第十章波形变换产生电路

1、波形变换电路波形变换电路: :多谐振荡器多谐振荡器; ;施密特触发器施密特触发器; ; 单稳态触发器单稳态触发器; ;波形产生电路波形产生电路: :第十章第十章 波形变换、产生电路波形变换、产生电路 引引言言 什么是信号什么是信号 波形？波形？在数字系统中，主要使用信号是矩形波。不同的电路所需要在数字系统中，主要使用信号是矩形波。不同的电路所需要的信号形式可能不同，常常需要对波形进行的信号形式可能不同，常常需要对波形进行“整形整形”，即波，即波形变换，以适应各电路的需求。形变换，以适应各电路的需求。整形是改变波形的幅度、周期、脉冲宽度、边沿时间等参数。整形是改变波形的幅度、周期、脉冲宽度、边沿

2、时间等参数。什么是波形的整形？什么是波形的整形？什么是波形的产生？什么是波形的产生？在数字系统中，特别是同步系统，还需同步时钟信号。用信在数字系统中，特别是同步系统，还需同步时钟信号。用信号源产生固定频率的矩形脉冲信号作为数字系统的同步信号，号源产生固定频率的矩形脉冲信号作为数字系统的同步信号，这种电路是由开关元件和惰性网络组成，称为多谐振荡器。这种电路是由开关元件和惰性网络组成，称为多谐振荡器。第十章第十章 波形变换、产生电路波形变换、产生电路 10.1 10.1 脉冲信号脉冲信号 1 1、脉冲电压幅度脉冲电压幅度V Vmm： 脉冲电压变化的最大范围。脉冲电压变化的最大范围。2 2、脉冲上升

3、时间脉冲上升时间t tr r: : 脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.10.1V Vmm上升到上升到0.90.9V Vmm所需要的时间。所需要的时间。3 3、脉冲下降时间、脉冲下降时间t tr r: : 脉冲下降沿从脉冲下降沿从0.90.9V Vmm下降到下降到0.10.1V Vmm所需要的时间。所需要的时间。4 4、脉冲宽度脉冲宽度t tw w: : 脉冲前后沿在脉冲前后沿在0.50.5V Vmm两点间的时间间隔。两点间的时间间隔。5 5、脉冲周期脉冲周期T T: : 在周期性脉冲序列中，两相邻脉冲间的时间间隔，有在周期性脉冲序列中，两相邻脉冲间的时间间隔，有 时也用频率时也用频率f f=1/=1

4、/T T表示单位时间内脉冲重复的次数。表示单位时间内脉冲重复的次数。6 6、占空比占空比q q: : 脉冲宽度与脉冲周期的比值，即脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q q= =t tw w/ /T T 。10.2 施密特电路施密特电路 10.2.1 用用CMOS门电路组成的施密特电路门电路组成的施密特电路1 1、逻辑电路、逻辑电路2 2、工作原理、工作原理 000（1）VI=0，VI1=0，VO=0（2）VI ，VI1 ，VO=0（3）VI ，VI1 VI1=VthVO=1正向触发正向触发阈值电平阈值电平 TthVRRRVV2121 IthTVRRV)1 (21（4）VDDVth（5）VI ，VI1

5、 ，VO不变不变（6）VI到高电平到高电平VDD ，VI1 ，VO不变不变（7）VI ，VI1 VI1=VthVO=0负向触发负向触发阈值电平阈值电平VT-thTVRRV)1 (21thTVRRV)1 (212121 I)(RRRVVVVVTDDDDththTVRRV)1 (2110.2 施密特电路施密特电路 10.2.1 用用CMOS门电路组成的施密特电路门电路组成的施密特电路thTVRRV)1 (21thTVRRV)1 (21回差电压回差电压thTTTVRRVVV21210.2 施密特电路施密特电路 3 3、电压传输特性、电压传输特性4 4、逻辑符号、逻辑符号同相同相 反相反相 10.2

