脉冲波形的产生及整形

第六章脉冲波形的产生及整形6.1概述6.2施密特触发器6.3单稳态触发器6.4多谐振荡器6.5555定时器及其应用重点掌握各类器件的工作特性及其应用6.1概述一、获取矩型脉冲的途径有两种

1.由多谐振荡器产生矩型脉冲。

2.由整形电路把已有的频率和幅度均符合要求的波形变换为需要的矩形脉冲。二、矩型脉冲的主要参数:理想情况：实际情况：存在上升时间与下降时间，需用一组参数来描述。矩型脉冲的主要参数:6.2施密特触发器施密特触发器(SchmitTrigger)是波形变换中的常用电路。特点:

1.输出信号状态变化时(由1到0、由0到1）

所对应的输入电平不同。2.输出矩形波边沿很陡峭。(电路状态转换时,内部存在正反馈工作过程)应用:波形变换、脉冲整形、脉冲鉴幅等。一、用门电路构成的施密特触发器1.电路图及逻辑符号同相输出反相输出环路构成了正反馈2.工作原理设:G1、G2为CMOS门

VTH=1/2VDD

R1<R2(分压电阻)当I=0时,

O=VOL0,I´0.当I由0升高到I´=VTH时,正反馈使O=VOHVDD.I´O1O电压传输特性的转折区具有很强的放大作用存在:VT+称正向阈值电压或上限阈值电压,为I´上升到VTH时的I值。整理后得:计算时等效电路为:

VT+I´=VTHVOR1R2O=VOL*当I由VDD下降到I´=VTH时,又一个正反馈使O=VOL0.I´O1O存在:VDD=2VTHVT-VT-称反向阈值电压或下限阈值电压,为I´下降到VTH时的I值。整理后得:计算时等效电路为:

VT-I´=VTHVOR1R2O=VDDVT+

VT-定义它们的差为回差电压VTVT=VT+-VT-电路电压传输特性为:VT+VT-VT二、TTL集成施密特触发器74131.电路图及逻辑符号2.电压传输特性定型产品的VT+、VT-均为固定值，不能调节。三、施密特触发器的应用1.用于

波形变换.2.用于脉冲整形.4.构成多谐振荡器.3.用于脉冲鉴幅.当VT+、VT-设置得当时能得到满意效果。6.3单稳态触发器特点:

1.具有稳态和暂稳态两种工作状态。

2.在触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间后能自动返回稳态。

3.暂稳态持续时间的长短取决于电路参数,与触发脉冲无关。分类：单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程实现的，据RC接成微分电路形式还是接成积分电路形式单稳态触发器分为积分型和微分型两种。用应:

广泛用于脉冲整形、延时、定时。

延时：产生滞后于触发脉冲的输出脉冲。定时：产生固定宽度的脉冲信号。一、用门电路构成的单稳态触发器1.积分型单稳态触发器（1）电路结构RC构成积分环节。R取值较小以保证O1为低电平时A

在VTH以下。（2）工作原理当I=0时,O=VOH.同时A=

O1=VOH。

为稳定状态。RC积分电路形式

当输入正脉冲后，O1跳变为低电平，C放电，A指数下降，

在A下降到VTH以前相当高电平，使O=VOL

。进入暂稳态。随着C的放电，A进一步下降，至A<VTH后，相当低电平,使

O=VOH，又回到稳态。工作波形如图示:上升沿触发

输出脉冲宽度TW为C开始放电至A下降到VTH所需的时间。恢复时间:由暂稳态进入稳态后O1跳变为高电平,该高电平使电容C充电至VOH所需时间。tre

(3~5)(R+R0´)C

R0´:门G1输出高电平时的输出电阻。分辨时间:触发脉冲宽度TTR与恢复时间tre之和。Td=TTR+tre优点:抗干扰能力较强.缺点:输出波形边沿较差,要求触发脉冲宽度TTR大于输出脉冲宽度TW。2.微分型单稳态触发器（1）电路结构与工作原理(2)工作波形RC微分电路形式稳态：

