第八章 脈沖波形的變換與產(chǎn)生

1、第八章 脈沖波形的變換與產(chǎn)生第二十六講 教學(xué)內(nèi)容：555 集成定時(shí)器的電路組成及功能；常施密特觸發(fā)器的電路組成及應(yīng)用；利用 555 集成定時(shí)器 組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 。 教學(xué)要求：掌握 555 集成定時(shí)器的組成及功能；掌握 施密特觸發(fā)器的電路組成及應(yīng)用；了解 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。教學(xué)難點(diǎn)：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器的工作原理，555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理，用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器的方法。在數(shù)字電路或系統(tǒng)中，常常需要各種脈沖波形，例如時(shí)鐘脈沖、控制過(guò)程的定時(shí)信號(hào)等。這些脈沖波形的獲取，通常采用兩種方法：一種是利用脈沖信號(hào)產(chǎn)生器直接產(chǎn)生；另一種則

2、是通過(guò)對(duì)已有信號(hào)進(jìn)行變換，使之滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。本章以中規(guī)模集成電路555定時(shí)器為典型電路，主要討論555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器以及555定時(shí)器的典型應(yīng)用。8.1 集成555定時(shí)器555定時(shí)器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類(lèi)型，其型號(hào)分別有NE555（或5G555）和C7555等多種。通常，雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555，CMOS產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)碼都是

3、7555，它們的結(jié)構(gòu)、工作原理以及外部引腳排列基本相同。一般雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS定時(shí)電路具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為516V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓變化范圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。一 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理1555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)：（1）由三個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器；（2）兩個(gè)電壓比較器C1和C2： v+v，vo=1； v+v，vo=0。（3）基本RS觸發(fā)器；（4）放電三極管T及緩沖器G。2工作原理。當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2的比

4、較電壓分別為和。（1）當(dāng)vI1>，vI2>時(shí)，比較器 C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。（2）當(dāng)vI1<，vI2<時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管T截止，輸出端vO為高電平。（3）當(dāng)vI1<，vI2>時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2也輸出高電平，即基本RS觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。圖8.11 555定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào)(a)原理圖 （b）電路符號(hào)由于閾值輸入端(vI1) 為高電平（>）時(shí)，定時(shí)器輸出低電平，因此

5、也將該端稱(chēng)為高觸發(fā)端（TH）。因?yàn)橛|發(fā)輸入端(vI2)為低電平（<）時(shí)，定時(shí)器輸出高電平，因此也將該端稱(chēng)為低觸發(fā)端（TL）。如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。另外，RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平，即RD的控制級(jí)別最高。正常工作時(shí)，一般應(yīng)將其接高電平。二555定時(shí)器的功能表表8.11 555定時(shí)器功能表閾值輸入(vI1) 觸發(fā)輸入(vI2) 復(fù)位(RD) 輸出(vO) 放電管T × × 0 0 導(dǎo)通&l

6、t; < 1 1 截止> > 1 0 導(dǎo)通< > 1 不變 不變8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一 用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理圖8.21 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（1） vI =0V時(shí)，vo1輸出高電平。（2）當(dāng)vI上升到時(shí)，vo1輸出低電平。當(dāng)vI由繼續(xù)上升，vo1保持不變。（3）當(dāng)vI下降到時(shí)，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖?。而且在vI繼續(xù)下降到0V時(shí)，電路的這種狀態(tài)不變。圖中，R、VCC2構(gòu)成另一輸出端vo2，其高電平可以通過(guò)改變VCC2進(jìn)行調(diào)節(jié)。2. 電壓滯回特

7、性和主要參數(shù)電壓滯回特性圖8.22 施密特觸發(fā)器的電路符號(hào)和電壓傳輸特性主要靜態(tài)參數(shù)（1） 上限閾值電壓VT+vI上升過(guò)程中，輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT+=。（2）下限閾值電壓VTvI下降過(guò)程中， vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT=。（3）回差電壓VT回差電壓又叫滯回電壓，定義為VT= VT+VT =若在電壓控制端VIC（5腳）外加電壓VS，則將有VT+=VS、VT=VS/2、VT= VS/2，而且當(dāng)改變VS時(shí)，它們的值也隨之改變。二 集成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可以由555定時(shí)器構(gòu)成，也可以用分立元件和集成門(mén)電路組

