第6章 脉冲波形的产生与变化

1、 脉冲信号脉冲信号 6.1 6.2 单稳态触发器单稳态触发器 6.3 6.4 555555定时器定时器 6.5 脉冲信号的产生方法脉冲信号的产生方法 脉冲信号的种类很多，根据脉冲出现脉冲信号的种类很多，根据脉冲出现 的形式可分为电脉冲和非电脉冲，在电子的形式可分为电脉冲和非电脉冲，在电子 线路中，使用的是电脉冲，简称为脉冲。线路中，使用的是电脉冲，简称为脉冲。 广义的脉冲信号是指不连续的非正弦广义的脉冲信号是指不连续的非正弦 电压或电流，狭义的脉冲信号是指有规律电压或电流，狭义的脉冲信号是指有规律 的突变电压或电流。的突变电压或电流。 常见的脉冲有矩形波、三角波、锯齿常见的脉冲有矩形波、三角波

2、、锯齿 波、阶梯波等等。波、阶梯波等等。 典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触 发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路3 种类型。种类型。 脉冲信号波形参数各不相同，在数字脉冲信号波形参数各不相同，在数字 电路中，为了定量描述脉冲波形的特性，电路中，为了定量描述脉冲波形的特性， 经常使用如图经常使用如图6-1所示的所示的5个基本参数。个基本参数。 (1)脉冲幅度脉冲幅度(2)脉冲上升时间脉冲上升时间 (3)脉冲下降时间脉冲下降时间(4)脉冲宽度脉冲宽度 (5)脉冲周期脉冲周期(6)占空比占空比 在数字系统中，常用以下两种方法产在数字

3、系统中，常用以下两种方法产 生所需要的脉冲信号：生所需要的脉冲信号： （1）利用振荡器直接产生所需要的脉）利用振荡器直接产生所需要的脉 冲波形。能够自动产生脉冲信号的电路称冲波形。能够自动产生脉冲信号的电路称 为多谐振荡电路或多谐振荡器。为多谐振荡电路或多谐振荡器。 （2）利用变换电路将已有的性能不符）利用变换电路将已有的性能不符 和要求的脉冲信号变换为符合要求矩形脉和要求的脉冲信号变换为符合要求矩形脉 冲信号。其变换电路本身不能产生脉冲信冲信号。其变换电路本身不能产生脉冲信 号，只能起到波形变换作用，变换电路也号，只能起到波形变换作用，变换电路也 称为整形电路。称为整形电路。 这类电路包括单

4、态触发器和施密特触这类电路包括单态触发器和施密特触 发器。发器。 由门电路组成的多谐振荡器的特点：由门电路组成的多谐振荡器的特点： （1）电路中含有开关器件，用于产生）电路中含有开关器件，用于产生 高、低电平。高、低电平。 （2）具有反馈网络，将输出电压恰当）具有反馈网络，将输出电压恰当 的反馈给开关器件使之改变输出状态。的反馈给开关器件使之改变输出状态。 （3）有延迟环节，获得所需要的振荡）有延迟环节，获得所需要的振荡 频率。频率。 一种由一种由CMOS门电路组成的多谐振荡门电路组成的多谐振荡 器如图器如图6-2所示。所示。 其原理图和工作波形图分别如图其原理图和工作波形图分别如图6-3 （

5、a）、（）、（b）所示。）所示。 根据以上分析所得电路在状态转换时根据以上分析所得电路在状态转换时 的几个特征值，可以计算出图的几个特征值，可以计算出图6-3(b)中的周中的周 期值。期值。 为得到频率稳定性很高的脉冲波形，为得到频率稳定性很高的脉冲波形， 多采用由石英晶体振荡器。多采用由石英晶体振荡器。 石英晶体的电路符号和阻抗频率响应石英晶体的电路符号和阻抗频率响应 如图如图6-4所示。所示。 由阻抗频率响应可知，石英晶体的选由阻抗频率响应可知，石英晶体的选 频特性非常好。频特性非常好。 用石英晶体组成的多谐振荡器分为串用石英晶体组成的多谐振荡器分为串 联型和并联型两种形式。联型和并联型两

