数字逻辑电路 第五部分：脉冲信号的产生与整形 实验十五单稳态触发器与施密特触发器 一、实验目的 1.掌握门电路组成单稳态触发器的方法。 2.熟悉数字单稳态触发器的逻辑功能及其使用方法。 3.熟悉数字集成施密特触发器的性能及其功能。 二、实验原理 1.单稳态触发器具有以下特点： ①电路只有一个稳态、一个暂稳态。 ②在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用， 经过一段时间后，电路会自动返回到原态。暂稳态的持续时间取决于RC电路 的参数值。 由于单稳态触发器具有以上这些特点，它被广泛的应用于脉冲波形的变换 与延时中。单稳态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的 极性与宽度有不同的要求。 (1)微分型单稳态触发器 它的两个逻辑门是由RC耦合的，而RC电路为微分电路的形式，故称为 微分型单稳态触发器。它可由与非门或或非门电路构成，这里我们只看由与非 门组成的情况，电路图如下所示： 1 ,04u 300pf RP 47K 3302 图15-1微分型单稳态触发器 -75-
数字逻辑电路 - 75 - 第五部分: 脉冲信号的产生与整形 实验十五 单稳态触发器与施密特触发器 一、实验目的 1. 掌握门电路组成单稳态触发器的方法。 2. 熟悉数字单稳态触发器的逻辑功能及其使用方法。 3. 熟悉数字集成施密特触发器的性能及其功能。 二、实验原理 1. 单稳态触发器具有以下特点： ①电路只有一个稳态、一个暂稳态。 ②在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中 RC 延时环节的作用， 经过一段时间后，电路会自动返回到原态。暂稳态的持续时间取决于 RC 电路 的参数值。 由于单稳态触发器具有以上这些特点，它被广泛的应用于脉冲波形的变换 与延时中。单稳态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的 极性与宽度有不同的要求。 （1）微分型单稳态触发器 它的两个逻辑门是由 RC 耦合的，而 RC 电路为微分电路的形式，故称为 微分型单稳态触发器。它可由与非门或或非门电路构成，这里我们只看由与非 门组成的情况，电路图如下所示： 图 15-1 微分型单稳态触发器
数字逻辑电路 该电路是负脉冲触发，其中，R即、Cp构成输入端微分直流电路。R、C构 成微分型定时电路，定时元件R、C的取值不同，输出脉宽tw也不同，tw≈ (0.7~1.3)RC。与非门，G3起整形、倒相的作用。 下面图15-2为微分型单稳态触发器各点的波形图，一般说来，单稳态触 发器有以下几种状态： ①没有触发信号(t<1)时，电路处于初始稳态。 ②外加触发信号(t1时刻)，电路由稳态翻转到暂稳态。 ↓→个+叶+w↓ ③持续暂稳态一段时间，t1<t<t2。 ④当=2时，电路由暂稳态自动翻转。 c流电→↑一→ ⑤恢复过程(2<)，自动翻转时电路不是立即回到初始稳态值，而是要 有一段恢复时间的。 当D后，如果Vi再出现负跳变，则电路将重复上述过程 如果脉冲宽度较小时，则输入端可省去Rp、Cp微分电路了。 4 -VT -VT w 图15-2微分型单稳态触发器各点波形图 -76
数字逻辑电路 - 76 - 该电路是负脉冲触发，其中，Rp、Cp 构成输入端微分直流电路。R、C 构 成微分型定时电路，定时元件 R、C 的取值不同，输出脉宽 tw 也不同，tw≈ （0.7~1.3）RC。与非门，G3 起整形、倒相的作用。 下面图 15-2 为微分型单稳态触发器各点的波形图，一般说来，单稳态触 发器有以下几种状态： ①没有触发信号（t<t1）时，电路处于初始稳态。 ②外加触发信号（t=t1 时刻），电路由稳态翻转到暂稳态。 ③持续暂稳态一段时间， t1<t<t2。 ④当 t=t2 时，电路由暂稳态自动翻转。 ⑤恢复过程（t2<t<t3），自动翻转时电路不是立即回到初始稳态值，而是要 有一段恢复时间的。 当 t>t3 后，如果 Vi 再出现负跳变，则电路将重复上述过程。 如果脉冲宽度较小时，则输入端可省去 Rp、Cp 微分电路了。 图 15-2 微分型单稳态触发器各点波形图
