13/13數(shù)字電路答案第八章第八章脈沖產(chǎn)生與整形

在時(shí)序電路中，常常需要用到不同幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的脈沖信號(hào)。事實(shí)上，數(shù)字系統(tǒng)幾乎離不開(kāi)脈沖信號(hào)。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：直接產(chǎn)生或者利用已有信號(hào)變換得到。

本章主要討論常用的脈沖產(chǎn)生和整形電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能分析等，常見(jiàn)的脈沖電路有：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。

第一節(jié)基本知識(shí)、重點(diǎn)與難點(diǎn)

一、基本知識(shí)

（一）常用脈沖產(chǎn)生和整形電路

1.施密特觸發(fā)器

（1）電路特點(diǎn)

施密特觸發(fā)器是常用的脈沖變換和脈沖整形電路。電路主要有兩個(gè)特點(diǎn)：一是施密特觸發(fā)器是電平型觸發(fā)電路；二是施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性具有回差特性，或稱滯回特性。

輸入信號(hào)在低電平上升過(guò)程中，電路輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平稱為正向閾值電壓UT+，輸入信號(hào)在高電平下降過(guò)程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的輸入電平稱為負(fù)向閾值電壓UT－，UT+與UT－的差值稱為回差電壓ΔUT。

（2）電路構(gòu)成及參數(shù)

施密特觸發(fā)器有多種構(gòu)成方式，如：門(mén)電路構(gòu)成、集成施密特觸發(fā)器、555定時(shí)器構(gòu)成。主要電路參數(shù)：正向閾值電壓UT+、負(fù)向閾值電壓UT－和回差電壓ΔUT。

（3）電路應(yīng)用

施密特觸發(fā)器主要應(yīng)用范圍：波形變換、波形整形和幅度鑒別等。

2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

（1）電路特點(diǎn)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)如下：

①單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；

②在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，觸發(fā)器可以從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間，自動(dòng)返回原穩(wěn)態(tài)；

③暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路參數(shù)R和C。

（2）電路構(gòu)成及參數(shù)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有多種構(gòu)成方式，如：門(mén)電路構(gòu)成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、門(mén)電路構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。主要電路參數(shù)：暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間tw、恢復(fù)時(shí)間tre、分辨時(shí)間td、輸出脈沖幅度Um。

（3）電路應(yīng)用

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要應(yīng)用范圍：定時(shí)、延時(shí)、脈沖波形整形等。

3.多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種自激振蕩器，接通電源后，就可以自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖，是數(shù)字系統(tǒng)中產(chǎn)

生脈沖信號(hào)的主要電路。

（1）電路特點(diǎn)

多諧振蕩器特點(diǎn)如下：電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；多諧振蕩器不需要外加觸發(fā)信號(hào)，電路會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖。

（2）電路構(gòu)成及參數(shù)

多諧振蕩器有多種構(gòu)成方式，如：門(mén)電路構(gòu)成的對(duì)稱式多諧振蕩器、門(mén)電路構(gòu)成的帶RC延遲電路的環(huán)形振蕩器、晶體振蕩器、555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器等。多諧振蕩器的主要參數(shù)有：振蕩頻率、占空比、輸出幅度。

（二）555集成定時(shí)器

555集成定時(shí)器是一種多用途的數(shù)?；旌想娐贰＠?55集成定時(shí)器可以非常方便地構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生和整形電路，使用靈活、方便，應(yīng)用范圍廣。

（1）電路結(jié)構(gòu)及其工作原理555集成定時(shí)器由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)器和放電管等部分組成。555集成定時(shí)器根據(jù)輸入信號(hào)電壓幅值的不同，將產(chǎn)生不同的電壓輸出、放電管不同的工作狀態(tài)。

555集成定時(shí)器的引腳名稱和功能如表8.1所示。

555集成定時(shí)器的功能如表8.2所示。

（2）應(yīng)用電路

555集成定時(shí)器可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等脈沖產(chǎn)生和整形電路。典型電路如圖8.1所示。

表8.2555集成定時(shí)器功能表

圖8.1

（a）施密特觸發(fā)器（b）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（c）多諧振蕩器

T

UuO

0.01μFT

UuO0.01μuIT

UuO

0.01μuI

二、重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：

1.脈沖產(chǎn)生與整形電路的工作原理

施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器典型電路的工作原理、波形分析、電路參數(shù)與性能的定性分析。

