第9章 脉冲的产生与整形

第9章脉冲波形的变换与产生电子技术基础（数字部分）9.1单稳态触发器9.2施密特触发器9.3多器谐振荡9.4555定时器及其应用9脉冲波形的变换与产生4、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。2、理解多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能及主要指标计算。3、掌握555定时器的工作原理。本章学习要求9脉冲波形的变换与产生9.1单稳态触发器9.1.1用门电路组成的微分型单稳态触发器9.1.2集成单稳态触发器9.1.3单稳态触发器的应用①电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作特点：②在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;③由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与RC参数值有关。9.1单稳态触发器

门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同单稳态触发器的分类工作特点划分9.1单稳态触发器9.1.1用CMOS门电路组成的单稳态触发器1.电路组成及工作原理CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器稳态为1正脉冲触发稳态为0负脉冲触发

9.1单稳态触发器1.电路组成及工作原理9.1.1用CMOS门电路组成的单稳态触发器9.1单稳态触发器电路处于一种稳态：00110o=0c=0a)没有触发信号时，I=0设定CMOS反相器的阈值电压b)外加触发信号dd=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

0o=1电路进入暂稳态电容充电I2109.1.1用CMOS门电路组成的单稳态触发器c)电容充电,电路由暂稳态自动返回到稳态01I2I2=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

1o=0电容放电c=0vo2¯­vO1­vR­

vO11

vO

vI2

0

t

t

t

0

VTH

VDD

t1

t2

0

tw以t1作为时间起点，则有：（1）输出脉冲宽度tw2、主要参数的计算9.1.1用CMOS门电路组成的单稳态触发器t1t2（1）输出脉冲宽度tw2、主要参数的计算9.1.1用CMOS门电路组成的单稳态触发器t1t2(2)恢复时间tretre3

(3)最高工作频率fmax

9.1.2集成单稳态触发器vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发触发信号控制电路微分型单稳触发器电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容输出缓冲电路1.不可重复触发的集成单稳态触发器741219.1.2集成单稳态触发器VCCCextRext/CextA1A2BQCRext74121RintVCCGNDQ1011914761345(a)使用外接电阻Rext的电路连接VCCCextRext/CextA1A2BQC74121RintVCCGNDQ1011914761345(b)使用内部电阻Rint的电路连接1.不可重复触发的集成单稳态触发器741219.1.2集成单稳态触发器输出脉冲宽度：tw≈0.7RC电路的不可重复触发特性1）工作原理在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在此期间关闭，不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态:Q=1Q=010001.不可重复触发的集成单稳态触发器741219.1.2集成单稳态触发器74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，在B端有上升沿时电路被触发B

为高电平，A1、A2、中有一个或两个有下降沿时电路被触发9.1.2集成单稳态触发器2）逻辑功能1.不可重复触发的集成单稳态触发器7412174121的工作波形1.不可重复触发的集成单稳态触发器741219.1.2集成单稳态触发器TR+TR−RDQQ2、可重复触发的集成单稳态触发器9.1.2集成单稳态触发器MC14528的逻辑图MC14528功能表输出清除禁止禁止单稳单稳HHHLLL××L↑L×H×H↓L××HHQQTR−TR+RD功能输入2、可重复触发的集成单稳态触发器9.1.2集成单稳态触发器9.1.3单稳态触发器的应用1.定时

2.延时9.1.3单稳态触发器的应用3.组成噪声消除电路单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。如用I作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入,就会造成计数错误.9.1.3单稳态触发器的应用9.2施密特触发器9.2.1用门电路组成的施密特触发器9.2.2集成施密特触发器9.2.3施密特触发器的应用9.2施密特触发器1、施密特触发器的电压传输特性及工作特点①施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。②电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（VT-）。同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-vI

1、电路组成2、工作原理9.2.1用门电路组成的施密特触发器I1R1<R2I为三角波假定：(a)电路(b)工作波形VT+VT−tt00vIvO1009.2.1用门电路组成的施密特触发器2、工作原理vI1vI1(b)工作波形VT+VT−tt00vIvO0119.2.1用门电路组成的施密特触发器2、工作原理输入信号上升过程中，使电路的输出电平发生跳变所对应的输入电压称为正向阈值电压。VT+VT−tt00vI1vIvO1009.2.1用门电路组成的施密特触发器2、工作原理输入信号下降过程中，使电路的输出电平发生跳变所对应的输入电压称为负向阈值电压。施密特触发器的回差电压为：ΔVT＝VT＋－VT－＝(1+R1/R2)Vth－(1−R1/R2)Vth

