1、第一章放大电路基础知识第一章放大电路基础知识第一节第一节 半导体二极管半导体二极管第二节第二节 半导体三极管半导体三极管第三节第三节 基本放大电路及放大电路的分析基本放大电路及放大电路的分析方法方法第四节第四节 放大电路静态工作点的稳定性放大电路静态工作点的稳定性第五节第五节 共集电极放大电路及多级放大电共集电极放大电路及多级放大电路路第一节第一节 半导体二极管半导体二极管一、半导体及一、半导体及PN结结1半导体半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。纯净的、导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。具有晶体结构的半导体称为本征半导体
2、。半导体的导电能力受外界影响很大，主要表现在以下几方面。半导体的导电能力受外界影响很大，主要表现在以下几方面。(1)光敏性半导体的导电能力随光照的不同而不同，当光照光敏性半导体的导电能力随光照的不同而不同，当光照加强时，其导电能力增强。加强时，其导电能力增强。(2)掺杂特性如果在纯净的半导体中掺入微量的某些有用杂掺杂特性如果在纯净的半导体中掺入微量的某些有用杂质，其导电能力将大大增加，可以增加几十万倍甚至几百万质，其导电能力将大大增加，可以增加几十万倍甚至几百万倍。倍。(3)热敏性半导体的导电能力对温度很敏感。热敏性半导体的导电能力对温度很敏感。下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极
3、管本征半导体掺人微量元素后就成为杂质半导体。由于掺人的本征半导体掺人微量元素后就成为杂质半导体。由于掺人的杂质不同，杂质半导体可分为杂质不同，杂质半导体可分为N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。2PN结结在一块纯净的本征半导体中，通过不同的掺杂工艺，使其一在一块纯净的本征半导体中，通过不同的掺杂工艺，使其一边成为边成为N型半导体，另一边成为型半导体，另一边成为P型半导体，那么就会在这两型半导体，那么就会在这两种半导体的交界处形成种半导体的交界处形成PN结，如结，如图图1-1所示。所示。PN结具有单向导电性。当结具有单向导电性。当P区接电源正极、区接电源正极、N区接电源负极区接电源负极时
4、，时，PN结处于正向偏置。结处于正向偏置。一、二极管的类型一、二极管的类型半导体二极管也叫做晶体二极管，简称二极管。它是由一个半导体二极管也叫做晶体二极管，简称二极管。它是由一个PN结加上电极和引线用管壳封装而成的。结加上电极和引线用管壳封装而成的。上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 1点接触型二极管点接触型二极管点接触型二极管的结构如点接触型二极管的结构如图图1-3(a)所示。所示。2面接触型二极管面接触型二极管面接触型二极管的结构如图面接触型二极管的结构如图1.3(b)所示。所示。三、二极管的开关特性三、二极管的开关特性在数字电路中，二极管和三极管大多工作于开关状态
5、。它们在数字电路中，二极管和三极管大多工作于开关状态。它们在脉冲信号的作用下，时而导通，时而截止，相当于开关的在脉冲信号的作用下，时而导通，时而截止，相当于开关的“接通接通”和和“断开断开”。二极管的主要特性是单向导电性。当二极管两端加的正向电二极管的主要特性是单向导电性。当二极管两端加的正向电压大于一定值时，二极管就导通，如同一个闭合的开关。压大于一定值时，二极管就导通，如同一个闭合的开关。上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管二极管在电路中具有开关作用。但是，它不是一个理想的开二极管在电路中具有开关作用。但是，它不是一个理想的开关。关。四、二极管的伏安特性四、二极管的伏
6、安特性半导体二极管本质上就是一个半导体二极管本质上就是一个PN结，因此它具有单向导电性，结，因此它具有单向导电性，这一特性可用伏安特性表示。所谓二极管的伏安特性曲线，这一特性可用伏安特性表示。所谓二极管的伏安特性曲线，就是指加在二极管两端的电压就是指加在二极管两端的电压U与流过二极管的电流，之间与流过二极管的电流，之间的关系曲线。的关系曲线。1击穿特性击穿特性在在图图1-6中，当二极管的反向电压增大到一定数值后，其反中，当二极管的反向电压增大到一定数值后，其反向电流会突然增大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时的向电流会突然增大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时的电压称为反向击穿电压，用电压称为
