数字电路技术基础第十章

1
S
D
& G3 电路
0
(a)
1
t
（1）ui＝0 时， ＝1， ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。 S R
ui
0
G1 1 R
G2 & uo
ui(V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
S
D
& G3
1
1
t
(a) 电路
（1）ui＝0 时， ＝1， ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。 S R
7.0 7.1 7.2 7.3 7.4
7.0 本章概述
★ 基本内容
New！
★ 基本学习要求
★ 学习重点
★ 本章基本内容
在前面各章的讨论中，常常需要用到各种幅度、宽 度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟 脉冲（CP），等等。事实上，现代电子系统都离不开脉 冲信号。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接 产生； ②利用已有信号变换得到。 与产生模拟信号要用模拟振荡器一样，产生脉冲信 号要用脉冲振荡器。 脉冲波形变换则包括脉冲宽度、幅 度、相位及上升和下降时间等等的改变，通过变换，使 这些特性符合要求。 本章将介绍常用的脉冲变换电路——单稳态触发器 和施密特触发器，脉冲产生电路——多谐振荡器，和一 种多用途的定时电路——555定时器。
t RC t T1

t RC
Q C Vth
Q
tW
tre
e

t RC
t T1
VC (T1 ) VC () VC (0 ) VC ()

VC (0 ) VC () VC () VC (0 ) T1 RCLn RCLn VC (T1 ) VC () VC () VC (T1 )
Rext /C ext VCC NC Cext NC
Rin Q
14
13
12
11 74122
10
9
8
1
2
3
4
5
6
7
TR-Ａ TR-B TR+A TR+B RD Q GND (b) 74122 的引脚排列图
TR-A 、TR-B 是两个下降沿有 效的触发信号输入端，TR+A、 TR+B是两个上升沿有效的触 发信号输入端。Q和是两个 状态互补的输出端。 Rext/Cext 、 Cext 、 Rin3 个 引 出 端是供外接定时元件使用的， 外接定时电阻R（R=5kΩ～ 50kΩ）、电容C（无限制） 的接法与74121相同。RD 为 直接复位输入端，低电平有 效。 当定时电容C＞1000pF时， 74122的输出脉冲宽度：
ui
0
G1 1
R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
S
D
& G3 电路
1
(a)
0
t
（1）ui＝0 时， R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳
态。
（2）ui 上升到 UD=0.7V 时， R ＝1， S ＝1，RS 触发器不翻转，uo 仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。
tW
tre
UB(∞)= 0
t τ=RC（忽略其他电阻）
uB(t)= UB(∞)+[ UB(0+)－UB(∞)]
e

t
= VCC e


计算 tW及tre
A
VC (t ) VC () [VC (0 ) VC ()] e
求 T1 (tW)
VC (T1 ) Vth1
VC (T1 ) VC () [VC (0 ) VC ()] e
。 +VDD
Q
tW
tre
7.1.2 单稳态触发器工作原理
A
A’
分析方法
Q
B
Cd
B
Vth
A A’
Rd
。 +VDD
Q
tW
tre
2、积分型单稳态触发器
VDD G1 ui ≥1 uo1 R uA C G2 ≥1 uo2
VDD 0 0
ui t uo1 t uA
VT 0 uo2 0 tP (b) 波形
t t
tp≈0.32RC
应用基础
1. TTL双单稳态触发器74221
74221内部有一个2kΩ的电阻可供使用。若不用内电阻则 需外接。无论何种接法，暂稳态时间均为
tW=0.7RC
4538—CMOS双单稳态触发器
应用基础
7.1.4 单稳态触发器应用
工程应用
7.1.4 单稳态触发器应用
工程应用
“看门狗”（Watching Dog)
VC (0 ) VC () VC () VC (0 ) T1 RCLn RCLn VC (T1 ) VC () VC () VC (T1 )


