数字电子技术基础简明教程第三版

施密特触发器
单稳态触发器
脉冲信号产生与 整形电路的实现
用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。
是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容 元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多 谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。
EXIT
二、施密特触发器
uO UOH UOL O
Schmitt Trigger
EXIT
脉冲整形 uI
将受到干扰的或不符合边沿要求 的信号整形成较好的矩形脉冲。
UT+ UTO
t
uO
O
t
EXIT
脉冲幅度鉴别 uI UT+ UTO uO t 鉴别并取出幅度 大于 UT+ 的脉冲。
UOH UOL O
t EXIT
三、多谐振荡器
Astable Multivibrator
(一)多谐振荡器的工作特点和符号
EXIT
一、555 定时器的工作原理和逻辑功能
555 定时器简介
555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途 广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型 555 定
时器为 5 ~ 16 V，CMOS 555 定时器为 3 ~ 18 V)，可提
供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输 出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。
(二)集成单稳态触发器
TTL 不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号 外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输 有入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十 3个 不可重复触发型 TR-A 分方便，而且工作稳定性好。因此应用很广泛。 触发信号输 单稳的限定符号 TR-B 入端，TR-A Q 和 TR-B 用负 TR+ 脉冲触发， Q 有 2 个互补输出端 TR+ 用正脉 冲触发。 RI CX RX/CX “×”号表示非逻 辑连接，即没有任何逻 辑信息的连接，例如外 接 R、C 和 VCC 等。 外接定时元件端
6.1
主要要求：
概 述
了解脉冲信号产生与整形的方法。
了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。
了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑 功能、工作特点和典型应用。
EXIT
一、脉冲信号产生与整形的方法
获取脉冲信 号的方法 用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。 主要用以将缓慢变化或快速变化的 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。 主要用以将宽度不符合要求的脉 冲变换成符合要求的矩形脉冲。 用门电路构成。
( 三)
1. 经过长距离传输后，脉冲信号的边 G 开通与否的控制信号。 脉冲整形 uC 为与门 uC = 沿会变差或波形上叠加某些干扰， 1，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出； 0，门 G 关闭，uB 不能输出。 脉冲定时 uC = 利用整形可使其变成符合要求的波形。 uA uA uC G uB
t
t EXIT
(三)施密特触发器组成的多谐振荡器
R
工作原理 设电容初始电压 uC(0) = 0。则接 充电 充电 EN 通电源后 uO 输出高电平 UOH，输出端 u ≤ U uC ≥ C U T+ Tu U O UOH 0 OL + UOH 通过 R 向电容 C 充电，使 uC 升高。 uC C 当 uC 上升到 UT+ 时，施密特触 U uC 发器状态翻转，uO 跃变为低电平 UOL。 C 这时 C 经 R 和施密特触发器的输出电 EN = 0 时，uO = 1，多谐振荡器不工作； UT+ 阻 RO 放电，使 uC 下降。 EN 1 时，不影响振荡器电路工作，下面分 U= T当 uC 下降到 UT- 时，触发器又 析时省略它。 t 翻转，u 重新跃变为高电平 U ， O O OH uO 电路又充电。 电容如此周而复始地充电和放电，电 UOH C 放电，使uC 下降，在 路便产生了振荡，输出周期性矩形波。 C 充电，使uC 上升， 到达 UT- 之前 uO = UOL。 UOL 振荡频率与充放电元件值 在到达 UT+ =T+ U 。 R、C 及之前 VDDu 、 、 U OU OH T- 有关。 t O EXIT
(二)施密特触发器应用举例
波形变换 uI 将三角波、正弦波和其它 不规则信号变换成矩形脉冲。 uI > UT+ 后，uO = UOL, 只有当 uI下降到经过 UT时，uO 才会发生跃变。 t uI < UT-后，uO = UOH只 有当 uI 上升到经过 UT+时， uO 才会发生跃变。 t
UT+ UTO uO UOH UOL O
Rint Cext Rext/Cext
1.
EXIT
如何使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端？ 一般接法
TR-A TR-B TR+ RI CX RX/CX 悬空不接
当输出脉宽很小时， 可用内部电阻 Rint = 2 k 取代 Rext ，接法如下：
Q Q VCC Rext TR-A TR-B TR+ RI CX RX/CX +VCC Q Q
uO2 UOH UOL O uI2 UTH O uO1 UOH UOL O uI1 UTH O
工作波形
t 输出波形
t
uI1
C2 形成正反馈回路 通过 RC 电路的充放电作用自 动控制 uI1、uI2 波形的变化，从而 控制 G1、G2 门交替开通和关闭， 使电路输出周期性的矩形脉冲。
t
t EXIT
Βιβλιοθήκη Baidu
(二)对称多谐振荡器
Q +VCC
Cext
Rext
t tW 将窄脉冲展宽成 宽度为 tW 的脉冲 t EXIT
若已知 则可得
Rext = 10 k，Cext = 1 F tW 0.7 RextCext = 7 ms
6.2
555 定时器及其应用
主要要求：
了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。
掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态 触发器和多谐振荡器的方法。
Cext
tW 0.7 RextCext
通常取： Rext = 2 ~ 40 k， Cext = 10 pF ~ 10 F。
Cext
tW 0.7 RintCext
EXIT
2. CT74121 逻辑功能的分析与应用
CT74121 的功能表
+VCC TR-A
Q TR-B 那么 CT74121 的触 TR+ Q 发信号应如何加呢？ RI CX RX/CX +VCC
调节 C1 可微调振荡频率； 调节 C1、C2 比值可调节反馈系数。
EXIT
四、单稳态触发器
(一)工作特点与电路符号
工 作 特 点
monostable flip-flop
有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲 输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下， 电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后， 电路又自动返回到原来的稳态。
2.
