fl10脉冲波形的产生和整形

第十章脉冲波形的产生和整形概述1施密特触发器2单稳态触发器3多谐振荡器4555定时器510.1概述一、脉冲信号

脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。(a)矩形波(b)方波(c)尖脉冲(d)锯齿波10.1概述

在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①脉冲产生电路直接产生；②利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路——单稳态触发器施密特触发器；脉冲产生电路——多谐振荡器；多用途的定时电路——555定时器。10.1概述二、脉冲信号的参数trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脉冲信号的主要参数脉冲幅度脉冲周期脉冲宽度上升时间下降时间占空比D－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，D＝tW/T

。施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。工作特性：①具有两个稳态；②属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；③输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。uo0U－U+uI电压传输特性①输入信号上升时对应的转换电平U+

，称为正向阈值电压；②输入信号下降时对应的转换电平U－

，称为负向阈值电压；③差值ΔU＝U+－U-，称为回差电压。10.2施密特触发器G1、G2的VTH≈1/2VDDR1<R2当vI=0时vO=vOL

≈0,当vI从0逐渐升高并达到v'I

=VTH时，G1进入转折区。VTHVT+电路状态迅速转换为vO=vOH

≈VDD。1.用门电路组成的施密特触发器用CMOS反相器构成的施密特触发器VDDVTHVT+得正向阈值电压：VDD当vI从高电平逐渐下降并达到v'I

=VTH时，v'I的下降引发又一个正反馈过程。VTHVT-电路的状态迅速转换为vO=vOL

≈0。0VTHVT-VDD得负向阈值电压：已得知正向阈值电压：电压传输特性通过改变R1和R2的比值可以调节VT+、VT-和回差电压的大小。但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。(a)同相输出(b)反相输出2.集成施密特触发器带与非功能的TTL集成施密特触发器3、施密特触发器的应用1.波形变换

施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。2.波形整形

施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)

从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向阈值电压U+的输入脉冲，即对幅度进行鉴别。3.幅度鉴别uIU+U-t0uo0t同向输出施密特触发器4.构成多谐振荡器工作原理：电容上初始电压为零，即uI＝0，则uO＝1，并经R向C充电，当充至uI＝U+时，输出翻转uO＝0。电容C又经R进行放电，当放电至uI＝U-时，输出翻转uO＝1。单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路，简称单稳。由外界触发自动返回稳定状态稳定状态暂稳态恢复期工作特性：①它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；②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；③暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。10.3单稳态触发器

微分型单稳态触发器1.电路结构CMOS或非门--RC微分电路VDDvO1vOvIRC微分型单稳态触发器G1vdCdRdG2vI22.工作原理当触发脉冲vI加到输入端时，在微分电路输出端得到很窄的正负脉冲vd，当vd上升到VTH以后，将引发如下的正反馈过程vdvO1vI2vO使vO1迅速跳变为低电平。VDDvO1vOvIRC微分型单稳态触发器G1vdCdRdG2vI2192.工作原理vI2同时跳变至低电平，并使vO跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使vd回到低电平，vO

的高电平仍将维持。同时，电容C开始充电。vI2逐渐升高，当升至vI2=VTH时，又引发另外一个正反馈过程vOvI2vO1VDDvO1vOvIRC微分型单稳态触发器G1vdCdRdG2vI22.工作原理如果这时触发脉冲已消失（vd已回到低电平），则vO1

、vI2迅速跳变为高电平，并使输出返回vO=0的状态。同时，电容C通过电阻R和门G2的输入保护电路向VDD放电，直至电容上的电压为0，电路恢复到稳定状态。VDDvO1vOvIRC微分型单稳态触发器G1vdCdRdG2vI2vItttttOOOOOvdvO1vOvI2VTHtWtW输出脉冲的幅度分辨时间td是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔。恢复时间CMOS积分型单稳态触发器1.电路结构积分型延时环节CMOS或非门A+VDDvO1vOvIRC+CMOS积分型单稳态触发器2.工作原理vI

≈

UDD（为“1”），vO1

≈0V（为“0”），vA

为“0”，输出vO

为“0”。稳定状态“1”“0”A+VDDvO1vOvIRC+CMOS积分型单稳态触发器vIOtvOOtvO1OtvAOt暂稳态vI=0vO1=1C放电vO=1VDD

UTH

恢复vI=1vO1=0C充电vO=0Ttp要求T>tp稳态暂稳态A+VDDvO1vOvIRC+要求T>tp的原因vIOtvOOtvO1OtvAOtVDD

UTH

若不满足T>tp，则：vO随着vI的变化而变化。A+VDDvO1vOvIRC+vOOtvAOtUTH

tp暂稳态状态持续时间

集成单稳态触发器1634759101114输入输出0×101×0101××00111×01111110××0集成单稳态触发器74121的功能表集成单稳态触发器74121的外部连接方法16347591011141使用外接电阻Rext(下降沿触发）1634759101114使用内部电阻Rint(上升沿触发）单稳态触发器的应用1.脉冲整形IutWOu

单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。单稳态触发器的整形波形2.脉冲延时

脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）单稳态触发器的延时波形3.定时

由于单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形10.4多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路。工作特性：①无稳态，具有两个暂稳态；②自激振荡器－－在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；③矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波－－故称为多谐振荡器。自动触发自动返回暂稳态0暂稳态1暂稳态0

对称式多谐振荡器假定由于某种原因使vI1

有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程使vO1

迅速跳变为低电平、vO2

迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。同时电容C1

开始充电而C2

开始放电。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO1vI1vO2vI2C1

充电速度较快，vI2

首先上升到G2的阈值电压VTH

，并引起如下的正反馈过程使vO2

迅速跳变至低电平、vO1

迅速跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态。同时电容C2

开始充电而C1

开始放电。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO2vI2vO1vI1vO2OtvI2OtOtvO1vI1OtVTHVTH在RF1=RF2=RF、

C1=C2=C的条件下，VIKVIKRC环形多谐振荡器vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假设vI1=0则vI2=1vO2=0vI3

跃变为1vO=0RSG1G2G3RvI3vI2vI1vO2CvORRSR1vOL2vIH2VCCCvI3RvOL2vIH2CvI3vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假设vI1=0则vI2=1vO2=0vI3

跃变为1vO=0电容C放电vI3

电位下降RSG1G2