T T1 T2
1 1 f T T1 T2
若 Vth=V /2 VC(0+)= V VC (∞)= 0
CC CC
7.1.3 集成单稳态触发器
常用集成单稳态触法器：
应用基础
54/74121，54/74221，54/74HC123，CD4098， CD4538等。
3．集成单稳态触发器
VCC Re xt /Ce xt NC NC Cext Rin NC
14
13
12
11 74121
10
9
8
1
2
3
4
5
6
7
Q NC TR-Ａ TR-B TR+ Q GND (a) 74121 的引脚排列图
R S （3）ui 继续上升到 UT+=UT=1.4V 时， ＝0， ＝1，RS 触发器翻转， uo 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。
（4）ui 上升到最大值后下降时，若 ui 下降到 UT， R ＝1。 S =1，RS 触发器不 翻转，电路仍维持在第二种稳态。
ui
复习
CH2 ? 逻辑门与组合逻辑电路
CH3 ? 触发器与时序逻辑电路
如何产生、 如何变换？
思路
输入： 高电平、低电平、脉冲
输出： 高电平、低电平
——两个稳态
——双稳态
实际中可能需要 其他的状态 ——单稳态、无稳态
New！
CH7 波形变换、脉冲产生
和定时电路
概述 波形变换电路 施密特触发器 脉冲产生电路 定时器
(a)
电路
稳态时，ui＝1，G1、G2均导通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。 ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不 能跃变，uA仍为0，故门G2 截止，uo2 跳变到1。在G1 、G2 截止时， C通过R和G1 的导通管放电，使uA逐渐上升。当uA上升到管子的 开启电压UT 时，如果ui 仍为低电平，G2 导通，uo2 变为0。当ui 回 到高电平后，G1 导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复 到稳定状态。
0
G1 1
R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
S
D
& G3 电路
0
(a)
1
t
（1）ui＝0 时， ＝1， ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。 S R
R S （2）ui 上升到 UD =0.7V 时， ＝1， 高电平，电路仍维持在第一种稳态。
★ 基本学习要求
· 掌握脉冲电路的基本分析方法
· 掌握常用脉冲电路的工作原理 · 掌握几种集成电路的应用 · 理解双稳态—单稳态—无稳态等几种电路 原理的内在联系
Email me please if you have any questions: win_dd@163.com
★ 本章学习重点
· 脉冲电路分析的关键 · 微分型单稳态触发器、晶体振荡器、 555定时器的基本原理
R S （2）ui 上升到 UD =0.7V 时， ＝1， ＝1，RS 触发器不翻转，uo 仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 R S （3）ui 继续上升到 UT+=UT=1.4V 时， ＝0， ＝1，RS 触发器翻转， uo 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。
· 74221、4538、4098、74HC14、555
等集成电路的应用
7.1 波形变换电路
7.1.1 RC积分与微分电路
New！
7.1.2 单稳态触发器的工作原理
7.1.3 集成单稳态触发器 7.1.4 单稳态触发器应用举例
7.1.1 RC积分与微分电路
RC积分电路
基础知识
tW
电路条件： τ= RC >>tW tW——输入脉冲宽度
7.2 施密特触发器
7.2.1 特性与原理 7.2.2 集成施密特触发器
New！
7.2.3 应用举例
7.3.1 由门电路构成的施密特触发器
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合 于数字电路需要的矩形脉冲的电路。
ui
0
G1 1
R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
7.1.2 单稳态触发器工作原理
分析方法
A
Q
B A Q B Vth
稳 态
稳 态
暂稳态
7.1.2 单稳态触发器工作原理
基础知识
A
Q
B A Q
tW
B
Vth
tre
暂稳态时间
恢复时间
7.1.2 单稳态触发器工作原理 A
计算 tW及tre
运用“三要素法”：
Q B
基础知识
Vth
UB(0+)= VCC
B A Q
7.1.1 RC积分与微分电路
RC微分电路
基础知识
tW
电路条件： τ= RC <<tW tW——输入脉冲宽度
7.1.2 单稳态触发器工作原理
1、以微分型为例
基础知识
A
7.1.2 单稳态触发器工作原理
分析方法
A
Q
B A Q BBaidu NhomakorabeaVth
7.1.2 单稳态触发器工作原理
分析方法
A
Q
B A Q B Vth
＝1，RS 触发器不翻转，uo 仍为
（3）ui 继续上升到 UT+=UT=1.4V 时， R ＝0， S ＝1，RS 触发器翻转， uo 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。 （4）ui 上升到最大值后下降时，若 ui 下降到 UT， R ＝1。 S =1，RS 触发器不
④若输入脉冲过宽（tA＞tW），电路工作可能不正常时， 可在输入端另加一RC微分电路，形成短输入脉冲。 ⑤采用或非门电路同样可构成单稳电路。
7.1.2 单稳态触发器工作原理
基础知识
A
Q
B
Cd
B
Vth
A
Rd
。 +VDD
Q
tW
tre
7.1.2 单稳态触发器工作原理
基础知识
A
Q
B
Cd
B
Vth
A A’
Rd
74121的输出脉冲宽度：
tp≈0.7RC
TR-A、TR-B是两个下降沿有效 的触发信号输入端，TR+ 是上 升沿有效的触发信号输入端。 Q和是两个状态互补的输出端。 Rext/Cext、Cext是外接定时电阻 和电容的连接端，外接定时 电阻R（R=1.4kΩ～40kΩ）接 在VCC和Rext/Cext之间，外接定 时 电 容 C （ C=10pF ～ 10μF ） 接在Cext（正）和Rext/Cext之间。 74121内部已设置了一个2kΩ 的定时电阻，Rin 是其引出端， 使用时只需将Rin与VCC连接起 来即可，不用时则应将Rin 开 路。
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（5）ui 继续下降到 UT-=UT-UD=0.7V 时， R ＝1， S ＝0，RS 触发器翻 转，uo 为高电平，电路返回到第一种稳态。
uo ui 0 UT－ UT+ (a) 传输特性 ui (b) 逻辑符号 uo
uo ui 0 UT－ UT+ (a) 传输特性
Q
Q
稳态
tW
暂态
习题1
试设计一自动延时楼道照明灯。
！讨论与思考 ！
几点讨论： ①反馈环节也可采用RC积分电路（见习题6-5）。 ②若采用TTL门电路，为保证稳态时门2输入低电平，电 阻R必须小于某一数值。采用 CMOS 电路无此限制。
③为减小恢复时间tre，可在R上并联一个二极管，给电容C 提供放电回路。
R S （2）ui ＝UD =0.7V 时， ＝1， 平，电路仍维持在第一种稳态。
＝1，RS 触发器不翻转，uo 仍为高电
ui
1
G1 1
R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
0
S
D
& G3 电路
1
(a)
0
t
（1）ui＝0 时， ＝1， ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。 S R
下限阈值电压
uo
ui (b)
上限阈值电压
回差电压（滞后电压）： ΔUT＝ UT＋－UT－
逻辑符号
前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V 缺点是回差太小，且不能调整。
VDD 4A 4Y 14 13 12
5A 5Y 6A 6Y
A
Q
C Vth
则 tW ≈0.7τ=0.7RC
tre=(3~5)τre
Q
tW
tre
T T1 T2 tw tre
单稳态触发器的一般特性 ？ ！思考 ！
1. 只有一个稳态，另有一个暂稳态。 2．何时翻转到暂稳态取决于输入信号。
3．何时翻转回稳态取决于电路参数R与C。
tA A A
单稳态 触发器