6、施密特电路施密特电路 10.2.3 集成施密特电路集成施密特电路 CC40106（六反相器）（六反相器） 74LS13；74LS1410.2 施密特电路施密特电路 10.2.4 施密特电路的应用施密特电路的应用 1、波形变换、波形变换2、脉冲波形整形、脉冲波形整形3、电压比较、电压比较4、脉冲幅度甄别、脉冲幅度甄别 绝对阈值电压比较绝对阈值电压比较器，输入电压在临近阈器，输入电压在临近阈值时若存在小幅波动，值时若存在小幅波动，输出会产生输出会产生 振荡；振荡； 用施密特触发器，用施密特触发器，将将VT+ 和和VT-的区间，看的区间，看作为一个阈值电压。可作为一个阈值电压。可避免振荡的发生。避免

7、振荡的发生。10.3 单稳态电路单稳态电路 稳定态稳定态暂稳态暂稳态由外界触发；由外界触发；自动返回自动返回1、电路仅有一个稳态，另一个是暂稳态；、电路仅有一个稳态，另一个是暂稳态；2、在外加触发脉冲作用下，电路从稳态翻转到暂稳态，而暂、在外加触发脉冲作用下，电路从稳态翻转到暂稳态，而暂 稳态不能长久保持，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。稳态不能长久保持，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。3、暂稳态持续的时间取决于电路本身的参数，而与外加触发、暂稳态持续的时间取决于电路本身的参数，而与外加触发信号无关信号无关。10.3.1 单稳态电路的特性单稳态电路的特性 10.3.2 用门电路组成

8、的单稳态电路用门电路组成的单稳态电路 1、微分型单稳态触发器、微分型单稳态触发器 (CMOS) A、在稳态下，在稳态下，vI=0，vI1=0，vO1=1，vO=0， 电容电容C上电压为上电压为0。 B、当当vI 发生正跳变后发生正跳变后, 微分成正微分成正尖脉冲，尖脉冲，vI1 跟着正跳变跟着正跳变; vO1立即立即变为变为0，vO上跳为上跳为1。电路进入暂稳态，同时电容开始充电。电路进入暂稳态，同时电容开始充电。 C、随着充电，随着充电，vR将逐渐下降将逐渐下降D、当降至当降至vR =Vth时，时，vO1将将跳变为跳变为1。 vO立即变为立即变为0 01010110100门输入端保护门输入端

9、保护二极管钳位二极管钳位2/)(, 0)(,)0(DDthWRRDDRVVtVVVVRCRCVVRCtVVVVRCt7 . 02ln00ln)()() 0 ()(lnthDDWRRRRW1、微分型单稳态触发器、微分型单稳态触发器 (CMOS) 10.3 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器的特性单稳态触发器的特性 10.3 单稳态触发器单稳态触发器 10.3.2 用门电路组成的单稳态电路用门电路组成的单稳态电路 2、积分型单稳态触发器、积分型单稳态触发器 (CMOS) page36074LS12110.3.3 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 RCRCt7 . 02lnW1、TTL集成单稳态

10、触发器集成单稳态触发器 BAA)(21 74LS121的逻辑的逻辑符号及两种电路接法符号及两种电路接法 BAA)(21RCRCt7 . 02lnW kR2int(10)(11)(9)BAA)(21(10)(11)(9)表示不是逻辑连接表示不是逻辑连接74LS121 的功能表的功能表 1、TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74LS121功能表功能表74LS121 的工作波形的工作波形 1、TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器 (1) CC14528 逻辑电路逻辑电路 P2002、CMOS集成单稳态触发器集成单稳态触发器 14528; 4098; 4538;)(BA(2) CC14528

11、的逻辑符号及电路接法的逻辑符号及电路接法 10.3.3 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 (3) (3) CC14528 的工作波形的工作波形2、CMOS集成单稳态触发器集成单稳态触发器 1452810.3.4 单稳态电路的应用单稳态电路的应用1、脉冲整形、脉冲整形1、脉冲整形、脉冲整形单稳态触发器消除干扰的电路单稳态触发器消除干扰的电路积分电路积分电路;使使a点电压点电压缓慢上升缓慢上升a10.3.4 单稳态电路的应用单稳态电路的应用2、定时、定时10.3.4 单稳态电路的应用单稳态电路的应用3、产生脉冲信号、产生脉冲信号 (振荡振荡)10.3.4 单稳态电路的应用单稳态电路的应用4、延时电

