数字电路与逻辑设计基础第8章-脉冲波形的产生和整形课件

1、第8章 脉冲波形的产生与整形本章要点 本章将介绍常用的脉冲波形产生与整形电路施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。重点介绍这三种电路的功能、电路组成、工作原理、主要参数和应用。你知道吗？ 现代电子系统常常需要不同幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，如时序逻辑电路中的时钟信号等等。获取脉冲信号的方法通常有两种：一种是直接产生，一种是利用已有的信号变换得到。8.1 概述 脉冲信号：凡是不具有连续正弦波形状的信号，通称为脉冲信号。 常见的脉冲信号波形 数字电路最常用的脉冲信号就是矩形脉冲。例如时钟信号(CLK)就是一种典型的矩形波信号，它在时序电路中协调各种功能部件的工作。 脉冲周期T：周期性重

2、复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。 描述矩形脉冲信号的参数： 矩形脉冲信号脉冲频率f：单位时间内的脉冲重复次数 。脉冲幅值Vm ：脉冲电压变化的最大幅度 。脉冲宽度tw ：从脉冲前沿到达0.5Vm起，到脉冲后沿到达0.5Vm为止的一段时间 。上升时间tr ：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。下降时间tf ：脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要时间 。占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即 q= tw / T。 获得脉冲信号的方法通常有2种：1）利用多谐振荡器直接产生所需的脉冲信号；2）通过脉冲整形电路变换成所需的脉冲信号。1. 施密特触发器（Schmitt

3、 Trigger）的特点： 施密特触发器输出有两种稳定状态0态和1态； 施密特触发器采用电平触发，即它输出是高电平还是低电平都取决于输入信号的电平； 对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平VT+ 和VT- 。当输入信号电压上升时，与VT+比较，若输入信号大于VT+，输出状态翻转；当输入信号电压下降时，与VT-比较，当输入信号小于VT-，输出状态翻转。这是与普通比较器的区别。8.2 集成门电路组成的脉冲单元电路8.2.1 由门电路组成的施密特触发器及集成的施密特触发器 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。 施密特触发器分同相施密特触发器和反相施密特

4、触发器两种 ：同相施密特触发器 反相施密特触发器 施密特触发器主要参数：上限阈值电压VT+：输入信号电压vI上升过程中，输出电压vO状态翻转时，所对应的输入电压值。下限阈值电压 上限阈值电压 下限阈值电压VT-：输入信号电压vI下降过程中，输出电压vO状态翻转时，所对应的输入电压值。回差电压UT：VT和VT-之间的差值 ，即UT =VT+-VT-两次触发电平的不一致性称为施密特触发器的回差特性，又叫滞迟特性，这是施密特触发器最重要的电气特性。由于施密特触发器具有回差特性，与电压比较器相比，施密特触发器具有较强的抗干扰能力。施密特触发器的回差电压越大，电路的抗干扰能力也越强，但灵敏度会相应降低。

5、 2. 用门电路组成的施密特触发器的工作原理： 图8-4 两级CMOS反相器构成的施密特触发器 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，就构成了图8-4所示的施密特触发器电路。设反相器G1和G2均为CMOS门，其阈值电压为VTH VDD/2，输出高低电平分别为VOH VDD， VOL0，且R1 R2工作原理由叠加原理：当vI0时， vo1VOH ， vo VOL0V，此时G1门的输入电压为 0V。当输入信号vI从0V逐渐升高时，G1门的输入电压 也相应升高，但只要 VTH时，电路状态维持在voVOH VDD不变。当vI从高电平VDD逐渐下降到 VDD/2，电路的输出保

6、持vO1 0V、vOVDD不变。而当 VDD/2 时，电路又将又将引发如下正反馈过程，即电路的状态迅速转换为vO =VOL 0V下限阈值电压：当vI继续下降时，只要 时，电路输出保持稳态不变，即vO1VDD， vO0V。电路的回差电压为：回差电压可通过调节R1、R2而改变，且满足条件R1V- 时，其输出为高电平；反之，当 V+V- 时，其输出为低电平。逻辑符号 （2）分压器 由3个阻值为5k的电阻串联构成分压器，C1和C2提供参考电压VR1和VR2。当5脚不外接电压时，为 若引脚5外接固定电压VDD时，为注意：当引脚5不加控制电压时，一般不可悬空，可通过一个小电容（如0.01F0.1F）接地，

