數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：脈沖波形的產(chǎn)生與變換

脈沖波形的產(chǎn)生與變換7.1概述7.2多諧振蕩器7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4施密特觸發(fā)器7.5555定時(shí)器及其應(yīng)用本章小結(jié)思考題與習(xí)題

7.1概述

數(shù)字電路又稱為脈沖(pluse)數(shù)字電路,所以脈沖信號在數(shù)字電路中扮演著重要的角色。脈沖這個(gè)詞包含著脈動(dòng)和短促的意思,在脈沖技術(shù)中,主要的研究對象是一些具有間斷性和突發(fā)性特點(diǎn)的、短暫出現(xiàn)的、周期或非周期性時(shí)間函數(shù)的電壓或電流。

矩形波是最常用的脈沖波形。矩形波具有兩個(gè)固定電平,其電平轉(zhuǎn)換時(shí)間與每個(gè)電平的持續(xù)時(shí)間相比可以忽略。由于實(shí)際的矩形脈沖波形是非理想的,因此,有必要定量描述矩形脈沖的特性,通常使用如圖7.1.1所示的幾個(gè)主要參數(shù)。圖7.1.1描述矩形脈沖的主要參數(shù)

脈沖周期T:周期性重復(fù)的脈沖序列中,兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。有時(shí)也使用頻率f=1/T,表示單位時(shí)間脈沖重復(fù)的次數(shù)。

脈沖幅度Um:脈沖電壓的最大變化幅度。

脈沖寬度tw:從脈沖上升沿的0.5Um起,到脈沖下降沿的0.5Um為止的一段時(shí)間。

上升時(shí)間tr:脈沖上升沿從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間。

下降時(shí)間tf:脈沖下降沿從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間。

占空比q:脈沖寬度與脈沖周期之比,即q=tw/T。

獲取矩形脈沖波形圖形的途徑主要有兩種:一種是利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖,另一種則是通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。

在時(shí)序電路中,矩形脈沖作為時(shí)鐘信號控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)系統(tǒng)的工作,因此,其波形特性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。

7.2多諧振蕩器

7.2.1簡單環(huán)形振蕩器利用門電路的傳輸延遲時(shí)間,將奇數(shù)個(gè)非門首尾相接就構(gòu)成環(huán)形振蕩器。如圖7.2.1所示,它由三個(gè)反相器首尾相連而組成,這個(gè)電路是沒有穩(wěn)定狀態(tài)的,從任何一個(gè)門的輸出端都可得到高、低電平交替出現(xiàn)的方波,圖7.2.2所示波形就是該電路的工作波形圖。圖7.2.1最簡單的環(huán)形振蕩器圖7.2.2圖7.2.1的工作波形圖

7.2.2帶RC延遲的環(huán)形振蕩器

1.電路結(jié)構(gòu)形式

為了克服簡單環(huán)形振蕩器的缺點(diǎn),可在圖7.2.1電路中引入RC延遲環(huán)節(jié),構(gòu)成如圖7.2.3所示電路。圖7.2.3帶RC延遲的環(huán)形振蕩器

2.工作原理分析

1)定性分析

在圖7.2.4所示電路中,設(shè)在t0時(shí)刻,uI=uO為低電平,則uO1為高電平,uO2為低電平。此時(shí)uO1經(jīng)電容C、電阻R到uO2形成電容的充電回路,如圖7.2.4(a)所示。設(shè)充電電流為i,則電路中A點(diǎn)的電壓為uA=Ri+uO2。隨著充電過程的進(jìn)行,充電電流逐漸減小,A點(diǎn)的電壓也相應(yīng)減小,當(dāng)uA接近門電路的閾值電壓UTH時(shí),形成下述正反饋過程:

正反饋的結(jié)果,使電路在t1時(shí)刻,uI=uO變?yōu)楦唠娖?則uO1為低電平,uO2為高電平。此時(shí)uO2經(jīng)電阻R、電容C到uO1形成電容的反方向充電回路,如圖7.2.4(b)所示。電路中A點(diǎn)的電壓為uA=uC+uO1,考慮到電容電壓不能突變,A點(diǎn)電壓在uO1由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí),出現(xiàn)下跳,其幅度與uO1的變化幅度相同。事實(shí)上,電容先放電后反方向充電。隨著充放電過程的進(jìn)行,A點(diǎn)的電壓逐漸增大,當(dāng)uA接近門電路的閾值電壓UTH時(shí),形成下述正反饋過程:

正反饋的結(jié)果,使電路在t2時(shí)刻返回到uI=uO為低電平,則uO1為高電平,uO2為低電平的狀態(tài),又開始新一輪的充電過程。此時(shí)A點(diǎn)的電壓為uA=Ri+uO2,考慮到電容電壓不能突變,A點(diǎn)電壓在uO1由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí),出現(xiàn)上跳,其幅度與uO1的變化幅度相同。圖7.2.4圖7.2.3電路的充放電等效電路

2)波形分析

圖7.2.3所示電路的工作過程,不僅可以用文字描述進(jìn)行定性分析,還可以用波形圖來描述。事實(shí)上,波形分析是文字描述的圖形表示。參照定性分析的結(jié)論,可作出圖7.2.3電路的工作波形,如圖7.2.5所示。

3)定量計(jì)算此處的定量計(jì)算是指振蕩周期和振蕩頻率的分析計(jì)算,充放電等效電路和波形圖是定量計(jì)算的基礎(chǔ)。由圖7.2.5可見,振蕩周期是T1與T2之和,依據(jù)RC電路瞬態(tài)分析的理論,可由初始值、終了值、時(shí)間常數(shù)三要素分別確定T1與T2。圖7.2.5圖7.2.3電路工作波形

7.2.3采用石英晶體的多諧振蕩器

圖7.2.6為石英晶體的符號、等效電路和電抗頻率特性。由于石英晶體的品質(zhì)因數(shù)Q值很高,因而具有很好的選頻特性;另外,它具有一個(gè)極為穩(wěn)定的固有諧振頻率fs,而fs只由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定。具有各種諧振頻率的石英晶體已被制成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品出售。圖7.2.6石英晶體的符號、等效電路和電抗頻率特性

圖7.2.7給出了兩種常見的石英晶體振蕩器電路,其諧振頻率由石英晶體的固有頻率決定。圖7.2.7兩種石英晶體多諧振蕩器電路

7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)外加觸發(fā)信號時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài),在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后,由于電路中所包含的電容元件的充放電作用,電路自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù),而與外觸發(fā)信號的寬度無關(guān)。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這些特點(diǎn),數(shù)字系統(tǒng)常用它構(gòu)成整形、延時(shí)和定時(shí)(產(chǎn)生一定寬度的方波)等電路。

7.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)

由門電路和RC元件組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路形式較多。一個(gè)電阻和一個(gè)電容元件可以組成積分電路或者微分電路,因此,由門電路和RC元件可組成積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖7.3.1所示電路就是微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路形式之一。電路中電阻R的值小于門電路的開門電阻值,即R<RON。圖7.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2.工作原理分析

1)定性分析分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理,就是分析如何在外觸發(fā)信號的作用下,電路由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),然后又如何在電容充放電的作用下,自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)。

在圖7.3.2所示電路中,輸入信號uI在穩(wěn)態(tài)下為高電平?？紤]到R<RON,所以穩(wěn)態(tài)時(shí)uI2為低電平,則uO為高電平。與非門G1的2個(gè)輸入端均為高電平,所以uO1為低電平,電容C兩端的電壓近似為0V。只要輸入信號保持高電平不變,電路就維持在uO1為低電平、uO為高電平這一穩(wěn)定狀態(tài)。圖7.3.2暫穩(wěn)態(tài)期間充電等效電路

在暫穩(wěn)態(tài)期間,電容C充電,隨著充電過程的進(jìn)行,充電電流逐漸減小,uI2下降。當(dāng)減小接近門電路的閾值電壓時(shí)(設(shè)此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失),出現(xiàn)下述正反饋過程:

此正反饋的結(jié)果,使電路自動(dòng)返回到uO1為低電平、uO為高電平的穩(wěn)定狀態(tài)。電容開始放電,為下一次觸發(fā)做準(zhǔn)備。

2)波形分析

波形分析實(shí)際上是將定性分析的文字描述過程用圖形表示出來。在圖7.3.2中,RO是門G1輸出高電平時(shí)的輸出等效電阻?？紤]到uO1=uOH-ROi,在開始充電時(shí),由于充電電流較大,因此RO上的壓降較大。隨著充電過程的進(jìn)行,充電電流減小,uO1逐步上升,因此,反映在uO1的波形上不是平頂而是按指數(shù)規(guī)律變化的。結(jié)合上述分析過程,可畫出圖7.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形,如圖7.3.3所示。圖7.3.3微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形

3)定量計(jì)算

分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所涉及的定量計(jì)算主要是輸出脈沖寬度tw的計(jì)算,其分析依據(jù)仍然是RC電路動(dòng)態(tài)過程的三要素法。參照圖7.3.2和圖7.3.3,可分別求出uI2的初始值、終了值和時(shí)間常數(shù)為

