ch6脉冲波形的产生与整形

6.1脉冲信号的基本参数6.3单稳态触发器6.2施密特触发器6.5555定时器及其应用第6章脉冲信号的产生和整形6.4多谐振荡器

数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP）。脉冲信号产生要用多谐振荡器。

本章将介绍常用的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，同时介绍一种多用途的定时电路——555定时器。

获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接产生；②利用已有信号整形或变换得到。

脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器6.1概述1.脉冲信号的定义（不对称方波）

三角波：

锯齿波：

按非正弦规律变化的信号均可称脉冲信号。方波：（对称方波）6.1概述2.脉冲信号的参数

q=TW/T

占空比TwTVmv0tT

脉冲周期f=1/T

频率Tw脉冲宽度Vm幅值6.1概述6.2.1施密特触发器的基本概念

2.施密特触发器特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；

（2）输入采用电平触发;（3）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-）。1.什么是施密特触发器？

施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。3.逻辑符号同相传输反相传输4.施密特触发器的电压传输特性6.2.1施密特触发器的基本概念

6.2.1施密特触发器的基本概念

5.施密特触发器与电压比较器G1、G2为CMOS门电路。电路中R1＜R2。6.2.2由CMOS门构成的施密特触发器

1.电路构成2.工作原理分析（1）

当vI=0V时，vO1≈

VDD，

vO≈

0V，

vI＇≈

0V；0100思考：为什么要求R1<R2？（2）当vI升高时，vI’也升高。当vI’达到1/2VDD时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为VT+。（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1≈0V，vO≈

VDD

。

VT+=VDD/2→0→1↑↑01006.2.2由CMOS门构成的施密特触发器

（4）当vI由高变低时，vI’

也由高变低。当vI’≤1/2VDD时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT-。（5）当vI小于VT-时，电路转到另一稳态：vO1≈

VDD，vO≈

0V。

01↓↓→1→0VT-=1/2VDD6.2.2由CMOS门构成的施密特触发器

3.工作波形vIVT+VT-0t0tvO10tvO6.2.2由CMOS门构成的施密特触发器

1.用于脉冲整形6.2.3施密特触发器的应用2.用于脉冲鉴幅6.2.3施密特触发器的应用3.用于构成多谐振荡器6.2.3施密特触发器的应用4.用于温控系统实际温控波形方案一：采用电压比较器构成的温度控制系统6.2.3施密特触发器的应用方案二：采用施密特触发器构成的温度控制系统实际温控波形6.2.3施密特触发器的应用思考题

试举出施密特触发器其他应用实例，并尽可能说明其原理。6.2.3施密特触发器的应用

有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。

例子——楼道灯控制系统

单稳态触发器的特点：

（1）有稳态和暂稳态两种状态；

（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；

（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。

6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器1.什么是单稳态触发器？单稳态触发器主要有两类：（1）微分型单稳态触发器（2）积分型单稳态触发器6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器门电路+RC微分电路→微分型单稳态触发器

G1、G2为CMOS或非门，vO1、vO分别为G1、G2的输出，vI2为G2输入。

1.电路组成RC微分电路触发脉冲6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器（1）单稳态触发器的稳态

∴触发器的稳态为vO1≈

VDD，vO≈

0V。此时，电容两端的电压相等，无充放电。2.工作原理分析

稳态时，无触发脉冲输入，vI

为低电平，C没有充放电，相当于断开。010016.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器作用：改善vO1、

vO边沿。

11001暂稳态：vO1≈0V，vO≈

VDD（2）当vI加一正脉冲时，由稳态进入暂稳态。这里有一正反馈现象：01001vIvO1vI2vO6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器（3）暂稳态自动回到稳态

作用：改善vO1、

vO边沿。

随着VDD通过电阻向电容C的充电，vI2逐渐上升，当vI2

上升到VDD/2时，vO

≈0V

，vO1≈

VDD，电路回到稳态。

正反馈现象：

010VT00110vO1vI2vO6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器3.工作波形分析VT6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器（1）暂稳态维持时间Tw

电容C充电电压方程：4.参数计算将VC（0）≈0V，VC（∞）≈VDD，τ=RC代入上式得：当vC（t）=VT=1/2VDD时，t=Tw，代入上式可求得：VTTwTre6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器（2）恢复时间TreTre≈（3～5）R’C

（3）最高工作频率fmaxTd=Tw+Trefmax=

在暂稳态期间Tw和恢复时间Tre内，电路不得响应触发信号。因此，2个触发信号之间的最小时间间隔为： 6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器5.思考题