7、以防止旁路高频干扰。 （3）基本RS触发器 由与非门Gl和G2构成SR锁存器，它的状态由两个电压比较器的输出来控制。其中，RD是专门设置的可从外部直接异步置0复位端，低电平有效。 （4）泄放三极管 三极管TD是集电极开路输出三极管，为外接电容提供充、放电回路，称为泄放三极管。G3门输出1时TD导通；反之TD截止。 （5）反相器 反相器G4为输出缓冲反相器，提高带负载能力；同时还可隔离负载对定时器的影响，起整形作用。1接地端，GND；各管脚功能 ：2低电平触发端，TR；3输出端，OUTPUT，输出电流可达200mA；4复位端，RD；5压控端，CO；6高电平触发端，TH；7放电端，DIS；8电源端

8、，VCC，范围为4.518V；功能表 工作原理 ：当RD为高电平时 当vI1VR1且vI2VR2时，C1的输出”0”，C2的输出”1”，SR锁存器Q = 0，TD导通，输出为低电平；当vI1VR2时，C1和C2的输出均为”1”，SR锁存器保持状态不变，故TD和输出的状态也均不变；当vI1VR1且vI2 VR1且vI2VR2时，C1和C2的输出均为”0”，SR锁存器Q = Q=1，TD截止，输出为高电平；628.3.2 555定时器构成的施密特触发器 555定时器构成的施密特触发器电路 构成： 2脚和6脚连一起接输入信号vI； 4脚和8脚连一起接电源电压VCC； 5脚通过0.01F的电容和1脚一

9、起接地； 7脚悬空，3脚输出。vIVCC/3工作原理： 输入信号vI从0逐渐升高的过程： 输出高电平VCC/3vI2VCC/3输出低电平VCC/32VCC/3上限阈值电压为电压传输特性 输入信号vI从vI 2VCC/3逐渐下降的过程： 输出低电平vI2VCC/3VCC/3vI2VCC/3保持低电平输出高电平vIVCC/3VCC/32VCC/301导通放电2VCC/3保持稳态时6脚为低vI为高电平，大于VCC/3 vI下降沿触发，电路由稳态(6脚为低)转入暂稳态： vI为低电平，小于VCC/301充电电路进入暂态波形图 VCC/32VCC/3VCC/31导通02VCC/30典型应用电路：延迟时间

10、为：光控照明灯电路15326784CB555Fm01.0VccKR12.2k10kK1EL220VC1C2VDR2R3VLVTL12MFm7.4R42.2k【例1】鱼缸水温自动加热电路如图所示，RT是正温度系数热敏电阻器。用555定时器构成的单稳态触发器，设定加热时间为11s，试分析该电路的工作原理以及给出R和C的设计值。鱼缸自动加热电路解：正常温度，RT较大，2脚输入高电平，3脚输出低电平；水温下降，RT减小，2脚输入低电平，3脚输出高电平，VL亮，K线圈通电，触点K1闭合，加热；经过tW=11s时间，3脚输出低电平，线圈断电，触点K1断开，停止加热。由选R =1M， C =10F8.3.4

11、 555定时器构成的多谐振荡器 555定时器构成的多谐振荡器电路构成： 2脚和6脚接在一起与电容、电阻相接； 4脚和8脚连一起接电源电压VCC； 5脚通过0.01F的电容和1脚一起接地； 7脚与电阻相接，3脚输出。工作原理：首次充电过程，设vC=00充电1输出高电平充电至2VCC/30截止0导通1放电至VCC/3放电过程再充电过程1电路就在VCC/3和2VCC/3之间不停的进行充电和放电，在输出端产生周期性的矩形波。 参数估算： 电路的振荡周期为 振荡频率为 注意：通过改变电阻R1 、R2和电容C的大小就可以改变振荡的频率。用CB555组成的多谐振荡器最高振荡频率约500kHz。输出脉冲的占空比 电路输出脉冲的占空比始终大于50% 占空比可调的多谐振荡器电容充电回路电容放电回路3脚输出方波脉冲占空比q的调节范围 注意：R1和 R2取值越小，占空比调节范围越大。但R1和 R2不能取消。若电位器RP旋到最左或最右的极端位置时，忽略二极管VD的正向导通电阻，理论上占空比可从0调至100%，但事实上电路会停振。