第10章 脉冲波形的产生与整形

第十章脉冲波形的产生和整形获取矩形脉冲波形利用多谐振荡器直接产生利用整形电路把周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲第十章脉冲波形的产生与整形

10.1描述矩形脉冲特性的指标

图6–16描述矩形脉冲特性的指标trtfTWT0.9Um0.5Um0.1UmUm10.2施密特触发器

图10.2.1用门电路组成的施密特触发器G1，G2为CMOS反相器，门电路的阈值电压为：VTH=1/2VDD，且R1<R2VI'Vo1VoVI=0时，VO=VOL0，VI'0当VI从0逐渐升高到使得VI’=VTH时,电路发生正反馈,如图所示:电路状态迅速转换为Vo=VOH

VDDVI'Vo1Vo当VI从0逐渐升高到使得VI

’=VTH时,电路发生正反馈,如图所示:电路状态迅速转换为Vo=VOH

VDD正向阈值电压：VT+

=（1+R1/R2）VTH正向阈值电压：VI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平负向阈值电压：VT-=（1-R1/R2）VTHVI'Vo1Vo当VI从VDD逐渐下降到使得VI

’=VTH时,电路发生正反馈,如图所示:电路状态迅速转换为Vo=VOL0负向阈值电压：VI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平电压传输特性曲线：同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器以V0'作输出端定义回差电压∆VT=VT+—VT-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。回差：例10.2.1在图10.2.1(a)中，如果要求VT+=7.5V，，试求R1、R2和VDD的值。集成施密特触发器

带与非功能的TTL集成施密特触发器施密特触发电路的应用1.波形变换:将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。2.脉冲整形：

在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。3.脉冲鉴幅：

可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。4用施密特触发器构成多谐振荡器图10.4.10电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电容充电。当充至时，输出跳变为低电平，电容C又经R开始放电。对TTL电路，100Ω<R<470Ω10.3单稳态触发器

单稳态触发器的工作特性：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，与触发脉冲的宽度和幅度无关。单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的RC电路可接成两种形式：微分和积分电路形式微分型单稳态触发器:采用CMOS门电路和RC微分电路稳态:暂稳态:图10.3.1微分型单稳态触发器的工作波形图10.3.1充电时的等效电路如下：充电时的等效电路如下：输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOLVDD输出脉冲宽度：恢复时间：Tre=(3~5)RONC分辨时间：Td=tw+Tre积分型单稳态触发器：稳态：VI=0，VO=1暂稳态：VO=0图10.3.3积分型单稳态电路工作波形图：输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOL输出脉冲宽度：恢复时间：Tre=(3~5)(R+RO’)C分辨时间：Td=tTR+Tre10.4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，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。10.4.1对称式多谐振荡器可恰当地选取RF1和RF2的值，使反相器的静态工作点P位于电压传输特性的线性区或转折区，图10.4.11.可恰当地选取RF1和RF2的值，使反相器的静态工作点P位于电压传输特性的线性区或转折区，电源波动和外界干扰使VI1有微小的正跳变，必有如下反馈：使Vo1迅速跳变为低电平，Vo2迅速跳变为高电平，电路进入第1个暂稳态，同时电容C1开始充电，充电速度较快。VI1Vo1VI2Vo2充电回路的等效电压和等效电阻：2.VI2首先上升至G2的阈值电压VTH，并引起如下正反馈,从而使Vo2迅速跳变至低电平而Vo1迅速跳变至高电平，电路进入第二个暂稳态。接着C2开始充电而C1开始放电。VI2Vo2VI1Vo1对称式多谐振荡器周期：

当G1和G2为74LS反相器时，则取VOH=3.4V，V1K=-1V，VTH=1.1V，在RF<<R1的情况下，多谐振荡器的周期为：6.4.2非对称式多谐振荡器图10.4.5

vo2充放电等效电路：电容C充电时间：电容C放电时间：电路的振荡周期：

例10.4.2：在图10.4.6所示的非对称式多谐振荡器电路中，已知G1、G2为CMOS反相器，输出电阻小于200Ω。若VDD=10V，RP=30KΩ，RF=4.3KΩ，C=0.01μF，试求电路的振荡频率。则振荡频率为：6.4.3环形振荡器一个最简单的环形振荡器这个电路是没有稳定状态的。在静态时任何一个反相器的输入和输出都不可能稳定在高电平或低电平，而只能处于高低电平之间，所以处于放大状态。周期为：当n是大于等于3的奇数时，则周期为：图10.4.7带有RC延迟环节的环形振荡器：充电时间T1：放电时间T2：振荡周期：T=T1+T2图10.4.8图10.4.96.4.4用施密特触发器构成的多谐振荡器电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电容充电。当充至时，输出跳变为低电平，电容C又经R开始放电。振荡周期：图10.4.106.4.5石英晶体多谐振荡器以上振荡器的频率稳定性不高石英晶体电抗频率特性：外加电压频率为f0时阻抗最小所以频率为f0的电压信号最容易通过它，并在电路中形成正反馈，而频率不是f0的电压信号被衰减。图10.4.13图10.5.16.5555定时器及其应用6.5.1555定时器的电路结构与功能555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。C1,C2为比较器TD为集电极开路的放电三极管VCO悬空时，VR1=2VCC/3VR2=VCC/3VCO外接固定电压则VR1=VCO，VR2=VCO/2CB555的功能表输入输出RDVI1VI2VOTD状态0低导通1>2VCC/3>VCC/3低导通1<2VCC/3>VCC/3不变不变1<2VCC/3<VCC/3高截止1>2VCC/3<VCC/3高截止555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555定时器的电源电压：5~16v，最大负载电流：200mACMOS型7555定时器的电源电压：3—18v，最大负载电流：4mA6.5.2用555定时器接成施密特触发器C1与C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号VI的不同电平。(VC1=0,VC2=0)0.01F为滤波电容，提高VR1和VR2的稳定性。VT=VT+—VT-

=VCC/3图10.5.36.5.3用555定时器接成单稳态触发器负脉冲触发输出脉冲的宽度等于暂稳态的持