2.555定時(shí)器

555定時(shí)器的基本結(jié)構(gòu)、引腳功能、典型應(yīng)用。3.脈沖電路的分析方法

無(wú)論脈沖電路的具體結(jié)構(gòu)如何，凡是含有RC元件的脈沖電路，分析的關(guān)鍵都是電容的充放電過(guò)程，分析的關(guān)鍵點(diǎn)在于電容充放電過(guò)程中電壓變化對(duì)門(mén)電路的輸入端的影響。

難點(diǎn)：

脈沖電路的分析方法是本章的難點(diǎn)。脈沖電路的分析采用的是非線性電路中過(guò)渡過(guò)程的分析方法，另外，在分析過(guò)程中還要考慮門(mén)電路在不同輸入信號(hào)情況下，對(duì)輸出信號(hào)狀態(tài)的影響。

三、考核題型與考核重點(diǎn)

1.概念與簡(jiǎn)答

題型1為填空、判斷和選擇；題型2為敘述基本概念與特點(diǎn)。建議分配的分?jǐn)?shù)為2～4分。2.綜合與設(shè)計(jì)

題型1根據(jù)已知脈沖電路，分析其工作原理，畫(huà)出電路中各關(guān)鍵點(diǎn)的信號(hào)波形以及輸出波形的參數(shù)計(jì)算等；

題型2根據(jù)需要選擇合理的脈沖電路；題型3分析在應(yīng)用系統(tǒng)中脈沖電路的作用。建議分配的分?jǐn)?shù)為5～10分。

第二節(jié)典型題解

例題8.1分析例題8.1圖（a）所示脈沖電路的工作原理，設(shè)門(mén)電路均為T(mén)TL電路，其閾值電壓為UTH；設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓為UD。說(shuō)明電路的功能，畫(huà)出電路的電壓傳輸特性。

（a）

（b）

uOuI例題8.1圖uI

uO

UTHUTH-UDUOLUOHO3

解：當(dāng)輸入電壓uI=0時(shí)，二極管D導(dǎo)通，門(mén)G3輸出高電平，門(mén)G2輸出低電平，uO=0。假設(shè)uI開(kāi)始上升，如果uI＜UTH，門(mén)電路的輸出狀態(tài)不會(huì)改變，uO維持不變，uO=0。uI逐漸升高，當(dāng)uI≥UTH，門(mén)G1輸出低電平，使門(mén)G2輸出高電平，因此門(mén)G3輸出變?yōu)榈碗娖?，輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，uO=UOH。

如果uI繼續(xù)升高，門(mén)電路的輸出狀態(tài)不會(huì)改變，uO維持不變，uO=UOH。

當(dāng)uI逐漸降低，當(dāng)uI等于略小于UTH，門(mén)G1輸出高電平，uO仍然維持不變，uO=UOH。uI繼續(xù)降低，當(dāng)uI≤UTH－UD，門(mén)G3輸出變?yōu)楦唠娖?，門(mén)G1已經(jīng)輸出高電平，所以門(mén)G2

輸出變?yōu)榈碗娖?，輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑄O=UOH。

該電路是電平觸發(fā)的施密特觸發(fā)器，其中：UT+=UTH、UT－=UTH－UD、回差電壓ΔUT=UD。根據(jù)上述分析，畫(huà)出該電路的電壓傳輸特性如例題8.1圖（b）所示。

例題8.2分析例題8.2圖所示電路的工作原理，這是由555定時(shí)器構(gòu)成的開(kāi)機(jī)延時(shí)電路，開(kāi)關(guān)S為常閉開(kāi)關(guān)。若已知電路參數(shù)C=33uF，R=59kΩ，UDD=12V，試計(jì)算該電路的延時(shí)時(shí)間。

解：開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，②和⑥引腳輸入高電

平UDD，因此uO低電平，電容C上沒(méi)有電壓。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，UDD開(kāi)始對(duì)電容C充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，②和⑥引腳的輸入電壓逐漸降低，當(dāng)?shù)偷紻D3

1

U時(shí)，uO由低電平變?yōu)?/p>

高電平。

結(jié)論：當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電路延遲了一段時(shí)間，uO才發(fā)生狀態(tài)的改變，由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑢?shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)延時(shí)的功能。