8、成。因?yàn)檫@種電路應(yīng)用十分廣泛，所以市場(chǎng)上有專(zhuān)門(mén)的集成電路產(chǎn)品出售，稱(chēng)之為施密特觸發(fā)門(mén)電路。集成施密特觸發(fā)器性能的一致性好，觸發(fā)閾值穩(wěn)定，使用方便。1. CMOS集成施密特觸發(fā)器圖8.23（a）是CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106（六反相器）的引線(xiàn)功能圖，表8.21所示是其主要靜態(tài)參數(shù)。圖8.23 集成施密特觸發(fā)器CC40106和74LS14外引線(xiàn)功能圖表8.21 集成施密特觸發(fā)器CC40106的主要靜態(tài)參數(shù)電源電壓VDD VT+最小值 VT+最大值 VT最小值 VT最大值 VT最小值 VT最小值 單位5 2.2 3.6 0.9 2.8 0.3 1.6 V10 4.6 7.1 2.5 5.2

9、 1.2 3.4 V15 6.8 10.8 4 7.4 1.6 5 V2. TTL集成施密特觸發(fā)器圖8.23（b）所示是TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14外引線(xiàn)功能圖，其幾個(gè)主要參數(shù)的典型值如表8.22所示。TTL施密特觸發(fā)與非門(mén)和緩沖器具有以下特點(diǎn)：（1）輸入信號(hào)邊沿的變化即使非常緩慢，電路也能正常工作。（2）對(duì)于閾值電壓和滯回電壓均有溫度補(bǔ)償。（3）帶負(fù)載能力和抗干擾能力都很強(qiáng)。表8.22 TTL集成施密特觸發(fā)器幾個(gè)主要參數(shù)的典型值器件型號(hào) 延遲時(shí)間（ns） 每門(mén)功耗（mW） VT+（V） VT（V） VT（V） 74LS14 15 8.6 1.6 0.8 0.8 74LS132 15 8

10、.8 1.6 0.8 0.8 74LS13 16.5 8.75 1.6 0.8 0.8集成施密特觸發(fā)器不僅可以做成單輸入端反相緩沖器形式，還可以做成多輸入端與非門(mén)形式，如CMOS四2輸入與非門(mén)CC4093，TTL四2輸入與非門(mén)74LS132和雙4輸入與非門(mén)74LS13等。三 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 用作接口電路將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。2. 用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。圖8.24 慢輸入波形的TTL系統(tǒng)接口 圖8.25 脈沖整形電路的輸入輸出波形3. 用于脈沖鑒幅將幅值大于VT+的脈沖選出。圖8.26 用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度8.3

11、多諧振蕩器多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們做交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此它又稱(chēng)作無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，常用來(lái)做脈沖信號(hào)源。一 用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 電路組成及工作原理圖8.31 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器2. 振蕩頻率的估算（1）電容充電時(shí)間T1。電容充電時(shí)，時(shí)間常數(shù)1=（R1+R2）C，起始值vC（0+）=，終了值vC（）=VCC，轉(zhuǎn)換值vC（T1）=，帶入RC過(guò)渡過(guò)程計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：（2） 電容放電時(shí)間T2電容放電時(shí)，時(shí)間常數(shù)2=R2C，起始值vC（0+）=，終了值vC（）=0，轉(zhuǎn)換值vC（T2）=，帶入R

12、C過(guò)渡過(guò)程計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：（3）電路振蕩周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）電路振蕩頻率f （5）輸出波形占空比q定義：q=T1/T，即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱(chēng)為占空比。 二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路在圖8.31所示電路中，由于電容C的充電時(shí)間常數(shù)1=（R1+R2）C，放電時(shí)間常數(shù)2=R2C，所以T1總是大于T2，vO的波形不僅不可能對(duì)稱(chēng)，而且占空比q不易調(diào)節(jié)。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦裕央娙軨充電和放電回路隔離開(kāi)來(lái)，再加上一個(gè)電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器，如圖8.3.2所示。圖8.32 占空比可調(diào)的多諧振蕩器由于二極管的引導(dǎo)作用，電容C的充電時(shí)間常數(shù)1=

