数字电路习题-第八章

第二节 典型题解
例题 8.1 分析例题 8.1 图（a）所示脉冲电路的工作原理，设门电路均为TTL电路，其阈值 电压为UTH；设二极管的导通电压为UD。说明电路的功能，画出电路的电压传输特性。
G1
1
G2
uI
&
uO UOH
&
D
uO
UOL
G3 G3
O UTH-UD UTH
uI
（a）
（b）
例题 8.1 图
引脚名称 TR TH R
表 8.1 5 5 5 集成定时器引 脚 名 称 及 功 能
功能
引脚名称
低电平触发
OUT
高电平触发
D
复位端
CO
功能 输出端 放电端 控制电压端
555 集成定时器的功能如表 8.2 所示。
TH(6) ×
>2 UDD/3 <2 UDD/3 <2 UDD/3
TR(2) × ×
> UDD/3 < UDD/3
三、考核题型与考核重点
1. 概念与简答 题型 1 为填空、判断和选择； 题型 2 为叙述基本概念与特点。 建议分配的分数为 2～4 分。 2. 综合与设计 题型 1 根据已知脉冲电路，分析其工作原理，画出电路中各关键点的信号波形以及输出波 形的参数计算等； 题型 2 根据需要选择合理的脉冲电路； 题型 3 分析在应用系统中脉冲电路的作用。 建议分配的分数为 5～10 分。
进行，uC逐渐升高，当uC≥uI时，uO由高电平变为低电平，⑦引脚导通。 电容放电，电 容 C经 过 ⑦引脚放电，放电时间常数τ放=R2C，随着放电过程的进行，uC逐
渐下降，当下降到uC≤uI/2 时，uO由低电平变为高电平，⑦引脚截止。 电容再次充电，电 路 重 复 上 述 过 程 ，进 入 下 一 个 周 期 ，电 路 输 出 周 期 性 的 矩 形 脉 冲 。
第一节 基本知识、重点与难点
一、基本知识
（一）常用脉冲产生和整形电路 1. 施密特触发器 （1）电路特点 施密特触发器是常用的脉冲变换和脉冲整形电路。电路主要有两个特点：一是施密特触发 器是电平型触发电路；二是施密特触发器电压传输特性具有回差特性，或称滞回特性。 输入信号在低电平上升过程中，电路输出状态发生转换时对应的输入电平称为正向阈值电 压UT+，输入信号在高电平下降过程中，电路状态转换对应的输入电平称为负向阈值电压UT－， UT+与UT－的差值称为回差电压ΔUT。 （2）电路构成及参数 施密特触发器有多种构成方式，如：门电路构成、集成施密特触发器、555 定时器构成。 主要电路参数：正向阈值电压UT+、负向阈值电压UT－和回差电压ΔUT。 （3）电路应用 施密特触发器主要应用范围：波形变换、波形整形和幅度鉴别等。 2. 单稳态触发器 （1）电路特点 单稳态触发器特点如下： ① 单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； ② 在外加触发信号的作用下，触发器可以从稳态翻转到暂稳态，暂稳态维持一段时间，自 动返回原稳态； ③ 暂稳态维持时间的长短取决于电路参数 R 和 C。 （2）电路构成及参数 单稳态触发器有多种构成方式，如：门电路构成的积分型单稳态触发器、门电路构成的微 分型单稳态触发器、集成单稳态触发器、555 定时器构成的单稳态触发器等。主要电路参数： 暂稳态的维持时间tw、恢复时间tre 、分辨时间td、输出脉冲幅度Um。 （3）电路应用 单稳态触发器主要应用范围：定时、延时、脉冲波形整形等。 3. 多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后，就可以自动产生矩形脉冲，是数字系统中产
重点： 1. 脉冲产生与整形电路的工作原理 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路的工作原理、波形分析、电路参数与 性能的定性分析。 2. 555 定时器 555 定时器的基本结构、引脚功能、典型应用。 3. 脉冲电路的分析方法 无论脉冲电路的具体结构如何，凡是含有 RC 元件的脉冲电路，分析的关键都是电容的充 放电过程，分析的关键点在于电容充放电过程中电压变化对门电路的输入端的影响。 难点： 脉冲电路的分析方法是本章的难点。脉冲电路的分析采用的是非线性电路中过渡过程的分 析方法，另外，在分析过程中还要考虑门电路在不同输入信号情况下，对输出信号状态的影响。