②和⑥引腳，即電阻R上的起始電壓UR(0+)=UDD電阻R上的穩(wěn)態(tài)電壓UR(∞)=0時(shí)間常數(shù)τ=RC求電阻R上的電壓瞬時(shí)值

uR(t)=UR(∞)+[UR(0+)－UR(∞)]τ

te-

≈UDDτ

te

-

計(jì)算uR(t)達(dá)到DD3

1U時(shí)的延時(shí)時(shí)間tw：

DD3

1U=UDDτw

t

e-

tW=τlnDDDD3

UU=RCln3=59×33×10－

3×ln3=2.1s

例題8.3分析例題8.3圖（a）所示555定時(shí)器構(gòu)成的壓控振蕩器，畫(huà)出uC和uO波形，試求輸入控制電壓uI和振蕩周期之間的關(guān)系，當(dāng)輸入電壓uI升高時(shí)，振蕩頻率升高還是降低？

解：接通電源瞬間，電容C上沒(méi)有電壓，此時(shí)uC=0V，因此輸出uO高電平，⑦引腳截止。

電容充電，由UDD經(jīng)R1、R2對(duì)C充電，充電時(shí)間常數(shù)τ充=(R1＋R2)C。隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，uC逐漸升高，當(dāng)uC≥uI時(shí)，uO由高電平變?yōu)榈碗娖?，⑦引腳導(dǎo)通。

電容放電，電容C經(jīng)過(guò)⑦引腳放電，放電時(shí)間常數(shù)τ放=R2C，隨著放電過(guò)程的進(jìn)行，uC

逐漸下降，當(dāng)下降到uC≤uI/2時(shí)，uO由低電平變?yōu)楦唠娖?，⑦引腳截止。

電容再次充電，電路重復(fù)上述過(guò)程，進(jìn)入下一個(gè)周期，電路輸出周期性的矩形脈沖。uC和uO波形如例題8.3圖（b）所示。

例題8.2圖

T

UuO

求充電時(shí)間T1：uC(0+)=uI/2，uC(∞)=UDD，τ=(R1＋R2)C，uC(T1)=uI。

()DD

IDDI21121

ln

UuUuCRRT--+=求放電時(shí)間T1：uC(0+)=uI，uC(∞)=0，τ=R2C，uC(T2)=uI/2。

II

222

1ln

uuCRT=振蕩周期T=T1+T2，計(jì)算結(jié)果：

()2ln21

ln2DD

IDDI21CRUuUuCRRT+--+=由上述分析可知，當(dāng)輸入電壓uI升高時(shí)，振蕩周期變大，振蕩頻率降低。

第三節(jié)題解

自我檢測(cè)題解

題8.1答：施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)型電路。

題8.2答：RC積分電路與微分電路在脈沖電路中起著暫穩(wěn)態(tài)的作用。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有1組定時(shí)電路；多諧振蕩器具有2組定時(shí)電路；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器沒(méi)有定時(shí)電路。

題8.3答：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)取決于輸入觸發(fā)信號(hào)，從暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到穩(wěn)態(tài)取決于RC定時(shí)電路。

題8.4答：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器中的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間與RC時(shí)間常數(shù)成正比。

題8.5答：雙極型555定時(shí)器可直接驅(qū)動(dòng)較大功率的負(fù)載，因?yàn)槠漭敵黾?jí)的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到200mA。

題8.6答：從實(shí)用的角度看，555定時(shí)器可以取代A。

（A）機(jī)械式定時(shí)器；（B）鬧鐘；

（C）學(xué)校自動(dòng)打鈴控制器；（D）電冰箱控制電路。

題8.7答：用石英晶體諧振器代替對(duì)稱多諧振蕩器中的一個(gè)電容，另一個(gè)電容之值應(yīng)A。

（A）加大；（B）減??；

（C）不變；（D）也換成石英晶體諧振器。

例題8.3圖

（a）（b）TU

uO

C

RRuuI

O

t

uC

uI

uIO21

t

uO

T1

T2T

題8.8答：將一方波信號(hào)變換為相同重復(fù)周期的矩形窄脈沖，例如將脈沖寬度為10ms的方波信號(hào)變換為脈沖寬度為1ms的矩形脈沖，可采用A。

