸出RDU6U2RdSdQQTD狀態0XXXX導通123VCC<>23VCC>13VCC導通113VCC<截止123VCC<>13VCC保持表1CB555功能表（CO端懸空時）表1的主要內容見表2：U6U223VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<>13VCCQ01保持工作原理見表1表2RD=1時的表1由表2可得如下口訣：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持011011010110當CO端接有UCO時：12UCO，VR2=三、說明VR1=UCO、換為13VCC將上述分析中的換為23VCC12UCO，所有結論仍成立。四、電路符號UOTHTDCOVCC12345678555TRRDGNDUCO，10.2.2555定時器接成施密特觸發器二、工作原理（設：UI為模擬三角波）UIU6U2UO23VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<≥23VCC010≤13VCC13VCC<1三、電壓波形一、組成UIUO+VCC12345678555tUItUO13VCC23VCCVT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC0.01uF從電壓波形知：此為施密特反相器。10.3.3555定時器接成單穩態觸發器UO+VCC123456785550.01uFRCUI+-二、工作原理U2=UI

，和比較；13VCCU6=UC，和比較。23VCC要求觸發信號為負的窄脈沖CUCU6（UC）U2（UI）UO（Q）TD說明充電=23VCC>23VCC>13VCC0導通穩態：UO=0放電=023VCC<>13VCC保持接通VCC不觸發UI=1023VCC<13VCC<1截止暫態：UO=1充電=23VCC>23VCC>13VCC0導通返回：UO=0放電=023VCC<>13VCC保持UI=1一、組成無電荷觸發總之：不觸發，UO=0；UO=1維持一段時間又返回UO=0充電回路：VCC+→R→C→VCC-（充電慢）放電回路：C+→TD→C-（放電快）三、電