3.適合寬脈沖觸發(fā)的電路

在圖7.3.1所示電路的分析中,我們假定輸入觸發(fā)信號的脈沖寬度小于tw。如果這個(gè)條件不滿足,則會(huì)使電路無法正常工作。為了滿足寬脈沖觸發(fā)輸入的要求,必須對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。既然圖7.3.1所示電路在窄脈沖觸發(fā)時(shí)能正常工作,只要在其輸入電路增加寬脈沖到窄脈沖的變換電路即可。實(shí)現(xiàn)寬脈沖到窄脈沖的變換,簡單的微分電路即可滿足要求,改進(jìn)后的電路如圖7.3.4所示。圖7.3.4改進(jìn)后的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

7.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

由門電路和RC元件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路簡單,但輸出脈寬的穩(wěn)定性差,調(diào)節(jié)范圍小,且觸發(fā)方式單一,因此數(shù)字系統(tǒng)中廣泛使用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只需要外接很少的元件和連線就可方便地使用,而且由于器件內(nèi)部電路一般還附加了上升沿和下降沿觸發(fā)的控制和置零功能,使用極為方便。此外,由于將元器件集成于同一芯片,并且在電路上采取了溫漂補(bǔ)償措施,所以電路的溫度穩(wěn)定性比較好。

圖7.3.5是TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121簡化的原理性邏輯圖、引腳圖和邏輯符號。圖7.3.5集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121圖7.3.5集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121圖7.3.674121的工作波形

目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā)之分。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后,再有觸發(fā)脈沖作用,電路工作過程不受影響,直到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后,它才能接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而再次進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。而可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間,如有觸發(fā)脈沖作用,電路會(huì)被重新觸發(fā),使暫穩(wěn)態(tài)繼續(xù)延遲一個(gè)tw時(shí)間。兩種單穩(wěn)態(tài)電路工作波形如圖7.3.7所示。圖7.3.7兩種單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形

7.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

1.脈沖整形

脈沖信號在傳送的過程中,常會(huì)因干擾導(dǎo)致波形的變化,利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度和幅度是確定的這一性質(zhì),可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖整形為規(guī)則的脈沖,如圖7.3.8所示。圖7.3.8脈沖整形波形圖

2.定時(shí)控制

利用單穩(wěn)態(tài)電路輸出矩形脈沖寬度tw恒定這一特性,可控制某一系統(tǒng),使其在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或不動(dòng)作),起到定時(shí)控制的作用。如圖7.3.9所示,在定時(shí)時(shí)間tw內(nèi)輸出脈沖信號,而在其他時(shí)間輸出信號為0。圖7.3.9單穩(wěn)態(tài)用于定時(shí)控制

3.脈沖延遲

脈沖延遲一般包括兩種情況,一是邊沿延遲,如圖7.3.10(a)所示,輸出脈沖信號的下降沿相對于輸入脈沖信號的下降沿延遲了tw;二是脈沖信號整體延遲了一段時(shí)間,如圖7.3.10(b)所示。在圖7.3.11所示電路中,第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)采用上升沿觸發(fā),其輸出脈沖寬度tw等于所要求的延遲時(shí)間t1。第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)采用下降沿觸發(fā),選擇R2、C2值使其輸出脈沖寬度等于第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)輸入脈沖的寬度即可。圖7.3.10脈沖信號延遲圖7.3.11輸入脈沖信號延遲t1時(shí)間輸出

7.4施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),狀態(tài)的轉(zhuǎn)換依靠外部輸入信號的觸發(fā),但兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換所要求的觸發(fā)電平不同。施密特觸發(fā)器能夠把邊沿變化緩慢的波形信號變換為數(shù)字電路適用的矩形波,其輸入、輸出信號之間的關(guān)系可用傳輸特性表示,如圖7.4.1所示。從圖7.4.1可見,其傳輸特性的最大特點(diǎn)是:當(dāng)輸入信號幅值增大或者減少時(shí),電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)對應(yīng)不同的閾值電壓UT+和UT-,而且UT+>UT-,UT+與UT-的差值稱作回差電壓。圖7.4.1施密特觸發(fā)器的傳輸特性與電路符號

7.4.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

1.電路組成

施密特觸發(fā)器的電路形式較多,圖7.4.2所示是由CMOS反相器和電阻構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,為保證電路正常工作,要求R1<R2。圖7.4.2CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