（A）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；（B）施密特觸發(fā)器；

（C）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；（D）十進(jìn)制加法器。

題8.9答：將一重復(fù)頻率為1024kHz的脈沖信號(hào)分頻為4kHz的脈沖信號(hào)，主體電路可采用C。

（A）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；（B）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；

（C）二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；（D）十進(jìn)制分頻器。

題8.10答：下列產(chǎn)品中屬于CMOS電路的有C、D。

（A）NE555；（B）ICL556；

（C）MC7555；（D）CA7556。

思考題題解

題8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)各是什么含義？

答：可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)指的是在暫穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，可以再次響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)；不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)指的是在暫穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，不能響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)。

題8.2電平觸發(fā)與邊沿觸發(fā)有何不同？二者分別來(lái)自哪些電路？

答：當(dāng)輸入信號(hào)電位達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，使輸出信號(hào)改變，為電平觸發(fā)；當(dāng)輸入信號(hào)跳變時(shí)，使輸出信號(hào)改變，為邊沿觸發(fā)。例如，施密特觸發(fā)器為電平觸發(fā)方式，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為邊沿觸發(fā)方式。

題8.3WatchingDog電路適合用在那些系統(tǒng)？

答：為防止系統(tǒng)程序死循環(huán)的、具有CPU的小型電子系統(tǒng)。

題8.4試舉出施密特觸發(fā)器應(yīng)用的幾個(gè)例子。

答：施密特觸發(fā)器可用于波形變換，例如將三角波、正弦波變換為矩形波。用于信號(hào)整形，例如在傳真機(jī)的信號(hào)輸入端口，信號(hào)首先需要將傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的毛刺干擾去除，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器可以將不規(guī)則的信號(hào)波形整形成矩形脈沖。施密特觸發(fā)器還可以用于幅度鑒別等場(chǎng)合。

題8.5多諧振蕩器與模擬電路中學(xué)習(xí)的正弦波振蕩器有何異同？現(xiàn)有一正弦電壓信號(hào)，試用多種方法將其轉(zhuǎn)換為方波。

答：數(shù)字電路中學(xué)習(xí)的多諧振蕩器與模擬電路中學(xué)習(xí)的正弦波振蕩器比較，兩者產(chǎn)生的信號(hào)不同，前者產(chǎn)生矩形波，后者產(chǎn)生正弦波；兩者電路組成不同，前者用數(shù)字器件或數(shù)?；旌掀骷?gòu)成，后者用模擬器件構(gòu)成。

將正弦電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波可以采用數(shù)字電路中學(xué)習(xí)的施密特觸發(fā)器、模擬電路中學(xué)習(xí)的鑒幅電路、比較器等。

題8.6脈沖波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間是怎樣規(guī)定的？脈沖寬度又是怎樣計(jì)算的？

答：脈沖上升沿從10%Um上升到90%Um所需要的時(shí)間為脈沖波形的上升時(shí)間，其中Um是脈沖幅度。

脈沖下降沿從90%Um下降到10%Um所需要的時(shí)間為脈沖波形的下降時(shí)間。

脈沖寬度tW指的是從脈沖上升沿的50%Um起到脈沖下降沿的50%Um為止的時(shí)間。

題8.7在第三章和第四章中，將數(shù)字邏輯電路分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。你考慮本章適合這樣的分類嗎？如果你認(rèn)為適合，又應(yīng)分到哪一類呢？為什么？

答：本章討論的是脈沖電路，討論的是脈沖波形的產(chǎn)生與整形，而數(shù)字邏輯電路重點(diǎn)討論的是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。因此脈沖電路不適合組合電路和時(shí)序電路的分類。

題8.8本章中的惰性元件全部采用電容，你想到過(guò)使用電感嗎？試分析一下這個(gè)問(wèn)題。

答：電感是可以的。但是電感的電流逐步增加，電感的電壓出現(xiàn)突變，并且使用不方便。

題8.9對(duì)于含有RC元件的脈沖電路，分析的關(guān)鍵和關(guān)鍵連接點(diǎn)是什么？試舉例說(shuō)明。

答：分析含有RC元件脈沖電路的關(guān)鍵是RC充放電回路；RC充放電回路中變化電壓與門(mén)電路輸入端的連接是關(guān)鍵連接點(diǎn)。

例如，如思考題9圖（a）所示，是施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器，分析其工作原理。

分析過(guò)程中要注意：一是RC充放電回路；二是RC充放電回路中變化電壓對(duì)施密特觸發(fā)器輸入端電壓的影響；三是明確施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性。