uO uC uB
uO
tW
门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。 单稳态触发器组成的定时电路和工作波形 因此，利用单稳态触发器可以控制门 开通与否以及开通多长时间。
EXIT
3. 脉冲展宽
脉 uI 冲 展 接成正脉冲 宽 触发方式 电 uI 路 和 O 工 uO 作 波 形 O
Q
RI CX RX/CX
输 入 TR-A TR-B TR+ 0 1 × 0 1 × 0 × × 1 1 × 1 1 1 1 1 0 × 0 ×
输 出 Q Q 0 1 0 1 0 1 0 1
欲负脉冲触发，则将 触发脉冲从 TR-A 或 TR-B 负脉冲触发应用举例 加入，而 TR+ 接 1。
可见，CT74121 可正脉 uO uI 冲触发，也可负脉冲触发。 通过对 CT74121 功能 欲正脉冲触发，则将触 RI CX RX/CX 表的分析就可知道触 发脉冲从 TR+ 加入，而 TR-A +VCC 发端的用法。 和 TR 正脉冲触发应用举例 -B 至少有一接 0。 EXIT
(四)石英晶体多谐振荡器
RF G1
振荡频率稳定 通常取 5 ~ 10 M，使 G1 门工作在电压传输特性的转折 区，使 G1 门放大工作。
G2
uO
采用 CMOS 门 改善输出波形的前沿和后 沿，使输出较理想矩形波。
C1
C2
并联石英晶体多谐振荡器 振荡频率 晶体频率
振荡产生电路 选频和形成正反馈。
EXIT
555 定时器的工作原理与逻辑功能
定时器 5G555 的功能表
1
输 入 TH TR RD 0
× × 0 1 1 1
2 1 VCC VCC 3 3 2 1 VCC VCC 3 3 1 2 VCC VCC 3 3
即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中 (1)不需输入信号。 含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 工作特点 (2)无稳定状态，只有两个暂稳态。 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，输出周期性的矩形脉冲信号。 G uO
EXIT
(二)对称多谐振荡器
合理取值，使 G1、G2 门工 作在电压传输特性的转折区，使 两个反相器都工作于放大状态。 RF1 G1 RF2 C1 uO1 uI2 G2 uO2 uO
TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时
器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555， 双定时器的为 7556。 EXIT
555 定时器的电路结构与符号
电源端 0 端 电源端 直接置 直接置 0 端 构成基本 RS 触发 V R V R CC D CC D 器，决定电路输出。 8 4 8 4 输出缓冲器 C C 1 5 k 1 5 k G G G G 构成电阻分 11 33 OUT = Q U U CO 5 控制电压输入端 CO 5 R1 R1 Q Q R 33 OUT R OUT 压器，为比较器 输出端 输出端 TH 6 阈值输入端 TH 6 构成电压比 C1、C2 提供两 C C 5 5k k 22 电路符号 较器，比较 TH 个参考电压， 触发输入端 TR TR 2 2 S S与 U Q和TR 与 4 8 UR1 = 2/3VCC， Q R1 U UR2 R2 G VCC G RD 22 UR2 的大小。 UR2 = 1/3VCC。 6 5 TH 5k k OUT 3 放电端 DIS DIS 7 7 R Q 2 TR 555 R Q V V 集电极开路输出端 5 7 1 CO 1 DIS 放电管，其输入为 GND GND接地端 GND 接地端 1 Q，输出为开路集电极。
uI uO 限定符号“ ”表 示可重复触发型单稳态 触发器。 EXIT
uI 输 入 波 形 暂稳态期间 不能再次触发。
单 稳 工 作 波 形 举 例
下面通过工作波形的分析来说明可 O t 重复触发型和不可重复触发型触发器的 uO 触发脉冲到来 单不 区别。 稳可 时，输出翻转为暂 重 输复 tW tW 稳态，经暂稳态持 出触 续时间 tW 后重新自 波发 动回到稳态。 形型 O t 外触发脉冲未来 暂稳态期间能再 时，输出为稳态。 u 单可 O 次触发。其输出脉宽 稳重 将在原暂稳态时间基 输复 tW tW 础上再展宽 tW 。 出触 波发 形型 O t EXIT
RF1 G1 RF2 C1 uO1 uI2 G2 uO2
uO2 UOH UOL O uI2 UTH O uO1 UOH
工作波形
t
uI1
uO
C2
t
振荡周期的估算 UOL 取 RF1 = RF2 = RF，C1 = C2 = C， O UTH = 1.4 V，UOH = 3.6 V， uI1 UOL = 0.3 V 则可输出占空比 50% 的矩形波。 UTH T = 2tW 1.4 RFC O 脉冲宽度
(一)施密特触发器的特性和符号
当u当 I从大减小 uI 从小增大时， 时，经过 UT-处才能使输 处才能 uI 经过 U T+ 使输出发生跃变。 出发生跃变。 UT- UT+ uI uO
负向阈值电压 回差电压 施密特触发 器工作特点
正向阈值电压
具有施密特特 性的与非门符号
UT = UT+ - UT(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。 (2)有两个阈值电压。 (3)有两个稳态。 EXIT
暂稳态时间长短取决于电路本 身的参数，与外加触发脉冲无关。 EXIT
单
稳
态
触
发 器
不 可 重 复 触 发 型 可 重 复 触 发 型
暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时 间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发 开始计算。
uI
1
uO
限定符号“1 ” 表示不可重复触发型单稳 态触发器。
暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽 度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tW 。