单稳态触发器具有波形整形功能

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、实验仪器

(1)数字逻辑电路实验箱

(2)数字万用表，双踪示波器，脉冲源

(3)芯片74LS00、74LS04、74LS123和74LS132各一片，二极管IN4148一个

(4)100Ω、200Ω、560Ω、2kΩ、4．7kΩ、47kΩ、100kΩ电阻各一个，270p F、0．047 μF、5600p F、0．1μF独石电容各一个，10μF电解电容一个

三、实验原理

1．单稳态触发器的特点

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特点，它被广泛地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，电路图如图2－17－1所示。

图2－17－1 微分型单稳态触发器

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G1起整形、倒相的作用。

图2－17－2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:

图2－17－2 微分型单稳态触发器各点波形图

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。

(2)积分型单稳态触发器

积分型单稳态触发器如图2－17－3所示。

图2－17－3 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2－17－4所示。电路的稳定条件是R≤1kΩ，输出脉冲宽度为tw≈1．1RC。

图2－17－4 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2－17－5的传输特性。

图2－17－5 施密特触发器的传输特性

图2－17－6 回差电路

(a)由二极管产生的回差电路; (b)有电阻产生的回差电路

分析一下图2－17－6(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VS=VT+VD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VS=VT时，电路才翻回到Q=1的原态。电路的回差为ΔV=VD(VD为二极管导通电压)。

3．集成双单稳态触发器74LS123

(1)74LS123的结构与功能表

图2－17－7为74LS123的内部结构图; 74LS123的功能表如表2－17－1所示。

图2－17－7 74LS123的结构

表2－17－1 74LS123的功能表

(2)应用实例

①实现脉冲延时，如图2－17－8所示;

②实现多谐振荡，如图2－17－9所示。

4．集成施密特触发器74LS132

集成施密特触发器74LS132内部结构图如图2－17－10所示，它可用于波形的整形，也可用作反相器或构成单稳态触发器和多谐振荡器。

①将正弦波转换为方波，如图2－17－11所示;

②构成多谐振荡器，如图2－17－12所示。

四、实验内容

1．微分单稳态触发器

(1)按图2－17－1所示连线，输入信号Vi取1k Hz的连续脉冲，用双踪示波器观测Vi、VP、VA、VB、VD及VO的波形。

(2)改变滑动变阻器R的值，观察输出信号VO的变化情况，并试着解释其波形变化的原因。

图2－17－8 脉冲延时

图2－17－9 多谐振荡

2．积分型单稳态触发器

(1)按图2－17－3所示连线，输入信号Vi取1k Hz的连续脉冲，用双踪示波器观测Vi、VA、VB、VD及VO的波形。

(2)改变滑动变阻器R的值，观察输出信号VO的变化情况，并试着解释其波形变化的原因。

3．施密特触发器

(1)调节信号源，使其输出频率为100Hz，峰－峰值约为5V的三角波。

(2)按图2－17－6(a)所示连线。

图2－17－10 集成施密特触发器74LS132的内部结构图

图2－17－11 正弦波转换为方波电路及波形

(3)用示波器观察电路中Vi，VR，VS，V1，V2各点信号的波形。

(4)把电路改接为2－17－6(b)所示连接，用示波器观察电路中各点信号的波形。

4．脉冲延时电路

(1)按图2－17－8所示连线，输入信号选取实验箱上500Hz脉冲输入。

(2)据电路中电阻、电容的值算出脉冲宽度T2和延时时间T1。

(3)用示波器对比观察输入脉冲信号与Q0、Q1输出的波形，并从波形上读出其脉冲宽度及延时时间，与计算的值进行比较。

图2－17－12 多谐振荡器

5．多谐振荡器

(1)按图2－17－9所示连线。

(2)据电路中电阻、电容的值算出输出信号的高电平时间T1和低电平时间T2。

(3)用示波器观察输出信号的波形，并从波形上读出其高、低电平的时间，与计算的值进行比较。

6．正弦波转换为方波电路

(1)按图2－17－11所示连接电路。

(2)调节信号源，使其输出幅度为5V左右的正弦波。

(3)调节100kΩ电位器，用示波器对比观察输入信号Vi与输出信号VO。

7．多谐振荡器

(1)按图2－17－12所示连接电路。

(2)用示波器观察多谐振荡器输出VO的波形。