7、反向击穿电压，用UBR表示。二极管的击穿现象有表示。二极管的击穿现象有电击穿与热击穿之分。电击穿与热击穿之分。上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 2正向特征正向特征在二极管两端加以正向电压，就会产生正向电流。但是，当在二极管两端加以正向电压，就会产生正向电流。但是，当起始电压很低时，正向电流很小，几乎为零，管子呈高阻状起始电压很低时，正向电流很小，几乎为零，管子呈高阻状态，这段区域称为死区。正向电压增大，使二极管导通的临态，这段区域称为死区。正向电压增大，使二极管导通的临界电压称为死区电压（又称门坎电压）。在常温下，硅管的界电压称为死区电压（又称门坎电压）。在常温下，硅
8、管的死区电压一般约为死区电压一般约为0.5 V，而锗管则约为，而锗管则约为0.2 V。3反向特性反向特性在二极管两端加以反向电压，由于在二极管两端加以反向电压，由于PN结的反向电阻很高，因结的反向电阻很高，因而反向电压在一定范围内变化时，反向电流非常小，且基本而反向电压在一定范围内变化时，反向电流非常小，且基本不随反向电压的变化而变化，这个电流称为反向饱和电流不随反向电压的变化而变化，这个电流称为反向饱和电流（正常情况下可忽略不计）。此时管子处于截止状态。（正常情况下可忽略不计）。此时管子处于截止状态。上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管反向饱和电流是二极管的一个重要参数
9、，反向饱和电流愈大，反向饱和电流是二极管的一个重要参数，反向饱和电流愈大，说明管子的单向导电性能愈差。说明管子的单向导电性能愈差。4温度对特性的影响温度对特性的影响由于半导体的导电性能与温度有关，所以二极管对温度很敏由于半导体的导电性能与温度有关，所以二极管对温度很敏感，温度升高时，二极管正向特性曲线向左移动，反向特性感，温度升高时，二极管正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向右移动。曲线向右移动。五、二极管的主要参数五、二极管的主要参数二极管的主要参数有以下几个。二极管的主要参数有以下几个。1最大整流电流最大整流电流最大整流电流是指二极管长期运行时，允许通过二极管的最最大整流电流是指二极管长期
10、运行时，允许通过二极管的最大正向平均电流。在使用二极管时不能超过此值，否则将使大正向平均电流。在使用二极管时不能超过此值，否则将使二极管过热而损坏。二极管过热而损坏。上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 2最大反向工作电压最大反向工作电压URM最大反向工作电压最大反向工作电压URM是指二极管工作时两端所允许加的最是指二极管工作时两端所允许加的最大反向电压。为保证二极管安全工作、不被击穿，通常大反向电压。为保证二极管安全工作、不被击穿，通常URM约为反向击穿电压约为反向击穿电压UR的一半。的一半。3反向电流反向电流反向电流是指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反反向电流
11、是指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性能越好。常温下，硅管的反向电流越小，管子的单向导电性能越好。常温下，硅管的反向电流一般只有几微安；锗管的反向电流较大，一般在几十向电流一般只有几微安；锗管的反向电流较大，一般在几十至几百微安之间。至几百微安之间。4最高工作频率最高工作频率 上-页 下-页 返回第一节第一节 半导体二极管半导体二极管由于由于PN结存在结电容，它的存在限制了二极管的工作频率，结存在结电容，它的存在限制了二极管的工作频率，因此如果通过二极管的信号频率超过管子的最高工作频率，因此如果通过二极管的信号频率超过管子的最高工作频率，则结电容的容抗变小高频
12、电流将直接从结电容上通过，管则结电容的容抗变小高频电流将直接从结电容上通过，管子的单向导电性变差。子的单向导电性变差。上-页 返回第二节第二节 半导体三极管半导体三极管 一、三极管的结构及符号一、三极管的结构及符号与二极管相比，三极管是由两个与二极管相比，三极管是由两个PN结构成的，其基本特性是结构成的，其基本特性是具有电流放大作用。三极管按其结构不同，分为具有电流放大作用。三极管按其结构不同，分为NPN型和型和PNP型两种。相应的结构示意图及电路符号如型两种。相应的结构示意图及电路符号如图图1-8所示。所示。在制作三极管时，其内部的结构特点是：在制作三极管时，其内部的结构特点是：发射区掺杂浓