2.工作原理分析

分析施密特觸發(fā)器的工作原理,就是討論當(dāng)輸入信號增大和減小時(shí),電路狀態(tài)是如何翻轉(zhuǎn)的,以及閾值電壓UT+和UT-與電路參數(shù)的關(guān)系等。

1)定性分析在圖7.4.2中,uI1的值是決定電路狀態(tài)變化的關(guān)鍵。依據(jù)疊加原理可得:

首先分析輸入電壓由0逐漸增大的情況。當(dāng)uI=0V時(shí),由式(7.4.1)得:

考慮到R1<R2及CMOS門電路一般有UTH=UDD/2,UOH=UDD,UOL=0V,因此無論uO是高電平還是低電平,都滿足uI1<UTH,所以當(dāng)uI=0V時(shí),門G1輸出高電平,門G2輸出低電平,即uO1=UDD,uO=0V。

當(dāng)uI由0逐漸增大時(shí),考慮到uO=0V,由式(7.4.1)有:

2)計(jì)算轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓及回差電壓

由上述分析可知,當(dāng)輸入電壓增加時(shí),電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在uI1=UTH時(shí),若此時(shí)對應(yīng)的輸入電壓用UT+表示,依據(jù)式(7.4.2)有:

由式(7.4.4)解得:

3)輸入輸出電壓波形及傳輸特性

綜合上述分析過程,可作出圖7.4.2所示電路的輸入、輸出電壓波形及傳輸特性,如圖7.4.3所示。

由于門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路閾值穩(wěn)定性差、抗干擾能力弱等缺點(diǎn),不能滿足一些數(shù)字系統(tǒng)的需要,因此集成施密特觸發(fā)器以其性能一致性好、觸發(fā)閾值穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛的應(yīng)用。TTL集成施密特觸發(fā)器有7413、74132等;CMOS集成施密特觸發(fā)器有CD40106、CD4093等。圖7.4.3施密特觸發(fā)器工作波形

7.4.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

1.波形變換

利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?可以把正弦波、三角波等波形變化緩慢的周期信號變換成矩形波,如圖7.4.4所示。圖7.4.4波形變換

2.脈沖整形

在數(shù)字系統(tǒng)中,脈沖信號經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸后,往往會(huì)發(fā)生畸變。施密特觸發(fā)器電路可對這些信號進(jìn)行整形,如圖7.4.5所示。圖7.4.5脈沖整形波形圖

3.幅度鑒別

若將一串幅度不等的脈沖信號輸入到施密特觸發(fā)器,則只有那些幅度大于UT+的信號才會(huì)輸出形成一個(gè)脈沖,而幅度小于UT+的輸入信號被剔除,如圖7.4.6所示。7.4.6脈沖幅度鑒別

7.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

7.5.1電路組成及工作原理1.電路組成圖7.5.1是555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)的簡化原理圖和引腳標(biāo)識。由電路原理圖可見,該集成電路由下述幾個(gè)部分組成:串聯(lián)電阻分壓電路、電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管V以及緩沖器G。編號“555”的內(nèi)涵是因該集成電路的基準(zhǔn)電壓由3個(gè)5kΩ電阻分壓組成。圖7.5.1555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)圖

2.工作原理分析

7.5.2555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

將555定時(shí)器的uI6和uI2輸入端連在一起作為信號的輸入端,即可組成施密特觸發(fā)器,如圖7.5.2所示。為了濾除高頻干擾,提高比較器參考電壓的穩(wěn)定性,通常將5腳通過0.01μF電容接地。圖7.5.2555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路圖7.5.3圖7.5.2施密特觸發(fā)器工作波形

7.5.3555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖7.5.4是由555及外接元件RC構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。外觸發(fā)信號由第2腳輸入,穩(wěn)態(tài)時(shí)輸入uI應(yīng)保持高電平。圖7.5.4555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖7.5.5圖7.5.4的工作波形

可見,暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間由RC電路參數(shù)決定。若忽略V的飽和壓降,則電容C上的電壓從0上升到2／3UCC的時(shí)間,即輸出脈沖寬度tw為

在圖7.5.4所示電路中,它要求觸發(fā)器脈沖寬度要小于tw,并且輸入uI的周期大于tw。如果輸入脈沖寬度大于tw時(shí),可在輸入端接一個(gè)RC微分電路,使輸入負(fù)脈沖經(jīng)RC微分變窄后再接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上。通常R取值在幾百歐姆到幾兆歐姆,電容取值在幾百皮法到幾百微法,因此,電路產(chǎn)生的脈沖寬度從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘,精度可達(dá)0.1%。