13、R1C，放電時(shí)間常數(shù)2=R2C。通過(guò)與上面相同的分析計(jì)算過(guò)程可得 T1=0.7R1C T2=0.7R2C占空比：只要改變電位器滑動(dòng)端的位置，就可以方便地調(diào)節(jié)占空比q，當(dāng)R1=R2時(shí)，q=0.5，vO就成為對(duì)稱(chēng)的矩形波。三 石英晶體多諧振蕩器在許多數(shù)字系統(tǒng)中，都要求時(shí)鐘脈沖頻率十分穩(wěn)定，例如在數(shù)字鐘表里，計(jì)數(shù)脈沖頻率的穩(wěn)定性，就直接決定著計(jì)時(shí)的精度。在上面介紹的多諧振蕩器中，由于其工作頻率取決于電容C充、放電過(guò)程中，電壓到達(dá)轉(zhuǎn)換值的時(shí)間，因此穩(wěn)定度不夠高。這是因?yàn)榈谝唬D(zhuǎn)換電平易受溫度變化和電源波動(dòng)的影響；第二，電路的工作方式易受干擾，從而使電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換提前或滯后；第三，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，電容充、

14、放電的過(guò)程已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或者干擾，對(duì)振蕩周期影響都比較大。一般在對(duì)振蕩器頻率穩(wěn)定度要求很高的場(chǎng)合，都需要采取穩(wěn)頻措施，其中最常用的一種方法，就是利用石英諧振器簡(jiǎn)稱(chēng)石英晶體或晶體，構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。1.石英晶體的選頻特性 有兩個(gè)諧振頻率。當(dāng)f=fs時(shí)，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0； 當(dāng)f=fp時(shí)，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無(wú)窮大。 由晶體本身的特性決定： fs fp f0（晶體的標(biāo)稱(chēng)頻率）石英晶體的選頻特性極好，f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-1010-11。圖8.33 石英晶體的電抗頻率特性和符號(hào)2. 石英晶體多諧振蕩器 （1）串聯(lián)式振蕩器 R1、R2的作用使兩個(gè)反

15、相器在靜態(tài)時(shí)都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路。 對(duì)于TTL門(mén)，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS門(mén)則常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為f0的信號(hào)才能通過(guò)，滿(mǎn)足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件R、C無(wú)關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。圖8.34 石英晶體多諧振蕩器 （2）并聯(lián)式振蕩器 RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時(shí)使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個(gè)反相放大器。 晶體工作在fS與 fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。電路的振蕩頻率= f0。 反相器G2起整形緩沖作用，同時(shí)G2還

16、可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路工作的影響。圖8.35 CMOS石英晶體多諧振蕩器四多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例1. 簡(jiǎn)易溫控報(bào)警器圖8.36是利用多諧振蕩器構(gòu)成的簡(jiǎn)易溫控報(bào)警電路，利用555構(gòu)成可控音頻振蕩電路，用揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警，可用于火警或熱水溫度報(bào)警，電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。圖中晶體管T可選用鍺管3AX31、3AX81或3AG類(lèi)，也可選用3DU型光敏管。3AX31等鍺管在常溫下，集電極和發(fā)射極之間的穿透電流ICEO一般在1050，且隨溫度升高而增大較快。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度值時(shí)，晶體管T的穿透電流ICEO較小，555復(fù)位端RD（4腳）的電壓較低，電路工作在復(fù)位狀態(tài)，多諧振蕩器停振，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)溫度升高到設(shè)定溫

17、度值時(shí)，晶體管T的穿透電流ICEO較大，555復(fù)位端RD的電壓升高到解除復(fù)位狀態(tài)之電位，多諧振蕩器開(kāi)始振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。圖8.36 多諧振蕩器用作簡(jiǎn)易溫控報(bào)警電路需要指出的是，不同的晶體管，其ICEO值相差較大，故需改變R1的阻值來(lái)調(diào)節(jié)控溫點(diǎn)。方法是先把測(cè)溫元件T置于要求報(bào)警的溫度下，調(diào)節(jié)R1使電路剛發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警的音調(diào)取決于多諧振蕩器的振蕩頻率，由元件R2、R3和C1決定，改變這些元件值，可改變音調(diào)，但要求R2大于1k。2. 雙音門(mén)鈴圖8.37 是用多諧振蕩器構(gòu)成的電子雙音門(mén)鈴電路。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)AN按下時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，VCC經(jīng)D2向C3充電，P點(diǎn)（4腳）電位迅速充至VCC，復(fù)位解除；由于