≈2VthR1/R2改变R1/R2就可以调整回差电压的大小。9.2.1用门电路组成的施密特触发器3、工作波形和电压传输特性9.2.1用门电路组成的施密特触发器9.2.2集成施密特触发器

由于集成电路内部器件参数差异较大，电路的VT＋和VT－的数值有差异，不同的VDD有不同的VT＋和VT－值，即使VDD相同，不同的器件也有不同的VT＋和VT－值。9.2.3施密特触发器的应用1.波形变换VT+VT_vT+vT-2.波形的整形与抗干扰9.2.3施密特触发器的应用波形的整形合理选择回差电压，可消除干扰信号。9.2.3施密特触发器的应用2.波形的整形与抗干扰vovI4.幅度鉴别9.2.3施密特触发器的应用oυI9.3多谐振荡器9.3.1由门电路组成的多谐振荡器9.3.2用施密特触发器构成波形产生电路9.3.3石英晶体振荡器RC延时环节多谐振荡器的基本组成：开关器件（逻辑门、电压比较器等）：产生高、低电平反馈延迟环节（RC电路）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所需脉冲波形输出。9.3多谐振荡器

接通电源后就能产生一定频率的矩形脉冲波或方波的自激振荡电路,常作为脉冲信号源，叫做多谐振荡器，又称为无稳态电路。开关器件9.3.1门电路组成的多谐振荡器

1.电路组成

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VC多谐振荡器υo1与υo反相,电容接在υo与υI之间:2.工作原理假定电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电vCvI=VTH时，vI当迅速使G1导通、G2截止电路进入第二暂态=0vO1=1vO（1）第一暂稳态（初态），合上电源，电容还没来得及充电9.3.1门电路组成的多谐振荡器1010vIVDDVTH0ttvOVDD0（2）由第二暂稳态电容开始放电电容放电vCvIvI当=VTH时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态υO2=0υO1=1

2.工作原理9.3.1门电路组成的多谐振荡器1010

T＝RC1n4≈1.4RC

由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和VTH，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算vI(0+)0；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD；vC()0

=RC,t=t3-t2T2:9.3.1门电路组成的多谐振荡器vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR19.3.2用施密特触发器构成多谐振荡器vI(0+)；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)；vC()0，=RC,t=t2-t1T2:9.3.3石英晶体多谐振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电路符号阻抗频率特性fXfs电感性电容性电容性当f=fs时,电抗X=02、石英晶体振荡器R1和R2:使反相器工作在线性区C1

和C2两个反相器之间耦合电容9.3.3石英晶体多谐振荡器3、双相脉冲产生电路9.3.3石英晶体多谐振荡器AQf1f29.4555定时器及其应用9.4.1555定时器9.4.2用555定时器组成施密特触发器9.4.3用555定时器组成单稳态触发器9.4.4用555定时器组成多谐振荡器1、电路结构9.4.1555定时器基本SR锁存器集电极开路输出三极管输出缓冲反相器低电平复位端0110触发输入端阈值输入端饱和导通＞2VCC/3＞VCC/300011111饱和导通12、工作原理9.4.1555定时器＜2VCC/3＞VCC/31101011饱和导通1状态不变2、工作原理9.4.1555定时器＜2VCC/3＜VCC/31010100截止12、工作原理9.4.1555定时器不变不变1导通01截止11导通00××输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输出输入放电管T9.4.1555定时器3、555定时器功能表9.4.2用555定时器组成施密特触发器vI不变不变1导通01截止11导通00××放电管T输出(VO)复位(RD)触发输入(VI2)阈值输入(VI1)输出输入如何改变电路的阈值电压和回差电压?555构成的施密特触发器的应用①波形变换VT+VT_如何改变占空比?回差电压减小,占空比如何变化?9.4.2用555定时器组成施密特触发器②

波形产生电路(多谐振荡器)555构成的施密特触发器的应用9.4.2用555定时器组成施密特触发器CvovIRvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t9.4.2用555定时器组成施密特触发器CvovIR②

波形产生电路(多谐振荡器)555构成的施密特触发器的应用9.4.3用555定时器组成单稳态触发器1、电路vI②外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1③触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0①没有触发信号时(υi)电路处于稳态，输出为0

13VCC9.4.3用555定时器组成单稳态触发器vItw