实验十八 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
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6－75所示。
图6－75 微分型单稳态触发器
图6－76 微分型单稳态触发器各点波形图
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6－76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。
（2）积分型单稳态触发器
如图6－77所示。
图6－77 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6－78所示。电路的稳定条件是R≤1kΩ，输出脉冲宽度为tw≈1．1RC。
图6－78 积分型单稳态触发器各点波形图
图6－79 施密特触发器的传输特性
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6－79的传输特性。
有两种典型的施密特触发器电路，如图6－80所示。
图6－80（a） 由二极管产生回差的电器
图6－80（b） 由电阻产生回差的电路
这里我们分析一下如图6－80（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CC4528（CC4098）
（1）CC4528的逻辑符号与功能表
该单稳态触发器的时间周期约为TX＝RXCX。所有的输出级都有缓冲级，以提供较大的驱动电流。图6－81为CC4528的逻辑符号与功能表。
图6－81 CC4528的逻辑符号与功能表
（2）应用实例
①实现脉冲延时，如图6－82所示。
图6－82 脉冲延时
②实现多谐振荡，如图6－83所示。
图6－83 多谐振荡
4．集成施密特触发器CC40106
其引脚功能图为6－84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6－85所示。
图6－84 CC40106的引脚功能图
图6－85 正弦波转换为方波的波形图与示意图
②构成多谐振荡器，如图6－86所示。
图6－86 多谐振荡器
③构成单稳态触发器，如图6－87所示。
图6－87 单稳态触发器
三、实验设备与器材
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CC4011、CC4528、CC40106、二极管IN4148。
4．电阻，电容，电位器若干。
四、实验内容及实验步骤（使用实验箱中的硬件资源搭建电路实现如下内容）
1．按图6－75连线，输入1kHz的连续脉冲，用双踪示波器观测Vi、VP、VA、VB、VD及Vo的波形，记录之。
2．变C或R的值，重复实验1的内容。
3．按图6－77连线，重复实验1的内容。
4．按图6－80（a）连线，令Vi由0V到5V变化，测量V1、V2的值。
5．按图6－82连线，自己设计图中CX1、RX1、CX2、RX2的值，输入1kHz的连续脉冲，用双踪示波器观测输入、输出波形，测定T1与T2。
6．按图6－83连线，自己设计图中CX1、RX1、CX2、RX2的值，用示波器观测输出波形，测定振荡频率。
7．按图6－86连线，用示波器观测输出波形，测定振荡频率。
8．按图6－85连线，构成整形电路，被整形信号可由音频信号源提供（可以由实验箱信号源部分的正弦波来模拟），图中串联的2k电阻起限流保护作用。将正弦信号频率置1kHz，调节信号电压由低到高观测输出波形的变化。记录输入信号为0V、0．25V、0．5V、1．0V、1．5V、2．0V时的输出波形。
9．分别按图6-87（a）、（b）连线，在Vi处输入5V正弦波信号进行实验，观察输入波形并记录实验结果。
五、实验预习要求
1．复习有关单稳态触发器与施密特触发器的内容。
2．画出实验用的详细线路图。
3．拟定各实验的方法与步骤。
4．拟好实验用的数据、表格等。
六、实验报告要求
1．绘出实验线路图，记录波形。
2．分析各实验结果的波形，验证有关的结论。
3．总结单稳态触发器及施密特触发器的特点及应用。
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