13、度高；发射区掺杂浓度高；基区很薄，且掺杂浓度低；基区很薄，且掺杂浓度低；集电结面积大于发射结面积。集电结面积大于发射结面积。以上特点是三极管实现放大作用的内部条件。以上特点是三极管实现放大作用的内部条件。另外，三极管按其所用半导体材料不同，分为硅管和锗管；另外，三极管按其所用半导体材料不同，分为硅管和锗管；按用途不同，分为放大管、开关管和功率管；按工作频率不按用途不同，分为放大管、开关管和功率管；按工作频率不同，分为低频管和高频管；按耗散功率大小不同，分为小功同，分为低频管和高频管；按耗散功率大小不同，分为小功下-页 返回第二节第二节 半导体三极管半导体三极管 率管和大功率管等。率管和大功率管
14、等。一、三极管的放大条件一、三极管的放大条件三极管要实现电流放大除要满足内部条件外，还应满足外部三极管要实现电流放大除要满足内部条件外，还应满足外部偏置条件，即发射结正偏，集电结反偏，如偏置条件，即发射结正偏，集电结反偏，如图图1-9所示。所示。三、电流分配关系三、电流分配关系NPN管的放大实验电路如管的放大实验电路如图图1-10所示。电路中三极管的偏所示。电路中三极管的偏置满足发射结正偏、集电结反偏的条件。置满足发射结正偏、集电结反偏的条件。由表由表1-1中的数据可知：中的数据可知：(1)三极管的基极电流、集电极电流和发射极电流之间符合三极管的基极电流、集电极电流和发射极电流之间符合基尔霍夫
15、定律，即基尔霍夫定律，即EBCIII上-页 下-页 返回第二节第二节 半导体三极管半导体三极管(2)晶体管具有电流放大作用从晶体管具有电流放大作用从表表1-1可看出，可看出，IB与与IC的比的比值近似为常数。值近似为常数。四、三极管的开关特性四、三极管的开关特性 三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态、饱和状态。三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态、饱和状态。在放大电路中，三极管作为放大元件，主要工作在放大区。在放大电路中，三极管作为放大元件，主要工作在放大区。在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在截止状态在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在截止状态或饱和状态，并在截止状态
16、和饱和状态之间经过短促的放大或饱和状态，并在截止状态和饱和状态之间经过短促的放大状态进行快速转换和过渡。状态进行快速转换和过渡。1CBEBIIII上-页 下-页 返回第二节第二节 半导体三极管半导体三极管(1)截止状态截止状态 当开关当开关S接位置接位置1时，三极管发射结电压时，三极管发射结电压UBEQ，PQ和和PN)提前提前清零，使计数器模值变为清零，使计数器模值变为N。2反馈置数法反馈置数法反馈置数法是通过在置数端置入某数（并行输入），使反馈置数法是通过在置数端置入某数（并行输入），使M进进制计数器在顺序计数过程中提前返回置数状态，构成制计数器在顺序计数过程中提前返回置数状态，构成N进制。
17、进制。上-页 下-页 返回第三节第三节 计计 数数 器器 1计数器用作分频器计数器用作分频器在数字系统中，常常需要获得不同频率的时钟或基准信号。在数字系统中，常常需要获得不同频率的时钟或基准信号。获得不同频率的时钟或基准信号的方法，一般都是对系统主获得不同频率的时钟或基准信号的方法，一般都是对系统主时钟信号进行分频。分频器可以降低信号的频率，是数字系时钟信号进行分频。分频器可以降低信号的频率，是数字系统中常用的器件。计数器可以作为分频器使用，一个统中常用的器件。计数器可以作为分频器使用，一个N进制进制的计数器同时又是一个的计数器同时又是一个N分频器。例如，在数字钟中，因为分频器。例如，在数字钟
18、中，因为需要一个精确的时钟信号，这一般均由石英晶体振荡器产生，需要一个精确的时钟信号，这一般均由石英晶体振荡器产生，而石英晶体振荡器产生的时钟信号频率通常都很高，所以需而石英晶体振荡器产生的时钟信号频率通常都很高，所以需要进行分频，使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信要进行分频，使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即号，即“秒脉冲信号秒脉冲信号”（频率为（频率为1 Hz）。）。上-页 下-页 返回第三节第三节 计计 数数 器器 2计数器用于测量脉冲频率和周期计数器用于测量脉冲频率和周期(1)测量脉冲频率如测量脉冲频率如图图8-29所示，将待测频率的脉冲信号和所示，将待测频率的脉冲信
19、号和取样脉冲信号一起加到与门取样脉冲信号一起加到与门G，在取样脉冲为，在取样脉冲为Z的的t1 t2，期间，与门开启，输出待测频率的脉冲，由计数器计数，计期间，与门开启，输出待测频率的脉冲，由计数器计数，计数器值就是数器值就是t1 t2，期间的脉冲数，期间的脉冲数N，不难得到待测脉冲频，不难得到待测脉冲频率为率为f=N/(t1 t2)。(2)测量脉冲周期（宽度）测量脉冲周期（宽度）将上述测量脉冲频率的原理稍将上述测量脉冲频率的原理稍加改变，就可用来测量脉冲周期加改变，就可用来测量脉冲周期将基准频率为将基准频率为1MHz的脉冲信号经与门的脉冲信号经与门G加到计数器输入端，加到计数器输入端，在待测时