設(shè)施密特觸發(fā)器uO為高電平UOH，此時(shí)，向電容C充電，充電支路為UOH→

R→C→地，充電過(guò)程中uC逐漸升高，即施密特觸發(fā)器輸入端電壓升高，當(dāng)uC升高到正向閾值電壓UT+時(shí)，觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO由高電平UOH變?yōu)榈碗娖経OL。電容充電過(guò)程結(jié)束，電容進(jìn)入放電過(guò)程，放電支路為C→R→UOL，放電過(guò)程中uC逐漸降低，觸發(fā)器輸入端電壓降低，當(dāng)uC降低到負(fù)向閾值電壓UT－時(shí)，觸發(fā)器再次發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO由低電平UOL變?yōu)楦唠娖経OH，電容結(jié)束放電，重新進(jìn)入充電過(guò)程。關(guān)鍵點(diǎn)uC的變化波形以及uO輸出端波形如思考題9圖（b）所示。

10.本章介紹的集成電路都是中、小規(guī)模集成電路。請(qǐng)嘗試從其他相關(guān)課程所涉及的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中找到功能相同或相似的組成部分。

答：8031芯片中具有振蕩器，只需外接電容和電阻就可以產(chǎn)生周期振蕩。另外一些超大規(guī)模的可編程邏輯器件中設(shè)置了振蕩電路。

習(xí)題題解

習(xí)題8.1如習(xí)題8.1圖（a）所示單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，穩(wěn)態(tài)時(shí)uo=0.3V。試回答如下問(wèn)題：1.穩(wěn)態(tài)時(shí)T處于什么狀態(tài)？如何設(shè)計(jì)電路參數(shù)，以保證這一狀態(tài)？2.定性畫(huà)出在觸發(fā)信號(hào)作用下，A、B二點(diǎn)與輸出電壓uo的波形。3.計(jì)算暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間tW。

解：1.由于穩(wěn)態(tài)時(shí)uO=0.3V，因此T處在飽和狀態(tài)。為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)三極管的飽和狀態(tài)，電路參數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系式：Rc≤βRb，其中β是三極管的電流放大系數(shù)。

思考題9圖C（a）uuO（b）

Ot

uCUT-

UT+O

t

uO

UOL

UOH

習(xí)題8.1圖（a）uO

（b）

AuI

UOL

UOH

uOBUOH-UOL0.7

2.在觸發(fā)信號(hào)作用下，A、B兩點(diǎn)與輸出電壓uO的波形如習(xí)題8.1圖（b）所示。

3.計(jì)算暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間tW：

B點(diǎn)初始電壓UB(0+)=0.7－(UOH－UOL)B點(diǎn)終止電壓UB(∞)=UCC

時(shí)間常數(shù)τ=RbC（為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，忽略電路中其他電阻的影響）可得B點(diǎn)電壓瞬時(shí)值

uB(t)=UB(∞)+[UB(0+)－UB(∞)]τ

t

e-≈UCC－(UCC+UOH)τ

t

e

-

設(shè)uB(t)達(dá)到0V時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束0=UCC－(UCC+UOH)τ

te-

tW=τln

CCOHCCUUU+=RbClnCC

OH

CCUUU+

習(xí)題8.2積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如習(xí)題8.2圖（a）所示，其中tA=5us，R=300Ω，C=1nF。1.分析電路的工作原理；

2.畫(huà)出uI、u1、u2和uO的波形；

3.積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作過(guò)程中是否存在正反饋？

解：1.工作原理分析

穩(wěn)態(tài)下，由于uI=0，所以u(píng)O=UOH，u1=u2=UOH。

輸入正脈沖后，經(jīng)反相后u1跳變?yōu)榈碗娖剑捎陔娙萆系碾妷翰荒芡蛔?，所以在一段時(shí)間里u2仍然是高電平。在u2維持高電平期間，由于輸入信號(hào)uI也是高電平，因此uO=UOL，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，且電容進(jìn)入放電階段。

隨著電容的放電，u2電壓不斷降低，當(dāng)u2降到UTH后，uo重新回到高電平UOH。當(dāng)uI重新返回到低電平時(shí)，u1變?yōu)楦唠娖経OH，并向電容充電，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，u2恢復(fù)至高電平UOH，電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