18、D1將R3旁路，VCC經(jīng)D1、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)為（R1+R2）C，放電時(shí)間常數(shù)為R2 C，多諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，喇叭發(fā)出高音。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)AN松開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電容C3儲(chǔ)存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時(shí)間，在P點(diǎn)電位降至復(fù)位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩；但此時(shí)VCC經(jīng)R3、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)增加為（R3+R1+R2）C，放電時(shí)間常數(shù)仍為R2 C，多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，喇叭發(fā)出低音。當(dāng)電容C3持續(xù)放電，使P點(diǎn)電位降至555的復(fù)位電平以下時(shí)，多諧振蕩器停止振蕩，喇叭停止發(fā)聲。調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，可以改變高、低音發(fā)聲頻率以及低音維持時(shí)間。圖8.37 用多諧振蕩器構(gòu)成的雙音

19、門(mén)鈴電路3. 秒脈沖發(fā)生器CMOS石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768Hz的基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)T/觸發(fā)器構(gòu)成的15級(jí)異步計(jì)數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號(hào)。這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計(jì)時(shí)系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)源。圖8.38 秒脈沖發(fā)生器8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn)：第一，它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于定時(shí)（產(chǎn)生一定寬度的脈沖）、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成等寬、等幅的脈沖）以及延時(shí)

20、（將輸入信號(hào)延遲一定的時(shí)間之后輸出）等。一 用555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理（1）無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)電路無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，vI保持高電平，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即輸出端vO保持低電平，555內(nèi)放電三極管T飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容電壓vC為0V。（2）vI下降沿觸發(fā)當(dāng)vI下降沿到達(dá)時(shí)，555觸發(fā)輸入端（2腳）由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，電路被觸發(fā)，vO由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間在暫穩(wěn)態(tài)期間，555內(nèi)放電三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。其充電回路為VCCRC地，時(shí)間常數(shù)1=RC，電容電壓vC由0V開(kāi)始增大，在電容電壓vC上升到

21、閾值電壓之前，電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。圖8.41用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形（4）自動(dòng)返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時(shí)間當(dāng)vC上升至閾值電壓時(shí)，輸出電壓vO由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?55內(nèi)放電三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容C經(jīng)放電三極管對(duì)地迅速放電，電壓vC由迅速降至0V（放電三極管的飽和壓降），電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(fù)過(guò)程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過(guò)飽和導(dǎo)通的三極管 T放電，時(shí)間常數(shù)2=RCESC，式中RCES是T的飽和導(dǎo)通電阻，其阻值非常小，因此2之值亦非常小。經(jīng)過(guò)（35）2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過(guò)程結(jié)束?；謴?fù)過(guò)程結(jié)束后，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又可以接

22、收新的觸發(fā)信號(hào)。2. 主要參數(shù)估算(1) 輸出脈沖寬度tW輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，也就是定時(shí)電容的充電時(shí)間。由圖8.41（b）所示電容電壓vC的工作波形不難看出vC（0+）0V，vC（）=VCC，vC（tW）=，代入RC過(guò)渡過(guò)程計(jì)算公式，可得 上式說(shuō)明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時(shí)元件R、C的取值，與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無(wú)關(guān)，調(diào)節(jié)R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)tW。（2）恢復(fù)時(shí)間tre一般取tre=（35）2，即認(rèn)為經(jīng)過(guò)35倍的時(shí)間常數(shù)電容就放電完畢。（3）最高工作頻率fmax若輸入觸發(fā)信號(hào)vI是周期為T(mén)的連續(xù)脈沖時(shí)，為保證單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠正常工作，應(yīng)滿(mǎn)足下列條件： T &