20、间间隔在待测时间间隔Tx内计数器对此信号进行计数。显然，计数内计数器对此信号进行计数。显然，计数器显示的值就是以器显示的值就是以s表示的脉冲周期表示的脉冲周期Tx。例如，脉冲周期为。例如，脉冲周期为26s，则计数器显示的值应为，则计数器显示的值应为26。上-页 返回图图8-2几种几种JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号返回图图8-3由与非门构成的基本由与非门构成的基本RS触发器触发器返回表表8-2基本基本RS触发器状杰转换真值表触发器状杰转换真值表返回图图8-4基本基本RS触发器状态转换图触发器状态转换图返回图图8-7主从主从RS触发器逻辑符号触发器逻辑符号返回图图8-8 4位数码寄存器位数码
21、寄存器返回图图8-9 74L5173逻辑符号图逻辑符号图返回表表8一一4 74L5173功能表功能表返回图图8-10 4位左移寄存器位左移寄存器返回图图8-11 74L5194新标准逻辑符号图新标准逻辑符号图返回表表8-5 74L5194功能表功能表返回图图8-12移存型序列信号发生器移存型序列信号发生器返回图图8-14双双4位右移寄存器位右移寄存器cc4015用作分用作分频器频器返回图图8-15状态图及输出波形状态图及输出波形返回表表8一一6 74L5161功能表功能表返回图图8一一17 74L5161逻辑图逻辑图返回图图8-18 4位二讲制异未加法计数器位二讲制异未加法计数器74LS93返
22、回表表8-7 74L5192功能表功能表返回图图8-19 74L5192时序图时序图返回图图8-29 测量脉冲频率的框图测量脉冲频率的框图返回第九章数字电路在脉冲电路中的应用第九章数字电路在脉冲电路中的应用第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念第二节第二节 施密特电路施密特电路第三节第三节 单稳态电路单稳态电路第四节第四节 多谐振荡器多谐振荡器第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念一、什么叫脉冲一、什么叫脉冲“脉冲脉冲”从字面意义上是指脉动和持续时间短促的意思。在从字面意义上是指脉动和持续时间短促的意思。在本书中我们对电路中的脉冲（电脉冲
23、）进行讨论，电脉冲通本书中我们对电路中的脉冲（电脉冲）进行讨论，电脉冲通常是指非正弦规律变化的电压或电流，它有变化不连续、跳常是指非正弦规律变化的电压或电流，它有变化不连续、跳变的特征，在现代电子技术中有广泛的应用，常见的脉冲有变的特征，在现代电子技术中有广泛的应用，常见的脉冲有矩形波、方波、尖脉冲、三角波、阶梯波、锯齿波等，如矩形波、方波、尖脉冲、三角波、阶梯波、锯齿波等，如图图9-1所示。所示。二、脉冲的主要参数二、脉冲的主要参数在脉冲技术中，最常应用的是矩形脉冲波，如在脉冲技术中，最常应用的是矩形脉冲波，如图图9-2所示。所示。以下仅以矩形脉冲为例，介绍主要的脉冲参数。以下仅以矩形脉冲为
24、例，介绍主要的脉冲参数。脉冲幅度表示脉冲强弱，在数值上等于脉冲电压变化的最大脉冲幅度表示脉冲强弱，在数值上等于脉冲电压变化的最大值。值。下-页 返回第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念脉冲前沿指脉冲幅度从脉冲前沿指脉冲幅度从0.1Um上升到上升到0.9Um时所需的时间，时所需的时间，它表征脉冲幅度上升的快慢。它表征脉冲幅度上升的快慢。脉冲后沿指脉冲幅度从脉冲后沿指脉冲幅度从0.9Um下降到下降到0.1Um时所需的时间，时所需的时间，它表征幅度下降的快慢。它表征幅度下降的快慢。脉冲宽度脉冲宽度(。)指脉冲持续时间为有效宽度，它是脉冲前后指脉冲持续时间为有效宽度，它是脉冲前后沿的幅度各为沿的
25、幅度各为0.5 Um间的时间。间的时间。脉冲周期脉冲周期(T)指周期性重复的脉冲信号中，两个相邻脉冲之指周期性重复的脉冲信号中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。间的时间间隔。三、三、RC充放电规律充放电规律 图图9-3是是RC充放电实验电路。当开关充放电实验电路。当开关S由由“2”转向转向“1”时，时，电源电源E要对电容要对电容C充电，充电时间的长短和充电电流的大小与充电，充电时间的长短和充电电流的大小与上-页 下-页 返回第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念 R、C的参数有关。由于电容的非线性特性，所以流过电容的的参数有关。由于电容的非线性特性，所以流过电容的电流、电压的变化也不是线性的。