（1）若触发脉冲宽度大于Tw时，电路能否正常工作？如何解决？

（2）下图中稳态时a、b、d、e各点的电位如何？6.3.1由CMOS门构成的微分型单稳态触发器

控制电路用于产生窄脉冲。当输入满足以下条件时，控制电路产生窄脉冲：（1）若A1、A2中至少有一个为0时，B由0↗1；1.74LS121的原理框图微分型单稳态触发器输出缓冲（2）若B=1，A1、A2中至少有一个由1↗0。

6.3.2集成单稳态触发器2.74LS121的功能表6.3.2集成单稳态触发器3.74LS121内部结构和逻辑符号

6.3.2集成单稳态触发器4.两种不同接法正脉冲触发负脉冲触发6.3.2集成单稳态触发器1.用于整形6.3.3单稳态触发器的应用2.用于定时—楼道灯延时开关6.3.3单稳态触发器的应用

多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。1.什么是多谐振荡器？

多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。6.4.1由CMOS门构成多谐振荡器

2.电路组成及工作原理6.4.1由CMOS门构成多谐振荡器

（1）设电路的初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持；1001（2）通过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不断上升；（3）当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，

vO2=1。此时使vI1=VT+VDD3.工作原理（4）vO1=0，

vO2=1这个状态也不能持久；1001（5）通过vO2→C→R→vO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；（6）当vI1＜VDD/2时，G1输出高电平，G2输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态。（7）周而复始产生方波。6.4.1由CMOS门构成多谐振荡器

4.工作波形T1、T2的计算公式推导参考教材P2466.4.1由CMOS门构成多谐振荡器

6.4.2CMOS石英晶体振荡器

1.石英晶体振荡器（1）石英晶体的等效电路（2）石英晶体振荡器原理图6.4.2CMOS石英晶体振荡器

1.7555定时器的内部结构及逻辑符号6.5.1555定时器的工作原理

基本SR锁存器比较器2VDD/3VDD/32.555定时器的功能表－+C1R2VDD/3vI1⑥－+C2SVDD/3vI2②

截止111＜VDD/3＞2VDD/31不变不变00＞VDD/3＜2VDD/31导通010＞VDD/3＞2VDD/31截止101＜VDD/3＜2VDD/31导通0××××0N1状态vORSvI2vI1RD

输出

输入6.5.1555定时器的工作原理

6.5.2555构成的施密特触发器

1.电路结构－+C1R2VDD/3vI⑥－+C2SVDD/3vI

②2VDD/3VDD/3vI0tvO0t（1）当vI＜VDD/3时，R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）当VDD/3＜vI＜2VDD/3时，R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）当vI＞2VDD/3时，R=1，S=0，Q=0，vO=0；（4）当VDD/3＜vI＜2VDD/3时，R=0，S=0，Q=0，vO=0；（5）当vI＜VDD/3时，R=0，S=1，Q=1，vO=1；2.原理分析6.5.2555构成的施密特触发器

3.主要参数1.阀值电平VT+=2VDD/3VT-=VDD/32.回差电压=VT+－VT-=VDD/3思考：如何调节阈值电压？6.5.2555构成的施密特触发器

6.5.3555构成的多谐振荡器1.电路结构2.工作原理－+C1R2VDD/3vC⑥－+C2SVDD/3vC②（1）上电时，vC=0，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止,vO=1。（3）当vC

＞2VDD/3时，R=1，S=0，基本SR锁存器被置0，Q=0，N1管导通，vO=0。（2）当VDD通过R1、R2向C充电，vC

逐渐上升;6.5.3555构成的多谐振荡器－+C1R2VDD/3vC⑥－+C2SVDD/3vC②（5）当vC下降到vC

＜VDD/3时，R=0，S=1，SR锁存器置成1态，Q=1，T1管截止，vO=1。对电容C充电又重新开始。（4）电容C将通过R2和N1管放电，vC逐渐下降；6.5.3555构成的多谐振荡器3.工作波形

4.主要参数计算从占空比q

的表达式可知，占空比始终大于50﹪

。通过vC的暂态方程，求得：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C

T1=0.7(R1+R2)C

T2=0.7R2C

6.5.3555构成的多谐振荡器5.占空比任意可调的多谐振荡器

T1=0.7R1C

T2=0.7R2C

6.5.3555构成的多谐振荡器6.思考题如图所示是一个由555定时器构成的防盗报警电路，a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即发出报警声。说明本报警电路的工作原理。6.5.3555构成的多谐振荡器6.5.4555构成的单稳态触发器

1.电路结构最后又回vO=0V

。

10导通2.工作原理分析

接通电源时R=0,S=0；假设SR锁存器初态为1；

假设SR锁存器初态为0；

结论：