2.電路中uI、u1、u2和uO的波形如習(xí)題8.2圖（b）所示。

3.由上述工作原理分析可知，積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作過(guò)程中不存在正反饋。習(xí)題8.3集成單穩(wěn)74221的定時(shí)電路如習(xí)題8.3

圖所示，電路參數(shù)如下：電容C為1uF，R為5.1kΩ

的電阻和20kΩ的電位器串聯(lián)。

1.試估算tW的變化范圍；

2.為什么使用電位器時(shí)要串接一個(gè)電阻？

解：1.tW計(jì)算公式為：tW=0.7(R+RW)C

其中，C=1μF，R=5.1KΩ，RW=20kΩ，將數(shù)據(jù)

習(xí)題8.2圖

（a）（b）

u1uI

uOu2UTH

CRWUCC習(xí)題8.3圖

代入方程，計(jì)算結(jié)果為tW=0.7(5.1+0～20)×10－

3=3.6～17.6ms。

因此，暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間tW的變化范圍為3.6ms～17.6ms。

2.由于電位器串聯(lián)在電源正極與74221集成電路的一個(gè)外接元件引腳，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器阻值最小時(shí)，電源與該引腳短路，易損壞集成電路。因此，串聯(lián)電阻，防止短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。

習(xí)題8.4如習(xí)題8.4圖（a）是由兩個(gè)CMOS非門(mén)組成的施密特觸發(fā)器。已知R1=100kΩ，R2=200kΩ，UDD=6V，ui為0～6V的三角波。試分析其工作原理并畫(huà)出ui、u1、u2和uo的波形。

解：當(dāng)輸入低電平ui=0時(shí)，u1=0，經(jīng)反相器u2=UOH=UDD，則uo=UOL=0。

當(dāng)輸入ui逐漸增加，ui增加到使u1=UTH時(shí)，反相器的輸出發(fā)生改變，u2由高電平UDD跳變?yōu)榈碗娖?，?jīng)反相器反相后，uo由低電平跳變?yōu)楦唠娖経DD。

求輸出發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓UT+：

由電路已知TH221

TURRRU+=+，設(shè)DDTH2

1

UU=，代入已知參數(shù)，求得UT+=4.5V。當(dāng)輸入ui繼續(xù)增加時(shí)，uo維持高電平UDD不變。

輸入ui開(kāi)始降低，ui降低到使u1=UTH時(shí)，反相器的輸出發(fā)生改變，u2由低電平跳變?yōu)楦唠娖経DD，經(jīng)反相后，uo由高電平UDD跳變?yōu)榈碗娖健?/p>

求輸出發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓UT－：

由電路已知)(DDT212DDTHUURRRUU-+=

--，設(shè)DDTH21

UU=，代入已知參數(shù)，求得UT－=1.5V。

當(dāng)輸入ui繼續(xù)降低時(shí)，uo維持低電平不變。該電路是同相輸出的施密特觸發(fā)器。電路中ui、u1、u2和uo的波形如習(xí)題8.4圖（b）所示。

習(xí)題8.5由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖展寬電路如習(xí)題8.5圖（a）所示，試分析其工作原理并畫(huà)出u1和uo的波形。

習(xí)題8.5圖

UDD

uO

(a)

（b）

t

uiu1t

uO

t

UT+

習(xí)題8.4圖

u（a）uO（b）t

ui

6O

4.5

1.5

t

UTH

u1u2t

uOt

解：輸入ui低電平時(shí)，二極管D截止，UDD對(duì)電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，u1為高電平UDD，此時(shí)，輸出uo低電平UOL。

輸入ui跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，瞬間電容上的電壓不能跳變，因此u1仍為高電平UDD。由于二極管D瞬間正偏且導(dǎo)通，電容上的電壓沿二極管到地瞬間放電，輸出uo瞬間變?yōu)楦唠娖経OH。

輸入高電平結(jié)束，二極管截止。沿UDD→R→C→地向電容充電，u1逐漸升高，當(dāng)u1升高到施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+時(shí)，輸出uo由高電平變?yōu)榈碗娖経OL。

輸出高電平的維持時(shí)間比輸入高電平時(shí)間要長(zhǎng)，長(zhǎng)出的時(shí)間取決于電容充電時(shí)間的長(zhǎng)短，因此該電路輸出脈寬比輸入信號(hào)脈寬要寬，故是脈沖展寬電路。ui、u1和uo的波形如習(xí)題8.5圖（b）所示。