26、电流、电压的变化也不是线性的。实验研究发现，电容充放电规律变化的快慢与时间常数实验研究发现，电容充放电规律变化的快慢与时间常数(RC)有关，所谓时间常数即有关，所谓时间常数即R与与C的乘积，用的乘积，用表示。实验与计算表示。实验与计算都表明，都表明，越小充电越快，放电也快，越小充电越快，放电也快，越大则充电慢，放电越大则充电慢，放电也慢。也慢。四、两种四、两种RC波形变换电路波形变换电路在脉冲技术中，常需要对脉冲进行变换，这就需要对波形进在脉冲技术中，常需要对脉冲进行变换，这就需要对波形进行变换，下面介绍在脉冲中行变换，下面介绍在脉冲中常用到的两种常用到的两种RC波形变换电路。波形变换电路。1
27、RC积分电路积分电路积分电路结构。积分电路结构。上-页 下-页 返回第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念积分电路的条件为积分电路的条件为工作特点。由积分电路的波形可知，积分电路的输出脉冲反工作特点。由积分电路的波形可知，积分电路的输出脉冲反映了输入脉冲的稳定部分，输出电压不受输入电压跃变的影映了输入脉冲的稳定部分，输出电压不受输入电压跃变的影响。这与微分电路正好相反，即积分电路对脉冲信号起到响。这与微分电路正好相反，即积分电路对脉冲信号起到“突出恒定量，压低变化量突出恒定量，压低变化量”的作用。的作用。2RC微分电路微分电路电路结构。电路如电路结构。电路如图图9-8所示。所示。,wgRC
28、tRCt上-页 下-页 返回第一节第一节 脉冲的基本概念脉冲的基本概念电路的工作特点。由微分电路的工作波形可知，微分电路的电路的工作特点。由微分电路的工作波形可知，微分电路的输出脉冲反映了输入脉冲的变化成分；当输入脉冲跳变时，输出脉冲反映了输入脉冲的变化成分；当输入脉冲跳变时，输出幅度最大；输入电压不变时，输出电压很小。即微分电输出幅度最大；输入电压不变时，输出电压很小。即微分电路能对脉冲信号起到路能对脉冲信号起到“突出变化量，压低恒定量突出变化量，压低恒定量”的作用。的作用。上-页 返回第二节第二节 施密特电路施密特电路一、施密特基本电路一、施密特基本电路基本电路如基本电路如图图9-10所示
29、，它是由两级直流放大器构成的，所示，它是由两级直流放大器构成的，且射极接有电阻且射极接有电阻RA。1工作原理工作原理当当ui为低电平时，电路参数使为低电平时，电路参数使VT1截止截止VT2饱和，这是一种饱和，这是一种稳定状态，此时输出电压为一较小电压，故输出低电平稳定状态，此时输出电压为一较小电压，故输出低电平uoL。这种状态不变，因而从输入输出波形看，在这种状态不变，因而从输入输出波形看，在0 UT+段输出段输出状态是不变化的。状态是不变化的。下-页 返回第二节第二节 施密特电路施密特电路当当ui上升到达上升到达UT+时，时，ui使使VT1饱和导通，由于它饱和导通，饱和导通，由于它饱和导通，
30、VT2得不到开通电压而截止，故输出为高电平。通常定义得不到开通电压而截止，故输出为高电平。通常定义UT+为正向阀电压，当为正向阀电压，当ui大于正向阀电压时，电路状态也是大于正向阀电压时，电路状态也是不变的。不变的。当当ui下降至某一值下降至某一值uT-时，时，VT1退出饱和向截止发展，而退出饱和向截止发展，而VT2则由截止向饱和发展，形成脉冲的后沿，回到以前那个则由截止向饱和发展，形成脉冲的后沿，回到以前那个状态。状态。2电压传输特性电压传输特性由前面的讨论可看到：由前面的讨论可看到：ui只有升至大于或等于只有升至大于或等于UT+时，电路时，电路才发生状态翻转（即一种是才发生状态翻转（即一种
31、是VT1截止截止VT2饱和，另一种是饱和，另一种是VT1饱和饱和VT2截止）；而截止）；而ui下降时，只有下降时，只有ui小于或等于小于或等于uT-时才能发生状态翻转。时才能发生状态翻转。上-页 下-页 返回第二节第二节 施密特电路施密特电路 二、两种集成施密特触发器二、两种集成施密特触发器集成施密特触发器性能稳定，应用广泛，其主要产品有施密集成施密特触发器性能稳定，应用广泛，其主要产品有施密特触发的反相器（简称施密特反相器）和施密特触发的其他特触发的反相器（简称施密特反相器）和施密特触发的其他门电路。门电路。(1)施密特反相器施密特反相器TTL和和CMOS产品系列中均有施密特反相产品系列中均
32、有施密特反相器，例如器，例如TTL的的74LS14和和CMOS的的CC40106均为施密特均为施密特触发的六反相器。触发的六反相器。(2)施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发的形式。例如集成门电路采用了施密特触发的形式。例如CMOS的的CC4093和和TTL的的74LS13就是施密特触发的与非门电路。就是施密特触发的与非门电路。上-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路一、集成单稳态触发器一、集成单稳态触发器由于单稳态触发器在数字系统中的应用日益广泛，目前已把由于单稳态触发器在数字系统中的应用日益广泛，目
