脉冲波形的产生和整形

第十章脉冲波形的产生和整形§10.2施密特触发器§10.3单稳态触发器§10.4多谐振荡器§10.1概述§10.5555定时器及其应用§10.1概述常见的脉冲波形数字电路中用得最多的是矩形波。§10.1概述获得矩形脉冲波形的方法主要有两种：1．利用多谐振荡器电路直接产生所需的矩形脉冲；2．通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之变换成符合要求的矩形脉冲。图矩形脉冲特性的主要参数

周期性矩形脉冲的周期用T表示，有时也用频率f表示（f=1/T）。矩形脉冲的另外几个主要参数：（1）脉冲幅度Vm（2）脉冲宽度tw

（3）上升时间tr

（4）下降时间tf

（5）占空比q=tw/T

。通常q用百分比表示。如果q=50%，则称为对称方波。第十章脉冲波形的产生和整形§10.2施密特触发器§10.3单稳态触发器§10.4多谐振荡器§10.1概述§10.5555定时器及其应用§10.2施密特触发器主要用途：把边沿变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。⑵电压传输特性特殊，电路有两个阈值电压（正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT－）。⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。用门电路构成的施密特触发器电路组成：

两个CMOS反相器，两个分压电阻。

图用CMOS反相器构成的施密特触发器（a）电路（b）逻辑符号电路电压传输特性图施密特触发器的电压传输特性（a）同相输出（b）反相输出回差电压ΔVT=VT+－VT－（通常VT+＞VT－），改变R1和R2的大小可以改变回差ΔVT

。一.用于波形变换将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。施密特触发器的应用二.用于脉冲整形

在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。波形畸变边沿振荡三．用于脉冲鉴幅

将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度大于VT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。第十章脉冲波形的产生和整形§10.2施密特触发器§10.3单稳态触发器§10.4多谐振荡器§10.1概述§10.5555定时器及其应用工作特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转到暂稳态；第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外加触发信号无关。§10.3单稳态触发器单稳态触发器的应用1.脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。图单稳电路的延时作用

如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。2.脉冲定时单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。图脉冲定时第十章脉冲波形的产生和整形§10.2施密特触发器§10.3单稳态触发器§10.4多谐振荡器§10.1概述§10.5555定时器及其应用1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。§10.4多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）用施密特触发器构成的多谐振荡器1、组成UIUO2、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）UC=0→

3、电压波形2）UO=1→C充电→UI，3）UO=0→C放电→UI，tUOtUI00VT+VT-T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1UI=0→UO=1电路改进占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经过R2，放电经过R1，T1=R2Cln————VDD-VT-VDD-VT+T2=R1Cln——VT+VT-q=T1/TT=T1+T2调节R1或R2，即可调节q石英晶体多谐振荡器

前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定,容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。石英晶体的阻抗频率特性图

石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率fo，而与RC无关。图石英晶体振荡器电路

在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。

第十章脉冲波形的产生和整形§10.2施密特触发器§10.3单稳态触发器§10.4多谐振荡器§10.1概述§10.5555定时器及其应用为数字—模拟混合集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5KΩ的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。§10.5555定时器及其应用

各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线排列都完全相同。

双极型产品CMOS产品单555型号的最后几位数码5557555双555型号的最后几位数码5567556优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围5~16V3~18V负载电流可达200mA可达4mA6.5.1555定时器1.电路组成图555定时器(a)原理图(b)外引线排列图电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器（1）

电阻分压器由3个5kΩ的电阻R组成，为电压比较器C1和C2提供基准电压。（2）

电压比较器

C1和C2。当U＋＞U－时，

UC输出高电平，反之则输出低电平。

CO为控制电压输入端。当CO悬空时，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。当CO＝UCO时，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO

TH称为阈值端，TR称为触发端。（3）

基本RS触发器其置0和置1端为低电平有效触发。

R是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使R处于高电平。（4）

放电管TT是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。（5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力。

2.工作原理表555定时器的功能表输入输出0××11110导通0导通不变不变1截止1截止UI1UI26.5.2

555定时器的应用举例1.构成施密特触发器思考：施密特触发器的特点？回差特性：上升过程和下降过程有不同的阈值电压UT＋和UT－。

如何与555定时器发生联系？

内部比较器有两个不同的基准电压UR1和UR2。1.构成施密特触发器图555定时器构成的施密特触发器（a）电路（b）工作波形如果在UCO加上控制电压，则可以改变电路的UT+和UT－。CO1.构成施密特触发器VIV6V2VO23VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<≥23VCC010≤13VCC13VCC<1工作原理VT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC回差电压：如果参考电压由外接电压VCO供给，则：VT+=VCOVT-=12VCOΔVT=12VCO回差电压：图555定时器构成的多谐振荡器（a）电路（b）工作波形振荡器输出脉冲uO的工作周期为：T≈0.7(R1+2R2)C，输出脉冲占空比q=(R1+R2)

/(R1+2R2)3.构成多谐振荡器设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变TH=TR，则交替置0、置1。电容C充电τ充=(R1+R2)C电容C放电τ放=R2C振荡器输出脉冲占空比q=R1

/(R1+R2)3.构成多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。

本章介绍了各种产生和变换矩形脉冲的电路。

施密特触发器有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的