6、种形式。 串联型石英晶体振荡器电路如图串联型石英晶体振荡器电路如图6-5所所 示。示。 并联型石英晶体振荡器如图并联型石英晶体振荡器如图6-6所示。所示。 图图6-7所示是用所示是用CMOS门电路和门电路和RC微微 分电路构成的微分型单稳态触发器。分电路构成的微分型单稳态触发器。 (1)工作原理工作原理 稳态稳态 暂态暂态 由暂态自动返回稳态由暂态自动返回稳态 (2)参数估算参数估算 输出脉冲幅度输出脉冲幅度 输出脉冲宽度输出脉冲宽度 恢复时间恢复时间 分辨时间分辨时间 以以CMOS或非门组成的为例，两个门或非门组成的为例，两个门 之间由积分电路耦合的单稳态电路叫积分之间由积分电路耦合的单稳态

7、电路叫积分 型单稳态触发器，如图型单稳态触发器，如图6-8所示。所示。 (1)工作原理工作原理 稳态稳态 暂态暂态 由暂态返回稳态由暂态返回稳态 (2)输出脉冲宽度输出脉冲宽度 由图由图6-9的波形图可知，输出脉冲宽度的波形图可知，输出脉冲宽度 为：为： 1212 1212 ( )(0)0 lnlnln2 0.7 ( )( ) DD W WthDD uuU tRCRCRCRC u tuUU 图图6-10所示为所示为TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74LSl21的简化逻辑结构。的简化逻辑结构。 图图6-11所示是所示是74LSl21符号。符号。 电路由触发输入级、窄脉冲形成电路、电路由触

8、发输入级、窄脉冲形成电路、 微分单稳态触发器和输出级微分单稳态触发器和输出级4部分组成。部分组成。 74LSl21的的3个输入端个输入端 均可输入均可输入 触发信号，触发信号，B是正极性触发输入端，是正极性触发输入端， 是负极性触发输入端。当触发脉冲到来时，是负极性触发输入端。当触发脉冲到来时， 点将产生正跳变变为高电平，点将产生正跳变变为高电平，G5使门输使门输 出也跳变为高电平。出也跳变为高电平。 12 BA A、 、 12 A A、 门电路构成的施密特触发门电路构成的施密特触发 器器 图图6-12(a)给出了由两级给出了由两级CMOS反相器反相器 组成的施密特触发器。图组成的施密特触发器

9、。图6-12(b)为施密特为施密特 触发器逻辑符号。触发器逻辑符号。 电路有如下正反馈过程发生电路有如下正反馈过程发生 ： 电路有如下正反馈过程发生电路有如下正反馈过程发生 ： 典型的典型的TTL集成施密特触发器是集成施密特触发器是 CT7413，包含两个四输入与非凡每个与非，包含两个四输入与非凡每个与非 门电路由四输入二极管与门、施密特电路、门电路由四输入二极管与门、施密特电路、 电平偏移电路和推拉输出反相器四部分组电平偏移电路和推拉输出反相器四部分组 成。成。 由于这一电路的输入附加了与逻辑功由于这一电路的输入附加了与逻辑功 能，在电路的输出附加了反相的逻辑功能，能，在电路的输出附加了反相

10、的逻辑功能， 所以它又称为施密特触发的与非门。所以它又称为施密特触发的与非门。 TTL集成施密特触发器集成施密特触发器CT7413的符号的符号 及其电压传输特性曲线如图及其电压传输特性曲线如图6-13所示。所示。 电路组成电路组成 图图6-14为为555定时器的电气原理图和电定时器的电气原理图和电 路符号，其由五个部分组成：路符号，其由五个部分组成： （1）由三个阻值为）由三个阻值为5k的电阻组成的的电阻组成的 分压器；分压器； （2）两个电压比较器）两个电压比较器 （3）基本）基本RS触发器触发器 （4）放电三极管）放电三极管T及缓冲器及缓冲器G 4 由电路框图和功能表可以得出如下结由电路框图和功能表可以得出如下结 论：论： 1.555定时器有两个阈值。定时器有两个阈值。 2.输出端输出端3脚和放电端脚和放电端7脚的状态一致，脚的状态一致， 输出低电平对应放电管饱和，在输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有脚外接有 上拉电阻时，上拉电阻时，7脚为低电平。输