第10章 脉冲波形的产生与整形

1、1第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.1 概述概述10.2 施密特触发器施密特触发器 （特点及其应用）（特点及其应用）10.3 单稳态触发器单稳态触发器 （特点及其应用）（特点及其应用）10.4 多谐振荡器（特点及其应用）多谐振荡器（特点及其应用）10.5 555定时器及其应用定时器及其应用*2获取矩形脉冲波形的途径有两种：获取矩形脉冲波形的途径有两种：1、脉冲波形发生电路：脉冲波形发生电路：利用多谐振荡器直接产生。利用多谐振荡器直接产生。2、脉冲波形整形电路：脉冲波形整形电路：利用整形电路把周期性变化的利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲。波形变换为

2、符合要求的矩形脉冲。在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作。关系到系统能否正常的工作。为了定量描述矩形脉冲的特性，给出几个主要参数为了定量描述矩形脉冲的特性，给出几个主要参数:10.1 概述概述3描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数: 脉冲周期脉冲周期 T脉冲幅度脉冲幅度 Vm上升时间上升时间 tr占空比占空比 q=tw/T脉冲频率脉冲频率 f=1/T脉冲宽度脉冲宽度 tw下降时间下降时间 tf4特点：特点：1

3、、输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换时对应、输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换时对应的输入电平不同。的输入电平不同。10.2 施密特触发器施密特触发器（常用的一种脉冲整形电路）（常用的一种脉冲整形电路）VT+VT-0vIvO（VT+VT-）应用：应用： 常用于波形变换、常用于波形变换、鉴幅鉴幅和脉冲整形。和脉冲整形。2、电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。、电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。符号：符号：施密特传输门施密特传输门施密特与非门施密特与非门施密特非门施密特非门510.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器将两级反相器串接起来

4、，同时通过分压电阻把输出端将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，即构成施密特触发器。的电压反馈到输入端，即构成施密特触发器。G1，G2为为CMOS反相器。反相器。VI=0时，时，VO=VOL 0，VA 0电路：电路：符号：符号：21210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且，1、当、当VI从从0逐渐升高到使得逐渐升高到使得VA VTH时，时，电路发生正反馈，如图所示电路发生正反馈，如图所示:VAVoVo1正向阈值电压正向阈值电压VT+ ： VI上升过程中电路状态发生转换时对应上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即的输入电平。即VA = VTH时的时的VI=

5、VT+电路状态迅速转换为电路状态迅速转换为Vo=VOH VDD0,0 OIVV OIAVVRRRV 212 TVRRR212THVTHTVRRRV221 THVRR 211VT+VTH021RRII 0, OTHATIVVVVVVAVoVo12、当、当VI从从VDD逐渐下降到使得逐渐下降到使得VA VTH时时,电路发生正反馈电路发生正反馈,如图所示如图所示:电路状态迅速转换为电路状态迅速转换为Vo=VOL 0负向阈值电压负向阈值电压VT- ： VI下降过程中电路状态发生转换时对应下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即的输入电平。即VA = VTH时的时的VI=VT-VT-VTHVDDD

6、DODDIVVVV ,21RRII 21RVVRVVTHDDTTH 22RVVTHTH THTTHVRVRVR122 THTVRRRV212 2RVTH THVRR 211DDOTHATIVVVVVV ,8电压传输特性曲线：电压传输特性曲线：回差电压回差电压 VT=VT+ VT-负向阈值电压负向阈值电压VT-正向阈值电压正向阈值电压VT+THTVRRV 211THTVRRV 211THTVRRV212 以以V0 作输出端作输出端反相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器同相输出的施密特触发器同相输出的施密特触发器VT+VT-0vIvOTHVRR212VT+VT-0vIvOTHVRR21291

7、0.2.3施密特触发电路的应用施密特触发电路的应用1.波形变换波形变换: 将边沿变化缓慢将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。很陡的矩形脉冲信号。2.脉冲鉴幅：脉冲鉴幅： 可在输入的一系可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于幅度大于VT+的脉冲输出。的脉冲输出。10.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器( (略略) )103.脉冲整形：脉冲整形： 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，可通过波形畸变，可通过施密特触发电路整形成矩形脉冲。施密特触发电路整形成矩形脉冲。1

8、110.3 单稳态触发器单稳态触发器 特点：特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。发脉冲的宽度和幅度无关。 单稳态触发器被广泛用于单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、延时脉冲整形、延时（产生滞后于（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及

9、触发脉冲的输出脉冲）以及定时定时（产生固定时间宽度的脉冲（产生固定时间宽度的脉冲信号）等信号）等单稳态触发器的暂稳态通常是靠单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过电路的充、放电过程来维持的。根据程来维持的。根据RC电路的不同接法，分为微分型和积分电路的不同接法，分为微分型和积分型两种型两种.应用：应用：一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器: 采用采用CMOS门电路和门电路和RC微分电路微分电路稳态稳态: V0=0暂稳态暂稳态: V0=1上升沿触发上升沿触发DDTHOLDDOHVVVVV210,上无电压；稳态下：CVVVVVVVDDOODDIdI),( ,12000 O2I1O

