数电ch8 脉冲波形的变换与产生

8.1单稳态触发器8.2施密特触发器8.3多谐振荡器8.4555定时器及其应用8脉冲波形的变换与产生3、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、掌握555定时器的工作原理。教学基本要求8.1单稳态触发器8.1.1用门电路组成的微分型单稳态触发器8.1.2集成单稳态触发器8.1.3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;1.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。8.1单稳态触发器基本概念

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2.单稳态触发器的分类工作特点划分8.1.1用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器1.电路CMOS与非门构成的微分型单稳态触发器

CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器

稳态为1负脉冲触发稳态为0正脉冲触发

2.工作原理（以或非门构成的为例）设定CMOS门电路电压传输特性理想化，反相器的阈值电压：（1）没有触发信号时，I=0，电路处于稳态。电路处于一种稳态。只要没有正脉冲输入，电路状态一直保持。I2=1，

O=0，

O1=1

，C=0（2）外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态I外加正脉冲，O1跳变为“0”，C两端电压不能突变，G2输入变为“0”，O=“1”，O2的高电平作为G1的输入，导致如下正反馈过程。由于

O输出为高，即使触发信号

I撤出，

O1仍维持低电平，然而，电路的这种状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。

O1=0，

O2=1（3）电容充电，电路由暂稳态自动返回稳态暂稳态期间，电源经R对C充电，

C升高，

I2也升高，当

I2=Vth=0.5VDD时，电路发生以下正反馈过程（

I触发脉冲已撤出）电路回到稳态：

O=0，

O1=1。转换后瞬间，电容两端的电压为

I2=VDD+Vth，暂稳态结束后，电容通过R放电，使C上的电压恢复到稳定状态时的初始值。（4）工作波形:

tw≈0.7RC

（1）输出脉冲宽度tw(2)恢复时间tretre3

(3)最高工作频率fmax

3.主要参数的计算

vC(0+)=0；vC()=VDD

=RC,VTH

=VDD/2

=RCln2

4.讨论b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t=t2)瞬间，门G2的输入电压I2达到VDD+VTH，可能损坏G2门，怎么办？8.1.2集成单稳态触发器vOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发1.不可重复触发的集成单稳态触发器74121电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容输出脉冲宽度：tw≈0.7RC暂稳态:Q=174121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL逻辑功能表不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，在B端输入上升沿时电路被触发B

和A1、A2、中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发

2.可重复触发的集成单稳态触发器(略)8.1.3单稳态触发器的应用1.定时

该电路可用于频率计

2.延时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.8.2施密特触发器8.2.1用门电路组成的施密特触发器8.2.2集成施密特触发器8.2.3

施密特触发器的应用8.2

施密特触发器1、施密特触发器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I18.2.1用门电路组成的施密特触发器R1<R2I为三角波假定：

108

6

4

2

0

vI/V

2

4

6

8

10

VOH≈VDD

vO/V

B

vI1001(1)I上升当vI1=0，=0VvO正向阈值电压(VT+):I值在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应I的值。只要

I1

<VTH，则保持=0VOVTHυI1υo(2)当=VTH，电路发生正反馈：υI1vI1(3)

υI1VTH电路,维持不变υO=VOH

,只要υI1>VTH，υI1(4)当υI下降,

也下降则保持=VOHυo当=VTH，电路产生如下正反馈：

υI1vI1vovI8.2.2集成施密特触发器CC40106

8.2.3

施密特触发器的应用

VT+VT_vT+vT-1.波形变换2.

波形的整形vovI合理选择回差电压，可消除干扰信号。3.消除干扰信号oυI4.

幅度鉴别8.3

多谐振荡器8.3.1

由门电路组成的多谐振荡器8.3.2

用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3

石英晶体振荡器*

开关电路RC延时环节多谐振荡器的基本组成：开关器件：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，以获得所需要的脉冲波形输出。8.3

多谐振荡器8.3.1

由CMOS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

VCCMOS门电路组成的多谐振荡器υO1与υO反相,电容接在υO与υI之间:2.工作原理vIVDDVTH0ttvOVDD0假定电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电vCvI当=VTH时，电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态υI（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电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=12.工作原理vIvO1vOT＝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:vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.3.2

用施密特触发器构成的多谐振荡器8.3.3石英晶体振荡器1、石英晶体电路符号和选频特性电路符号阻特性fXf0电感性电容性电容性当f=f0时,电抗X=02、石英晶体振荡器R:使G1工作在线性区C1:耦合电容C2:抑制高次谐波CPQf1f23、双相脉冲产生电路8.4555定时器及其应用8.4.1

555定时器8.4.2用555定时器组成施密特触发器8.4.3

用555定时器组成单稳态触发器

8.4.4

用555定时器组成多谐振荡器555定时器是一种应用方便的中规模集成电路，广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。8.4555定时器及其应用电阻分压器电压比较器基本SR锁存器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G1、电路结构8.4.1555定时器2、工作原理及功能表不变不变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8.4.2用555定时器组成施密特触发器vI如何改变电路的阈值电压和回差电压?

施密特触发器的应用①波形变换VT+VT_电路的频率可变?占空比可变?如何改变占空比?回差电压减小,占空比如何变化?②波形产生电路(多谐振荡器)CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.4.3用555定时器组成单稳态触发器

1、电路VCCvIRC②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()电路处于稳态，输出为0

VCCvIRCtw=RC1n3≈1.1RC

2、工作波形及输出脉宽的计算如将5脚接电压V，电路的脉宽会改变吗？V增加，脉宽如何改变？减小?

脉冲宽度调制器工作波形3、555组成的单稳态的应用:8.4.4用555定时器组成多谐振荡器1、电路组成R1R2

TC1C2+--+(4)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV1R2R1）电路第一暂态，输出为1。电容充电，电路转换到第二暂态,输出为02、工作原理2）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态

TC1