33、前已把它作为一个标准器件，制成中规模集成电路。它作为一个标准器件，制成中规模集成电路。1电路组成及工作原理电路组成及工作原理74121集成单稳态触发器的结构如集成单稳态触发器的结构如图图9-17所示。由触发输所示。由触发输入、窄脉冲形成、基本单稳态触发器和输出级入、窄脉冲形成、基本单稳态触发器和输出级4部分组成。部分组成。静态时（即静态时（即Z点没有产生上跳沿）电路处于稳定状态：点没有产生上跳沿）电路处于稳定状态：Q=0、Q=1。如设电路在随机时。如设电路在随机时Q=1，则由于电路内部反馈，迅，则由于电路内部反馈，迅速使速使Q端回复到端回复到“0”。下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电
34、路当当Z点产生由点产生由“0”至至“1”的正跳变时，的正跳变时，Gs输出也产生正跳输出也产生正跳变，使电路由稳态翻转到暂稳态：变，使电路由稳态翻转到暂稳态：Q=1，Q=O。Q为为“0”，又使又使RS触发器的触发器的G3输出为输出为“0”，从而使，从而使G5输出为一窄脉输出为一窄脉冲。冲。2触发与定时触发与定时(1)触发方式。触发方式。74121集成单稳态触发器有集成单稳态触发器有3个触发输入端，个触发输入端，在下述情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态：在下述情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态：若两个若两个A输入中有一个或两个为低电平，输入中有一个或两个为低电平，B发生由发生由“0”到到“1”的正跳变
35、。的正跳变。若若A，B全为高电平，全为高电平，A输入中有一个或两个产生由输入中有一个或两个产生由“1”到到“0”的负跳变。的负跳变。上-页 下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路(2)定时。单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的定时。单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的数值。数值。74121的定时电容连接在芯片的的定时电容连接在芯片的10、11引脚之间。引脚之间。若输出脉冲宽度较宽，而采用电解电容时，电容若输出脉冲宽度较宽，而采用电解电容时，电容C的正极接的正极接在在Gext输入端（输入端（10脚）。对于定时电阻，使用者可以有两脚）。对于定时电阻，使用者可以有两种选择。种选择
36、。利用内部定时电阻，此时将利用内部定时电阻，此时将9号引脚接至电源号引脚接至电源Vcc（14脚）。脚）。采用外接定时电阻，此时采用外接定时电阻，此时9脚应悬空，电阻接在脚应悬空，电阻接在11、14脚之脚之间。间。常用的集成单稳态触发器属常用的集成单稳态触发器属TTL型的有型的有T1123(74123)，属属CMOS型的有型的有CC14528。上-页 下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路二二.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器1电路组成及工作原理电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门或或非门构成，如微分型单稳态触发器可由与非门或或非门构成，如图图9-18(a)、图、图9-18
37、(b)所示分别为由与非门和或非门构成的单稳所示分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。与基本态触发器。与基本RS触发器不同，构成单稳态触发器的两个触发器不同，构成单稳态触发器的两个反相门是由反相门是由RC耦合的，由于耦合的，由于RC接成微分电路的形式，故称接成微分电路的形式，故称为微分型单稳态触发器。为微分型单稳态触发器。为了讨论方便，假定门电路的电压传输特性曲线为理想化的为了讨论方便，假定门电路的电压传输特性曲线为理想化的折线，即开门电平折线，即开门电平UON和关门电平和关门电平UOFF相等，这个理想化的相等，这个理想化的开门电平或关门电平称为门槛电平（或阈值电平），记为开门电平或关门电平