10、dIVVVV,V加加触触发发信信号号开开始始充充电电电电路路迅迅速速进进入入暂暂稳稳态态C,0V,1V1OO 1OO2I2ITH2IVVVV,VV又又引引起起正正反反馈馈时时充充电电至至放放电电，恢恢复复稳稳态态。电电路路迅迅速速返返回回稳稳态态C,VV,0VDD1OO 13输出脉冲幅度：输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOL VDD输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：THCCCwV)(V)0(V)(VRClnt THDDDDVV0VlnRC RC7 . 0RC2ln 工作波形工作波形14；稳稳态态下下：OHAOH1OOIVV),VV(, 1V,0V 开始放电；开始放电；进入暂稳态，进入暂稳态，后，后，C

11、,0V,0VV1OOI 返回稳态；返回稳态；后，后，当放至当放至, 1VVVOTHA 恢复初始态；恢复初始态；重新充电至重新充电至后，后，,VCVOHI 二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器: 采用采用TTL门电路门电路稳态稳态: V0=1暂稳态暂稳态: V0=0上升沿触发上升沿触发THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(015单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1. 延时与定时延时与定时图中，图中，vO1 的下降沿比的下降沿比vI的的触发沿滞后了时间触发沿滞后了时间tW。当当vO1=1时，与门打开，时，与门打开，vO= vF。当。当vO1=0时，与门时，与门关闭，关

12、闭，vO为低电平。显为低电平。显然与门打开的时间是恒然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输定不变的，就是单稳输出脉冲出脉冲vO1的宽度的宽度tW。（2）定时）定时（1）延时）延时tWvIvO1vFvO单稳单稳1vIOv单稳单稳1vIOvO1vIvOvo1单稳单稳与门与门vF16 2. 整形整形单稳态触发器能够把单稳态触发器能够把不规则的输入信号不规则的输入信号vI 整形整形成为幅度和宽度都相同的成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，态电路输出的高、低电平，宽度宽度tW决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。IvtWOvtV

13、i0tVo0单稳单稳1vIOvOtW1710.4 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器。在接通电源以后不多谐振荡器是一种自激振荡器。在接通电源以后不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以又把由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。矩形波振荡器称为多谐振荡器。10.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器1810.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器10.4.3 环形振荡器环形振荡器利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接构成。利用门电路的传输延迟时间将奇

14、数个反相器首尾相接构成。实用的环形振荡器实用的环形振荡器获获得得更更大大延延迟迟。积积分分环环节节增增加加,RC1910.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器10.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器振荡器的频率稳定性高振荡器的频率稳定性高20555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字 模拟混合集成模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555、556，CMOS型产品型号最后数码为型产品型号最后数码为75

15、55、7556。10.5 555 定时器及其应用定时器及其应用10.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型双极型555定时器的电源电压定时器的电源电压:516V .最大负载电流：最大负载电流：200mA。CMOS型型7555定时器的电源电压定时器的电源电压:318V .最大负载电流：最大负载电流：4mA。21C1, C2为比较器，为比较器，V+V-时，时，VC=1；V+VRI时，时，VC1=0VI1VRI时，时，VC1=1VI2VR2时，时，VC2=1VO=QVO=0

16、时，时，TD导通导通VCO外接固定电压则外接固定电压则VR1=VCO， VR2=VCO/2VCO为参考电压，为参考电压， VCO悬空时，悬空时，VR1=2VCC/3 ， VR2=VCC/3TD为集电极开路的放电三极管为集电极开路的放电三极管22CB555的的功能表：功能表：输入输入输出输出RDVI1RVI2S VOTD状态状态2Vcc/31Vcc/301101100低低导通导通低低导通导通不变不变不变不变高高截止截止高高截止截止12VCC/3VCC/31VCC/312VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3低低导通导通VCC/3不变不变不变不变2VCC/32VCC/3VCC/3高高截止截止

17、逻辑逻辑功能：功能：2410.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器0.01 F为滤波电容，提高为滤波电容，提高VR1和和VR2的稳定性。的稳定性。IvVCC0.01 F25 VT=VT+-VT- =VCC/3VIVOVCC/3高高VCC/3 VI 2VCC/3低低VT-VT+输输 入入输输 出出VI1VI2VOTD状态状态2VCC/3VCC/3低低导通导通VCC/3不变不变不变不变2VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3高高截止截止2VCC/3VCC/3不变不变不变不变2VCC/3低低导通导通VI1VI2VOTD状态状态2VCC/3VCC/3低低导通导通VCC/

18、3不变不变不变不变2VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3高高截止截止2VCC/3VCC/3不变不变不变不变2VCC/3低低导通导通负脉冲触发负脉冲触发输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间。输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间。tWtWVCC0.01 FvIC3lnRC 2810.5.4 用用555定时器接成多谐振荡器定时器接成多谐振荡器vIVCC0.01 FCR1R2充电：充电：R1、R2、C放电：放电：R2、C29VI (VC)VOTD状态状态VCC/3高高截止截止VCC/3 VI 2VCC/3低低导通导通充电：充电：R1、R2、C放电：放电：R2、CVCC0.01 FCR1R230参数计算参数计算（1）电容充电时间）电容充电时间T1：CRRCRRVVVVCRRTTCCTCC)(7 . 02ln)(ln)(2121211 （2） 电容放电时间电容放电时间T2T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比）输出波形占空比qCRRTf)2( 7 . 01121 212112RRRRTTq （4）