I=0、d=0、I2=VDD、VO=0因d=0、VO=0，故VO1=VDD

C上无电压。触发脉冲加到输入端时：当d上升到VTH，正反馈迅速使

VO1=0、I2=0、O=VDD

，进入暂稳态。随着C的充电，当I2=VTH时又一个正反馈迅速使VO1=1、I2=1

使VO=0返回稳态。TW为I2从0上升到VTH所需时间。上升沿触发VTH暂稳态持续时间二、集成单稳态触发器•TTL74121简化原理图:外接R、C元件上升沿与下降沿输入控制电路输出缓冲电路微分单稳态TTL74121功能表:TTL74121波形图:具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式。TTL74121应用:使用外接电阻可得到较宽输出脉冲宽度使用内置电阻（2K左右）

目前集成单稳态触发器定型产品有不可重复触发型和可重复触发型，有的还设置有复位端可随时终止暂稳态过程。6.4多谐振荡器矩型波振荡器又称多谐振荡器。特点：无须外加输入触发信号便有矩形脉冲输出。没有稳态，有两个暂稳态。一、对称式多谐振荡器1.电路结构G1、G2、C1、C2构成正反馈环路。RF1、RF2为偏置电阻，用以提供偏置电压，保证静态时G1、G2工作在转折区（放大状态）。只要RF选择合适，静态工作点P位于转折区由于P点在转折区，电路的静态是极不稳定的，只要G1、G2的输入电压捎有扰动，就会被正反馈回路放大而引起振荡。2.工作原理当电路上电后，若外界干扰或电源波动使I1有微小正跳变，则引起正反馈：I1O1I2O2使电路迅速进入第一个暂稳态。这时C1开始充电、C2开始放电，如下图：C1通过RF2和R1两条支路充电速度快，I2首先升到门G2的VTH

，从而引起另一个正反馈过程。充电放电I2O2I1O1使电路迅速进入第二个暂稳态。这时C2开始充电、C1开始放电，由于电路对称，其过程和上述C1充电C2放电对应，如图示：充电放电电路不停地在两个暂稳态之间进行转换，循环往复，形成振荡，输出矩形脉冲。充、放电等效电路充电放电VIK指TTL门输入端钳位二极管的负钳位电压值.T1T23.各点工作波形电路对称时:T1=T2T=2T1若选用74LS系列反相器,取:VOH=3.4VVIK=-1VVTH=1.1VC1=C2=CRF1=RF2=RF,且RF<<R1

则:T2RFCln(VOH-VIK)/(VOH-VTH)

代入参数得:T

1.3RFC4.参数计算C1充、放电C2充、放电二、非对称式多谐振荡器

(自学)

对称式多谐振荡器的简化。三、环形振荡器利用门电路的传输延迟时间,将奇数个反相器首尾相接构成.(属环行负反馈结构)1.最简单的环形振荡器工作波形图TW=3tpdT=2TW=6tpd

=2ntpdn:串联反相器的个数.缺点:门延迟极短,获得较低频率困难,频率不易调节,不实用。2.带RC延迟电路的环形振荡器

接入RC延时环节，增加了门G2的延迟时间，可获得较低振荡频率，且可通过改变R、C实现频率调节。

C接地端改接G1输入端，为了进一步加大G2和RC延迟电路的传输延时。

RS为限流保护电阻，防止VI3为负电压时G3输入钳位二极管电流过大。（1）电路结构

当I2负跳变时，因C两端电压不能突变，使I3作同样的负跳变，I3首先跳变到一个负电平，而后再在这个负电平基础上对C充电，延迟了I3到达VTH的时间，等于加大了I2到I3的传输延时。（2）各点电压波形Vm=VOH-VOLT1T2VOLVOH充电过程VOLVOH放电等效电路充电等效电路（3）充、放电过程放电过程若：

R1+RS>>R、VOL

0、VE

VOHRE

R、VOH=3V、VTH=1.4V可以推导出:T1=RCln(2VOH-VTH)/(VOH-VTH)T2RCln(2VOH+VTH)/

VTH

T

2.2RC

（4）参数计算四、用施密特触发器构成的多谐振荡器

（自学）五、石英晶体多谐振荡器

目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。

1.特点:

(1)石英晶体的谐振频率由晶体本身的结晶方向及外型几何尺寸决定，频率稳定性及高。

(其频率稳定度f0/f0可达10-10~10-11)(2)石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅取决于石英晶体固有的谐振频率，而与外接电路的电路参数无关。.2.符号、电抗特性及振荡电路f0:石英晶体的固有谐振频率频率为f0的电压信号最容易通过,并在电路中形成正反馈,其它频率信号被衰减,故电路的谐振频率为f06.5555定时器及其应用第6章

6.5555定时器是数字--模拟混合电路，用途十分广泛。能方便的构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器。故在波形的产生与变换、测量与控制、家电、玩具等诸多领域得到了普遍应用。不同厂家产品型号繁多，双极型产品最后数码都是555，CMOS产品最后数码都是7555。556（双极型）、7556（CMOS）为双定时器。555定时器电压范围宽，负载电流大。双极型电压范围：5~16V，最大负载电流：200mA。CMOS型电压范围：3~18V，最大负载电流：4mA。一、555定时器的电路结构与功能由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、放电三极管、输出单元组成。结构：比较器：比较两输入端信号的大小。功能特点:U->U+时UO=0U-<U+时UO=1共八个引脚:I1(阈值端TH)I1(触发端TR)VCO(控制输入端)o´(放电端DISC)及清零、电源、地、输出端。功能：+_+_RSQQ··5K5K5KRUR1UR28(VCC)4(RD)5(VCO

)6(TH)2(TR)71(GND)3(UO)C1C2UTH>2/3VCC,R=0UTR>1/3VCC,S=1Q=0,Uo=0,T导通。0110置0UR1=2/3VCCUR2=1/3VCC参考电压：第6章

6.5二、555定时器工作原理uI1uI2+_+_RSQQ··5K5K5KRUR1UR28(VCC)4(RD)5(VCO)6(TH)2(TR)71(GND)3(UO)C1C2UR1=2/3VCCUR2=1/3VCC

UTH<2/3VCC,R=1

UTR>1/3VCC,S=1

Uo保持原状态，

T保持原状态。置0第8章

8.4第6章

6.5uI1uI2+_+_RSQQ··5K5K5KRUR1UR28(VCC)4(RD)5(VCO)6(TH)2(TR)71(GND)3(UO)C1C2UR1=2/3VCCUR2=1/3VCC01UTH<2/3VCC,R=1UTR<1/3VCC,S=0Q=1,Uo=1,T截止。10置0第8章

8.4第6章

6.5uI1uI2+_+_RSQQ··R+VCCuoC1C2RC··Tuiuc·三、集成555定时器应用1.构成单稳态触发器接入滤波电容C0

，为了提高参考电压的稳定性。第8章

8.45K5K5KC0第6章

6.5稳态：无触发脉冲时u

i

=1

uO=0

在外加触发信号作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一定时间后，它会自动返回到稳态。0+_+_RSQQ··R+VCCuoC1C2RC···Tuiuc·1011当

u

C2/3VCC比较器C1输出低电平，使Q=0，Q=1三极管T导通，电容C经T迅速放电。

u

C<2/3VCC比较器C1、C2均输出高电平，仍维持Q=0不变，uO=0。若接通电源时uO=0,则T导通使uc=0,比较器C1、C2均输出1，保持uO=0。1第8章

8.45K5K5KC0第6章

6.5稳态：ui=1若接通电源时uO=1，则T截止，VCC经R向C充电，接通电源后，无触发信号时，电路自动停在uO=0状态。+_+_RSQQ··R+VCCuoC1C2RC···Tuiuc·tuituc2/3VCCtuoTW暂稳态：ui

下沿到达后TW

1.1RC当u

i<1/3VCC，比较器C2输出0，比较器C1仍输出1，使Q=1、Q=0，T截止，C被充电。当

uC

2/3VCC，比较器C1输出0，若ui

触发脉冲消失，则输出返回稳态

Q=0、Q=1，C放电。5K5K5KC0+_+_