23、gt; tWtre即vI周期的最小值Tmin應(yīng)為tWtre，即 Tmin= tWtre因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為 需要指出的是，在圖8.41所示電路中，輸入觸發(fā)信號(hào)vI的脈沖寬度（低電平的保持時(shí)間），必須小于電路輸出vO的脈沖寬度（暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間tW），否則電路將不能正常工作。因?yàn)楫?dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)后，如果vI端的低電平一直保持不變，那么555定時(shí)器的輸出端將一直保持高電平不變。解決這一問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單方法，就是在電路的輸入端加一個(gè)RC微分電路，即當(dāng)vI為寬脈沖時(shí)，讓vI經(jīng)RC微分電路之后再接到vI2端。不過(guò)微分電路的電阻應(yīng)接到VCC，以保證在vI下降沿未到來(lái)時(shí)，vI2端

24、為高電平。二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的邏輯功能和使用方法圖8.51（a）是TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的邏輯符號(hào)，（b）是工作波形圖。該器件是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加以輸入控制電路和輸出緩沖電路而形成的。圖8.51 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的邏輯符號(hào)和波形圖（a）邏輯符號(hào) （b）波形圖它有兩種觸發(fā)方式：下降沿觸發(fā)和上升沿觸發(fā)。A1和A2是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)輸入端，B是上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。vO和是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時(shí)電阻和電容的連接端，外接定時(shí)電阻Rext（阻值可在1.440k之間選擇）應(yīng)一端接V

25、CC（引腳14），另一端接引腳11。外接定時(shí)電容C（一般在10pF10F之間選擇）一端接引腳10，另一端接引腳11即可。若C是電解電容，則其正極引腳10，負(fù)極接引腳11。74121內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)2k的定時(shí)電阻，Rint（引腳9）是其引出端，使用時(shí)只需將引腳9與引腳14連接起來(lái)即可，不用時(shí)則應(yīng)讓引腳9懸空。表8.1.1是集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表，表中1表示高電平，0表示低電平，表8.1.1 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表圖8.52表明了集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法，圖（a）是使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)連接方式，圖（b）是使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上

26、升沿觸發(fā)連接方式。圖8.52 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法(a) 使用外接電阻Rext (下降沿觸發(fā)) (b)使用內(nèi)部電阻Rint (上升沿觸發(fā))2. 主要參數(shù)(1) 輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻： tW 0.7RextC 使用內(nèi)部電阻： tW 0.7RintC（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtretre是恢復(fù)時(shí)間。（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 定義： q = tW/T式中T是輸入觸發(fā)脈沖的重復(fù)周期，tW是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度。 最大占空比： qmax= tW/ Tmin 74121的最大占空比qmax，當(dāng)R=2k時(shí)為67%；當(dāng)R=40k時(shí)可達(dá)9

27、0%。不難理解，若R=2k且輸入觸發(fā)脈沖重復(fù)周期T=1.5S，則恢復(fù)時(shí)間tre=0.5S，這是74121恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)所必需的時(shí)間。如果占空比超過(guò)最大允許值，電路雖然仍可被觸發(fā)，但tW將不穩(wěn)定，也就是說(shuō)74121不能正常工作，這也是使用74121時(shí)應(yīng)該注意的一個(gè)問(wèn)題。3. 關(guān)于集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的重復(fù)觸發(fā)問(wèn)題集成單穩(wěn)有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過(guò)程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，如圖8.53（a）所示。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重

28、新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tW寬度，如圖8.53（b）所示。圖8.53 不可重復(fù)觸發(fā)與可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形（a） 不可重復(fù)觸發(fā)型 （b）可重復(fù)觸發(fā)型74121、74221、74LS221都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。屬于可重復(fù)觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74LS122、74123、74LS123等。有些集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上還設(shè)有復(fù)位端（例如74221、74122、74123等）。通過(guò)復(fù)位端加入低電平信號(hào)能立即終止暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程，使輸出端返回低電平。三 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時(shí)與定時(shí)（1）延時(shí)在圖8.54中，v/O的下降沿比vI的下降沿滯后了時(shí)間tW，即延遲了時(shí)間tW。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這種延時(shí)作用常被應(yīng)用于時(shí)序控制中。（2）定時(shí)在圖8.54中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓v/O，用做與門(mén)的輸入定時(shí)控制信號(hào)，當(dāng)v/O為高電平時(shí)，與門(mén)打開(kāi)，vO= vF，當(dāng)v/O為低電平時(shí)，與