7.5.4555構(gòu)成的多諧振蕩器圖7.5.6555構(gòu)成多諧振蕩器

所以輸出矩形波的周期為

振蕩頻率為

占空比為

如果R1?R2,則q≈1,uC近似為鋸齒波。

本章小結(jié)

多諧振蕩器不需外加輸入信號,只要接通電源,就能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖信號。矩形脈沖信號的頻率由電路參數(shù)R、C決定。石英晶體多諧振蕩器的脈沖頻率很穩(wěn)定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)是:它有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài),在外加觸發(fā)脈沖作用下,電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài),依靠R、C定時(shí)電路的充、放電過程來維持暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間,然后自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。

施密特觸發(fā)器輸出有兩個(gè)穩(wěn)態(tài),輸入信號電平上升時(shí),電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換對應(yīng)的輸入電平UT+與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入電平UT-不同,且具有回差電壓ΔUT=UT+-UT-。電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),因電路內(nèi)部存在正反饋過程使得輸出信號波形的邊沿很陡。

施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是最常用的兩種整形電路。

集成555定時(shí)器的用途很廣,只需外接少量R、C元件,就可構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器,在測量與控制、家用電器等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。

思考與題習(xí)題圖7.1題7.1圖

7.1RC環(huán)形多諧振蕩電路如圖7.1所示,試分析電路的振蕩過程,并定性畫出uO1、uO2、um及uO的波形。

7.2圖7.2所示電路為由CMOS或非門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。試分析電路的工作原理,畫出加入觸發(fā)脈沖后uO1、uO2及uR工作波形,并寫出輸出脈寬tw的表達(dá)式。圖7.2題7.2圖

7.3分別分析圖7.3(a)、(b)具有什么邏輯功能,畫出其工作波形圖。圖(b)的uI波形由讀者自己給出。圖7.3題7.3圖

7.4圖7.4是用CMOS反相器接成的壓控施密特觸發(fā)器電路。試分析它的轉(zhuǎn)換電平UT+、UT-,及回差電壓ΔU與控制電壓uCO的關(guān)系。

7.5由555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)電路如圖7.5.4所示,UCC=5V,R=10kΩ,C=50μF。試計(jì)算其輸出脈沖寬度tw。圖7.4題7.4圖

7.6由555定時(shí)器接成多諧振蕩器如圖7.5.6(a)所示,UCC=5V,R1=10kΩ,R2=2kΩ,C=470pF。試計(jì)算輸出矩形波的頻率及占空比。

7.7用2級555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路,實(shí)現(xiàn)如圖7.5所示輸入電壓uI和輸出電壓uO的波形關(guān)系,并標(biāo)出定時(shí)電阻R和定時(shí)電容C的數(shù)值。圖7.5題7.7圖

7.8分析圖7.6所示電路,簡述電路的組成及工作原理。若要求揚(yáng)聲器在開關(guān)S按下后,以1.2kHz的頻率持續(xù)響10s,試確定圖中R3、R4的阻值。圖7.6題7.8圖

7.9圖7.7是用兩個(gè)555定時(shí)器接成的延遲報(bào)警器。當(dāng)開關(guān)S按下時(shí),經(jīng)過一定的延遲時(shí)間后揚(yáng)聲器開始發(fā)出聲音。如果在延遲時(shí)間內(nèi)S重新閉合,揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。在圖中給定的參數(shù)下,試求延遲時(shí)間的具體數(shù)值和揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音頻率。圖中的G是CMOS反相器,輸出的高、低電平分別為UOH=12V、UOL=0V。圖7.7題7.9圖

7.10圖7.8是救護(hù)車揚(yáng)聲器的發(fā)音電路。在圖中給出的電路參數(shù)下,試計(jì)算揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的高、低頻率及高、低音的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)UCC=12V時(shí),555定時(shí)器輸出的高低電平分別為11V和0.2V,輸出電阻小于100Ω。

圖7.8題7.10圖

7.11圖7.9是用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器電路,試求:

(1)當(dāng)UCC=12V且沒有外接控制電壓時(shí),UT+、UT-及ΔUT值。

(2)當(dāng)UCC=9V,外接控制電壓UCO=5V時(shí),UTT+、UT-、ΔUT各為多少。圖7.9題7.11圖

7.12圖7.10是用555定時(shí)器組成的開機(jī)延時(shí)電路。若給定C=25UCC=12V,試計(jì)算常閉開關(guān)S斷開以后經(jīng)過多長的延遲時(shí)間uO才跳變?yōu)楦擀?/p>