例题 8.3 分析例题 8.3 图（a）所示 555 定时器构成的压控振荡器，画出uC和uO波形，试求
输入控制电压uI和振荡周期之间的关系，当输入电压uI升高时，振荡频率升高还是降低？
解：接 通 电 源 瞬 间 ，电 容 C上 没 有 电 压 ，此 时 uC=0V，因此输出uO高电平，⑦引脚截止。
电容充电，由UDD经R1、 R2对 C充 电 ， 充 电 时 间 常 数 τ充= (R1＋ R2)C。随着充电过程的
题 8.6 答：从实用的角度看，555 定时器可以取代 A 。
（A）机械式定时器；
（B）闹钟；
（C）学校自动打铃控制器；
（D）电冰箱控制电路。
题 8.7 答：用石英晶体谐振器代替对称多谐振荡器中的一个电容，另一个电容之值应 A 。
（A）加大；
（B）减小；
（C）不变；
（D）也换成石英晶体谐振器。
题 8.8 答：将一方波信号变换为相同重复周期的矩形窄脉冲，例如将脉冲宽度为 10ms的方
随着充电过程的进行，②和⑥引脚的输入电压
逐渐降低，当低到
1 3
U
DD
时，uO由低电平变为
高电平。
结论：当开关 S 断开时，电路延迟了一段
时间，uO才发生状态的改变，由低电平变为高 电平，实现了开机延时的功能。
C S
0.01μF R
C 5 6 TR 2
R 84
555 3 OUT uO
D7
T
1
②和⑥引脚，即电阻R上的起始电压 电阻R上的稳态电压 时间常数 求电阻 R 上的电压瞬时值
uC和uO波形如 例 题 8.3 图 （ b） 所 示 。
UDD
uC
2 1
R1B B
R 84
DC
7
uIB B
4
uIB B
R2B B
555
OUT
O
t
3
uOB
B
uOB
B
6
T
求充电时间T1：uC (0+)= uI /2，uC (∞)= UDD，τ=(R1＋ R2)C，uC (T1)= uI。
T1
=
(R1
题 8.3 答：单稳态触发器从稳态翻转到暂稳态取决于 输入触发信号 ，从暂稳态翻转到稳
态取决于 RC定时电路 。
题 8.4 答：单稳态触发器和多谐振荡器中的暂稳态时间与 RC时间常数 成正比。
题 8.5 答：双极型 555 定时器可直接驱动较大功率的负载，因为其输出级的驱动电流可以
达到 200mA 。
发的单稳态指的是在暂稳态的过程中，不能响应触发信号。
题 8.2 电平触发与边沿触发有何不同？二者分别来自哪些电路？ 答：当输入信号电位达到某一数值时，使输出信号改变，为电平触发；当输入信号跳变时，
使输出信号改变，为边沿触发。例如，施密特触发器为电平触发方式，单稳态触发器为边沿触
发方式。
题 8.3 Watching Dog 电路适合用在那些系统？ 答：为防止系统程序死循环的、具有 CPU 的小型电子系统。 题 8.4 试举出施密特触发器应用的几个例子。 答：施密特触发器可用于波形变换，例如将三角波、正弦波变换为矩形波。用于信号整形，
例题 8.2 分析例题 8.2 图所示电路的工作原理，这是由 555 定时器构成的开机延时电路，
开关S为常闭开关。若已知电路参数C=33uF，R=59kΩ，UDD=12V，试计算该电路的延时时间。
解：开关 S 闭合时，②和⑥引脚输入高电
UDD
平UDD，因此uO低电平，电容C上没有电压。 当开关S断开时，UDD开始对电容C充电，
5
波信号变换为脉冲宽度为 1ms的矩形脉冲，可采用 A 。
（A）单稳态触发器；
（B）施密特触发器；
（C）十进制计数器；
（D）十进制加法器。
题 8.9 答：将一重复频率为 1024kHz的脉冲信号分频为 4kHz的脉冲信号，主体电路可采用
C。
（A）单稳态触发器；
（B）双稳态触发器；
（C）二进制计数器；
（D）十进制分频器。
题 8.10 答：下列产品中属于CMOS电路的有 C、D 。
（A）NE555；
（B）ICL556；
（C）MC 7555；
（D）CA7556。
思考题题解
题 8.1 单稳态触发器中可重复触发和不可重复触发各是什么含义？ 答：可重复触发的单稳态指的是在暂稳态的过程中，可以再次响应触发信号；不可重复触
+
R2
)C
ln
1 2
u
I
− U DD
uI − U DD
求放电时间T1：uC (0+)= uI，uC (∞)= 0，τ=R2C，uC (T2)= uI/2。
T2
=
R2C ln
uI
1 2
u
I
振荡周期T= T1 +T2，计算结果：
T
= (R1
+
R2 )C ln
1 2
uI