習(xí)題8.6如習(xí)題8.6圖電路，R=1kΩ，C=2uF，TTL門(mén)中多發(fā)射極管構(gòu)成的與門(mén)電阻R1=3kΩ。試問(wèn)：

1.輸入端A有何作用？

2.電路輸出脈沖的周期是多少？

3.電路的頻率穩(wěn)定性如何？怎樣提高其頻率穩(wěn)定度？解：1.當(dāng)A端為低電平時(shí)，與門(mén)電路輸

出始終為高電平，因此Y信號(hào)不變，電路不產(chǎn)生輸出脈沖。只有當(dāng)A端為高電平時(shí)，電路才會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。因此，A是產(chǎn)生脈沖

輸出的控制信號(hào)。

2.電路輸出脈沖的周期T≈1.4RC，代入

已知參數(shù)：R=1kΩ，C=2uF，求得T≈2.8ms。

3.該電路的頻率主要取決于門(mén)電路輸入電壓在充放電過(guò)程中達(dá)到電平轉(zhuǎn)換所需要的

時(shí)間，所以電路的頻率穩(wěn)定性不高。提高其頻率穩(wěn)定度的最佳途徑是在振蕩電路中接入石英晶體，構(gòu)成石英晶體振蕩器。

習(xí)題8.7設(shè)計(jì)一TTL門(mén)電路構(gòu)成的RC環(huán)形振蕩器，要求fo≈500Hz。求：1．確定R與C值；

2．修改電路，使波形占空比準(zhǔn)確等于50%。

解：1.由TTL門(mén)電路構(gòu)成的RC環(huán)形振蕩器電路如習(xí)題8.7圖（a）所示。

T≈2.2RC，其中f≈500Hz，設(shè)R=10kΩ，計(jì)算求得C≈0.022uF

2.修改電路的原則：采取措施使電容充放電走兩個(gè)不同的電阻支路，分別調(diào)整電阻的阻值使輸出信號(hào)的占空比符合要求。修改電路如習(xí)題8.7（b）所示，分別調(diào)整R1、R2電阻的阻值使輸出信號(hào)的占空比等于50%。

習(xí)題8.8由多諧振蕩器、D觸發(fā)器和反相積分器組成的電路如習(xí)題8.8圖（a）所示。試分析其工作原理并定性畫(huà)出u1、u2和uo的波形。

解：電路分為三個(gè)組成部分：反相器和RC組成的多諧振蕩器、接成計(jì)數(shù)狀態(tài)的D觸發(fā)器以及運(yùn)算放大器構(gòu)成的反相積分器。

多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)反相器產(chǎn)生u1信號(hào)。u1作為D觸發(fā)器的脈沖信號(hào)，D觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)狀態(tài)（QD），u2是D觸發(fā)器的輸出端，在u1每個(gè)上升沿處u2翻轉(zhuǎn)一次。

Y

習(xí)題8.6圖習(xí)題8.7圖（a）（b）

uO

uO

u2作為反相積分器的輸入信號(hào)，uo為反相積分器的輸出信號(hào)。

依據(jù)上述分析，定性畫(huà)出u1、u2和uo的波形如習(xí)題8.8圖（b）所示。

習(xí)題8.9由555工作波形。

解：在接通電源的瞬間，設(shè)電容起始電壓為0，因此②和⑥引腳的電位uC=0，輸出電壓uo

為高電平，⑦引腳截止，電源UCC經(jīng)R1、R2對(duì)C充電，充電時(shí)間常數(shù)τ充=(R1＋R2

)·C，uC逐漸升高，這是電路的一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)uC逐漸升高到uC≥

3

2

UCC時(shí)，uo由高電平變?yōu)榈碗娖?，⑦引腳與接地端導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2放電，放電時(shí)間常數(shù)τ放

=R2C，uC逐漸降低，這是電路的另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)uC逐漸降低到uC≤3

1

UCC時(shí)，uo由低電平變?yōu)楦唠娖?，⑦引腳截止，電源經(jīng)R1、R2再

次對(duì)C充電，重復(fù)上述過(guò)程，在uo端得到矩形波脈沖電壓如習(xí)題8.9圖（b）所示。