38、称为门槛电平（或阈值电平），记为UTH。上-页 下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路稳态。没有触发信号时，稳态。没有触发信号时，u1为低电平。为低电平。外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态。外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态。由暂稳态自动返回稳态。由暂稳态自动返回稳态。最后使电路退出暂稳态。最后使电路退出暂稳态。暂稳态结束后，电容将通过电阻暂稳态结束后，电容将通过电阻R放电，使放电，使C上的电压恢复到上的电压恢复到稳定状态时的初始值。稳定状态时的初始值。2主要参数的计算主要参数的计算(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw也就是暂稳态的维持时也就是暂稳态的维持
39、时间，可以根据间，可以根据uR的波形进行计算。的波形进行计算。上-页 下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路根据根据RC电路的瞬态过程可得到：电路的瞬态过程可得到：(2)恢复时间恢复时间tm暂稳态结束后，还需要一段恢复时间，以使暂稳态结束后，还需要一段恢复时间，以使电容电容C在暂稳态期间所充的电荷放完，使电路恢复到初始状在暂稳态期间所充的电荷放完，使电路恢复到初始状态。态。(3)最高最高T作频率作频率fmax设触发信号设触发信号V1的时间间隔为的时间间隔为T，为了使，为了使单稳态电路能正常地单稳态电路能正常地T作，应满足作，应满足T Tw+tre的条件，即最的条件，即最小时间间隔小时间
40、间隔Tmin=Tw+tre。/01/WTRCRRRRwDDDDTHuuuueTRC nVVU 上-页 下-页 返回第三节第三节 单稳态电路单稳态电路 3讨论讨论如如图图9-19所示，在暂稳态结束瞬间，门所示，在暂稳态结束瞬间，门G2的的输入电压的的输入电压u0达到达到VDD+UTH，这么高的输入电压有可能损坏，这么高的输入电压有可能损坏MOS门。门。当输入当输入u1的脉冲宽度的脉冲宽度Tpi Tw时，则在时，则在u02变为低电平后，变为低电平后，G1没有响应，不能形成前述的正反馈过程，使没有响应，不能形成前述的正反馈过程，使u02的输出边的输出边沿变缓。沿变缓。若采用若采用TTL与非门构成如图
41、与非门构成如图9-18(a)所示的单稳态电路时，所示的单稳态电路时，由于由于TTL门存在输入电流，因此，为了保证稳态时门存在输入电流，因此，为了保证稳态时G2的输入的输入为低电平，电阻为低电平，电阻R要小于要小于0.7k。上-页 返回第四节第四节 多谐振荡器多谐振荡器一、基本型多谐振荡器一、基本型多谐振荡器1基本电路基本电路基本型多谐振荡器的电路如基本型多谐振荡器的电路如图图9-24所示。所示。这是一个与非门与一个反相器及电阻电容构成的振荡电路，这是一个与非门与一个反相器及电阻电容构成的振荡电路，如果不要控制端，则用两个反相器即可，电路十分简单。如果不要控制端，则用两个反相器即可，电路十分简单
42、。2工作原理工作原理控制端控制端u0=0时，时，A门被封锁，振荡器不工作，停振；门被封锁，振荡器不工作，停振；uk=1时，时，A门打开，电路工作。门打开，电路工作。3振荡频率振荡频率1lnDDTETRCEu下-页 返回第四节第四节 多谐振荡器多谐振荡器二二.施密特多谐振荡器施密特多谐振荡器1.电路形式电路形式这种多谐振荡器的电路是非常简单的，除施密特触发器外，这种多谐振荡器的电路是非常简单的，除施密特触发器外，只用了只用了R，C两个元件，改变电容两个元件，改变电容C的大小，可以很方便地改的大小，可以很方便地改变振荡频率。变振荡频率。2工作原理工作原理当输出信号为高电平时，电容当输出信号为高电平
43、时，电容C被充电，输入端的电平逐渐被充电，输入端的电平逐渐上升，一旦达到上升，一旦达到uT+时，施密特触发器的输出跳变为低电平，时，施密特触发器的输出跳变为低电平，电容电容C开始放电；当电容电压（施密特触发器输入电压）下开始放电；当电容电压（施密特触发器输入电压）下降到降到uT-时，施密特触发器的输出跳变为高电平。这样周而复时，施密特触发器的输出跳变为高电平。这样周而复始形成振荡。始形成振荡。上-页 下-页 返回第四节第四节 多谐振荡器多谐振荡器 三、带有三、带有RC电路的环形多谐振荡器电路的环形多谐振荡器1基本电路基本电路这个电路是由非门和与非门组成的，如果不要控制端，这个电路是由非门和与非
44、门组成的，如果不要控制端，A门门也可用非门。也可用非门。2工作原理工作原理控制端控制端uk=0时，时，A门被封锁，电路不振荡；门被封锁，电路不振荡；uk=1时，电路时，电路工作。工作。在在u1=u0=0时，电路又进入另一个暂稳态时，电路又进入另一个暂稳态3振荡频率的计算振荡频率的计算112.2fTRC上-页 返回第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路，电路功能灵活、适用范围广，只要外部的中规模集成电路，电路功能灵活、适用范围广，只要外部配上配上2、3个阻容元件，就可以