数字逻辑电路 (2)积分型单稳态触发器 如下图所示： G2 16 P片 R470g 5100pf 图15-3积分型单稳态触发器 电路采用正脉冲触发，触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况，其工作波 形如图174所示。电路的稳定条件是R≤1KQ,输出脉冲宽度为tw≈1.1RC。 0 n 6 图15-4积分型单稳态触发器各点波形图 2.施密特触发器 施密特触发器具有以下特点： ①施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信 号达到某一定的电压值时，输出电压会发生突变。 ②输入信号增加和减少时，电路会有不同的阀值电压，它具有图175的 传输特性。 -77-
数字逻辑电路 - 77 - (2) 积分型单稳态触发器 如下图所示： 图 15-3 积分型单稳态触发器 电路采用正脉冲触发，触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况，其工作波 形如图 17-4 所示。电路的稳定条件是 R≤1KΩ，输出脉冲宽度为 tw≈1.1RC。 图 15-4 积分型单稳态触发器各点波形图 2. 施密特触发器 施密特触发器具有以下特点： ①施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信 号达到某一定的电压值时，输出电压会发生突变。 ②输入信号增加和减少时，电路会有不同的阀值电压，它具有图 17-5 的 传输特性
数字逻辑电路 VoL 0V.V+ 图15-5施密特触发器的传输特性 有两种典型的施密特触发器电路，如下所示： +5V G3 Vi IN4148 S& G2 图15-6(a) 由二极管产生回差的电路 5600 2000 G2 图15-6(b)由电阻产生回差的电路 这里我们分析一下图17-6(a)所示由二极管产生回差的电路，门G1、G2 是基本RS触发器，门G3是反相器，二极管起电压平移作用，以产生回差， 其基本工作情况为： 设Vi=0,G3截止，R=1,S=0,Q=1,电路处于原态。Vi由0V上升到电 路的接通电位Vr时，G3导通，R=0,S=1,触发器翻转为Q-0。此后，Vi继 续上升，而后下降至VT时，电路状态不变。当Vi继续下降到小于Vr时，G3 由导通变为截止，而=，+'。为高电平，因而R=1,S=1,触发器状态仍保 持。只有Vi继续下降到使V=,时，电路才翻回到Q=1的原态。电路的回差 为△V='。(V为二极管导通电压)。 -78
数字逻辑电路 - 78 - 图 15-5 施密特触发器的传输特性 有两种典型的施密特触发器电路，如下所示： 图 15-6（a） 由二极管产生回差的电路 图 15-6（b） 由电阻产生回差的电路 这里我们分析一下图 17-6（a）所示由二极管产生回差的电路，门 G1、G2 是基本 RS 触发器，门 G3 是反相器，二极管起电压平移作用，以产生回差， 其基本工作情况为： 设 Vi=0，G3 截止，R=1，S=0，Q=1，电路处于原态。Vi 由 0V 上升到电 路的接通电位 VT 时，G3 导通，R=0，S=1，触发器翻转为 Q=0。此后，Vi 继 续上升，而后下降至 VT 时，电路状态不变。当 Vi 继续下降到小于 VT 时，G3 由导通变为截止，而 V V V S T D = + 为高电平，因而 R=1，S=1，触发器状态仍保 持。只有 Vi 继续下降到使 V V S T = 时，电路才翻回到 Q=1 的原态。电路的回差 为 = V VD （VD 为二极管导通电压）
数字逻辑电路 3.集成双单稳态触发器CC14528(CC4098) (1)CC14528的逻辑符号与功能表为： 1 Outputs Not Triggered Not Triggered Not triggered Not Triggered + Not er 图15-7CC14528的逻辑符号与功能表 该单稳态触发器的时间周期约为Tx=R,Cx。 所有的输出级都有缓冲级，以提供较大的驱动电流。 (2)应用实例 a.实现脉冲延时，如下图所示 Cx2 Rx2 26Q B211514102输出 Vs- 122 13 输入脉冲 T=RnCn 输出脉冲 图15-8脉冲延时 .79
数字逻辑电路 - 79 - 3. 集成双单稳态触发器 CC14528(CC4098) (1) CC14528 的逻辑符号与功能表为： 图 15-7 CC14528 的逻辑符号与功能表 该单稳态触发器的时间周期约为 T R C X X X = 。 所有的输出级都有缓冲级，以提供较大的驱动电流。 （2）应用实例 a. 实现脉冲延时，如下图所示： 图 15-8 脉冲延时