12、路、延时电路10.3.4 单稳态电路的应用单稳态电路的应用10.4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，是无稳态电多谐振荡器是一种自激振荡器，是无稳态电路，接通电源后，无须外加触发信号，即可自动路，接通电源后，无须外加触发信号，即可自动产生矩形脉冲。产生矩形脉冲。 由于矩形脉冲包含有丰富的谐波分量，所以由于矩形脉冲包含有丰富的谐波分量，所以习惯上将矩形脉冲振荡器称为多谐振荡器。习惯上将矩形脉冲振荡器称为多谐振荡器。 10.4.1 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器 1、环形多谐振荡器、环形多谐振荡器利用门电路的利用门电路的传输延迟时间传输延迟时间来产生矩形脉冲。来产

13、生矩形脉冲。 三个三个TTL反相器传输延迟时间均为反相器传输延迟时间均为tpd。 三级反相器组成的振荡器振荡周期三级反相器组成的振荡器振荡周期: T=23 tpd =6 tpd 将将大于大于1的奇数个的奇数个反相器首尾相连构成闭合环形电路，形成多谐振荡器。反相器首尾相连构成闭合环形电路，形成多谐振荡器。振荡周期为：振荡周期为： T=2n tpd 缺点：缺点： (1)振荡频率高振荡频率高; ; (2)频率不易调节。频率不易调节。增加了增加了RC（积分）定时的环形振荡器（积分）定时的环形振荡器 vo2振荡周期振荡周期: : T=T1+T22RCln32.2RC1、环形多谐振荡器、环形多谐振荡器 R

14、S 保护电阻保护电阻10.4.1 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器 2、非对称式多谐振荡器、非对称式多谐振荡器(CMOS) 1、环形多谐振荡器、环形多谐振荡器 3ln)(ln1RCVVVVVRCTthDDthDDDD3ln0)(0ln2RCVVVRCTththDDT=T1+T2 =2RCln32.2RC aa10.4.1 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器 2、非对称式多谐振荡器、非对称式多谐振荡器 10.4.2 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 1、环形多谐振荡器、环形多谐振荡器 )ln(lnln21TTTDDTDDTTTDDTDDV

15、VVVVVRCVVRCVVVVRCTTT10.4.1 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器 10.4.3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 只允许频率只允许频率为为 fO 的谐波的谐波电抗电抗10.5 555集成定时器集成定时器 555 定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。可以很方便地实现多种脉冲电路的功能电子器件。可以很方便地实现多种脉冲电路的功能. 10.5.1 555 定时器的工作原理定时器的工作原理 1、内部结构、内部结构 电压比较器电压比较器 C1、C2RS 触发器触发器 输出反相缓冲器输出反相缓冲器 置置 0 管

16、管 T0、OC 泄放三极管泄放三极管T1 电阻电阻 R7= R8= R9= 5k #2、工作原理、工作原理A. R7=R8=R9= 5k V VA AV VB B2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCCVA=2/3VCC， VB=1/3VCC。B. 若控制电压输入端有输入电压若控制电压输入端有输入电压VCO ，则，则VA=VCO，vB=VCO /2。 C.10.5.1 555 定时器的工作原理定时器的工作原理 保持保持保持保持00VI2VBVI1VAV VO OS SR RVI2VI1Q1010VI2VBVI1VBVI1VAXX11VI2VAD.T0 为为 PNP 型三极管型三极管10

17、.5.2 555集成定时器的应用举例集成定时器的应用举例 1、用、用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器 tvi0tvo0Vcc/3Vcc/32Vcc/32Vcc/3VA=2/3VCC，VB=1/3VCC。VC2VCC /3稳态时：稳态时： vI =高，所以高，所以S=0，Q=0，Q=1； T1导通，导通，7脚脚= 0 V RCRCVVVRCtCCCCCCW1 . 13ln320ln触发时：触发时： vI =低，所以低，所以 R=0，S=1；Q=1， ； 所以所以T1截止，截止，VC上升上升 VC上升至上升至 时，触发使时，触发使R=1，Q=0， ，T1通，通过通，通过7脚放电至脚放电至VC = 0CCV320Q1Q10.5.2 5