− U DD
uI − U DD
+
R2C ln 2
3
解：当输入电压uI=0 时，二极管D导通，门G3输出高电平，门G2输出低电平，uO=0。 假设uI开始上升，如果uI＜UTH，门电路的输出状态不会改变，uO维持不变，uO=0。 uI逐渐升高，当uI≥UTH，门G1输出低电平，使门G2输出高电平，因此门G3输出变为低电平， 输出由低电平变为高电平，uO=UOH。 如果uI继续升高，门电路的输出状态不会改变，uO维持不变，uO=UOH。 当uI逐渐降低，当uI等于略小于UTH，门G1输出高电平，uO仍然维持不变，uO=UOH。 uI继续降低，当uI≤UTH－UD，门G3输出变为高电平，门G1已经输出高电平，所以门G2输出 变为低电平，输出由低电平变为高电平，uO=UOH。 该电路是电平触发的施密特触发器，其中：UT+ =UTH、UT－ =UTH－UD、回差电压ΔUT =UD。 根据上述分析，画出该电路的电压传输特性如例题 8.1 图（b）所示。
表 8.2 555 集成定时器功 能 表
R(4)
OUT(3)
L
L
H
L
H
不变
H
H
放电管 导通 导通 不变 截止
D(7) L L
不变 H
（2）应用电路 555 集成定时器可以方便地构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等脉冲产生和
பைடு நூலகம்
整形电路。典型电路如图 8.1 所示。
UDD
UDD
UDD
uI 0.01μF
UR(0+)= UDD UR(∞)= 0 τ=RC
例题 8.2 图
−t
−t
uR(t)= UR(∞)+[ UR(0+)－UR(∞)] e τ ≈UDD e τ
计算uR(t)达到
1 3
U
DD
时的延时时间tw：
1 3
U
DD
=
UDD
e
− tw τ
tW =τln
U DD
1 3
U
DD
=
RC
ln3=59×33×10－3×ln3=2.1s
1
生脉冲信号的主要电路。 （1）电路特点 多谐振荡器特点如下：电路没有稳态，只有两个暂稳态；多谐振荡器不需要外加触发信号，
电路会自动产生矩形脉冲。 （2）电路构成及参数 多谐振荡器有多种构成方式，如：门电路构成的对称式多谐振荡器、门电路构成的带 RC
延迟电路的环形振荡器、晶体振荡器、555 定时器构成的多谐振荡器等。多谐振荡器的主要参 数有：振荡频率、占空比、输出幅度。
第八章 脉冲产生与整形
在时序电路中，常常需要用到不同幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号。事实上，数 字系统几乎离不开脉冲信号。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接产生或者利用已有信 号变换得到。
本章主要讨论常用的脉冲产生和整形电路的结构、工作原理、性能分析等，常见的脉冲电 路有：单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器。
（二）555 集成定时器 555 集成定时器是一种多用途的数模混合电路。利用 555 集成定时器可以非常方便地构成 各种脉冲产生和整形电路，使用灵活、方便，应用范围广。 （1）电路结构及其工作原理 555 集成定时器由电阻分压器、比较器、基本 RS 触发器、驱动器和放电管等部分组成。555 集成定时器根据输入信号电压幅值的不同，将产生不同的电压输出、放电管不同的工作状态。 555 集成定时器的引脚名称和功能如表 8.1 所示。
由上述分析可知，当输入电压uI升高时，振荡周期变大，振荡频率降低。
第三节 题解
自我检测题解
题 8.1 答：施密特触发器属于 电平触发 型电路。
题 8.2 答：RC积分电路与微分电路在脉冲电路中起着 暂稳态 的作用。单稳态触发器具有
1 组定时电路；多谐振荡器具有 2 组定时电路；双稳态触发器 没有 定时电路。
R
R
C8 4 5
6 TR 2
555 3 OUT uO uI
D7
0.01μF T
1
C 5 6 TR 2
D7 C
R 84
555 3 OUT uO
0.01μF T 1
R1
R
C8 4
5
R2
6
555 3 OUT uO
2 C TR
D7
T
1
（a）施密特触发器
（b）单稳态触发器
图 8.1
（c）多谐振荡器
2
二、重点与难点