45、构成单稳、多谐式施密特电路，个阻容元件，就可以构成单稳、多谐式施密特电路，因而在定时、检测、控制、报警等方面有广泛的应用。因而在定时、检测、控制、报警等方面有广泛的应用。一、一、555定时器电路定时器电路 定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制：定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制：RS触发器和放电三极管触发器和放电三极管VT1的状态。当比较器的触发输入电压的状态。当比较器的触发输入电压u2 Vcc/3时，放电三级管时，放电三级管VT1截止。而当比较器截止。而当比较器C，的阈，的阈值输入端电位高于值输入端电位高于2Vcc/3（比较器（比较器C的参考电压）时，的参考电压）时，C
46、输出为输出为“1”，触发器又被复位，且放电三极管，触发器又被复位，且放电三极管VT1导通。导通。下-页 返回第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用上述讨论没有涉及电压控制端（即上述讨论没有涉及电压控制端（即5脚悬空），因而比较器脚悬空），因而比较器C1、C2的参考电压分别为的参考电压分别为2Vcc/3和和Vcc/3。二、定时器应用举例二、定时器应用举例1施密特触发器施密特触发器将将555定时器的阈值输入端连在一起，便构成了施密特触发定时器的阈值输入端连在一起，便构成了施密特触发器。器。如果在如果在555定时器的放电端（定时器的放电端（7脚）外接一电阻，并与另一脚）外接一电阻，并与另一
47、电源电源VCC2相连，则由相连，则由u02输出的信号可实现电平转换。输出的信号可实现电平转换。2单稳态触发器单稳态触发器电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻R上-页 下-页 返回第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用 向电容向电容C充电，当充电，当uc上升到上升到2Vcc/3时，触发器复位，时，触发器复位，uc为为低电平，放电三极管低电平，放电三极管VT1导通，电容导通，电容C放电，电路进入稳定放电，电路进入稳定状态。状态。若触发输入端施加触发信号，触发器发生翻转，电路进入暂若触发输入端施加触发信号，触发器发生翻转，电路
48、进入暂稳态，输出为稳态，输出为“1”，且三极管，且三极管VT1截止。截止。这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。然而在某些情况下，要求单稳电路具有可重复触发的特性，然而在某些情况下，要求单稳电路具有可重复触发的特性，即在电路的暂稳态期间内，加入新的触发脉冲，电路的暂稳即在电路的暂稳态期间内，加入新的触发脉冲，电路的暂稳态将延续，直至触发脉冲的间隔超过单稳输出脉宽态将延续，直至触发脉冲的间隔超过单稳输出脉宽Tw，电路，电路才返回至稳定状态才返回至稳定状态上-页 下-页 返回第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用
49、如果在电压控制端施加一个变化电压，则由如果在电压控制端施加一个变化电压，则由555构成的单稳构成的单稳电路可作为脉冲宽度调制器，如电路可作为脉冲宽度调制器，如图图9-33所示。所示。当控制电压升高时，电路的阈值电平也升高，输出的脉冲宽当控制电压升高时，电路的阈值电平也升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电平也降低，度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电平也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。单稳的输出脉宽则随之减小。3多谐振荡器多谐振荡器由由555定时器构成的多谐振荡器如定时器构成的多谐振荡器如图图9-34(a)所示，其工所示，其工作波形如图作波形如图9-34(b)所
50、示。所示。当当uc上升到上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出就得到一个周期性的方波，其频率为在输出就得到一个周期性的方波，其频率为121.432fRRC上-页 下-页 返回第五节第五节 555时基电路及应用时基电路及应用由于由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。振荡频率为振荡频率为可见，这种振荡器输出波形的占空比为可见，这种振荡器输出波形的占空比为1.432ABfRRC/AABqRRR
