数字电子技术基础

第八章

脉冲波形的产生和整形

8.1施密特触发器8.2单稳态触发8.3多谐振荡器★本章基本内容

在前面各章的讨论中，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），等等。事实上，现代电子系统都离不开脉冲信号。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接产生；②利用已有信号变换得到。与产生模拟信号要用模拟振荡器一样，产生脉冲信号要用脉冲振荡器。脉冲波形变换则包括脉冲宽度、幅度、相位及上升和下降时间等等的改变，通过变换，使这些特性符合要求。本章将介绍常用的脉冲变换电路——单稳态触发器和施密特触发器，脉冲产生电路——多谐振荡器，和一种多用途的定时电路——555定时器。第八章

脉冲波形的产生和整形

8.1施密特触发器8.2单稳态触发8.3多谐振荡器*集成施密特触发器*特性与原理*应用举例

一、由门电路构成的施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。01010111101001100101下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝UT＋－UT－前面介绍的施密特触发器的回差电压为：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.7V缺点是回差太小，且不能调整。施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。①电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压，二者的差值称为回差。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。②与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。特点：集成施密特触发器二、由555定时器构成的施密特触发器1、555定时器4.5～16V电压控制端高电平触发端低电平触发端复位端低电平有效放电端（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。（3）2脚，6脚两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。（1）4脚为复位输入端，当为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。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。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：4mA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CB煌55飞5的功秋能表010①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。＞VCC/3＞2促VCC/301010①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2预VCC/3＞VCC/311100①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。＜2碰VCC/3＜VCC/30011①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。12、由55碰5定时闹器构补成的肃施密樱特触饰发器1.用作宇接口切电路——将缓舞慢变椒化的怕输入锻信号会，转宰换成锻为符钥合TT鸣L系统捆要求包的脉逢冲波俗形。3、施糊密特误触发队器的峰应用波形合变换:将边逃沿变在化缓叹慢的政周期啊性信晶号变片换为并边沿炮很陡疼的矩私形脉渴冲信统号。2.用作演整形千电路——把不泪规则需的输诞入信冈号整匠形成驻为矩塑形脉万冲。脉冲昏整形改：在数冲字系想统中爹，矩生形脉对冲经守传输源后往巴往发艺生波夸形畸怠变。3.用于停脉冲企鉴幅——从一乒系列墨幅度牧不同摧的脉河冲信棋号中凝，选及出那献些幅艘度大摩于VT+的输勇入脉押冲。小结施密厉特触弊发器狭是一坦种能煌够把枝输入监波形根整形帐成为傻适合戚于数圾字电识路需产要的辨矩形稠脉冲裤的电附路。嚷而且语由于飘具有帅滞回窑特性颜，所刃以抗桐干扰辅能力仇也很改强。施密涉特触敲发器沸可以你由分荒立元数件构眯成，烧也可重以由石门电洲路及55悦5定时驶器构傲成。施密答特触域发器禁在脉锣冲的烫产生肚和整脑形电提路中慰应用捧很广川。第八喜章堂脉但冲波冻形的膨产生贵和整宏形8.台1施密否特触贵发器8.装2单稳洞态触房诚发8.逼3多谐台振荡摩器一、授由门筝电路惩构成补的单距稳态露触发席器单稳到态触遍发器斑在数鱼字电键路中他一般和用于定时（产歼生一杰定宽光度的胃矩形岩波）招、整形（把坚不规余则的畜波形干转换椒成宽呀度、喇幅度菠都相淹等的俊波形注）以岔及延时（把处输入跳信号道延迟岸一定宫时间往后输次出）午等。单稳悲态触甚发器右具有双下列弦特点帅：（1）电水路有勒一个捐稳态袖和一随个暂虎稳态洪。（2）在脂外来饱触发侵脉冲螺作用饮下，行电路受由稳消态翻筋转到取暂稳颂态。（3）暂田稳态俭是一梢个不团能长息久保框持的党状态科，经玻过一玻段时巡寿间后守，电界路会寇自动呼返回命到稳格态。嫂暂稳胳态的况持续印时间绪与触肆发脉祥冲无旗关，扑仅决呆定于顾电路闻本身钟的参壮数。0110（1）没对有触轿发信荣号时烟电路窝工作著在稳竖态当没握有触毛发信恼号时费，ui为低心电平递。因找为门G2的输吸入端揭经电愈阻R接至VDD，uA为高堂电平惩，因步此uo2为低玻电平捆；门G1的两志个输留入均状为0，其串输出uo1为高笋电平吊，电乞容C两端班的电吸压接积近为0。这妄是电元路的璃稳态左，在墙触发礼信号剩到来传之前容，电邀路一揪直处苦于这丛个状茅态：uo1＝1，uo2＝0。（2）外狂加触衣发信点号使呼电路都由稳印态翻霞转到决暂稳户态当正沉触发橡脉冲ui到来环时，仙门G1输出uo1由1变为0。由束于电贡容电芒压不老能跃置变，uA也随绝之跳业变到赖低电弃平，昨使门G2的输俗出uO2变为1。这遣个高蛾电平掉反馈育到门G1的输功入端党，此辰时即壮使ui的触佣发信泥号撤养除，谋仍能慈维持饺门G1的低放电平锦输出汗。但顺是电赞路的蜘这种女状态镜是不斑能长撕久保田持的盈，所厉以称耕为暂绳稳态引。暂尾稳态恨时，uo1＝0，uo2＝1。101（3）电替容充弟电使索电路挣由暂颂稳态乔自动值返回政到稳插态在暂程稳态昼期间葱，VDD经R和G1的导信通工沙作管跑对C充电厚，随昆着充却电的肚进行钥，C上的进电荷迈逐渐娇增多章，使uA升高道。当uA上升僚到阈差值电默压UT时，G2的输蛇出uo2由1变为0。由圈于这味时G1输入降触发翠信号硬已经复过去锋，G1的输揭出状懒态只伸由uo2决定舟，所止以G1又返伍回到海稳定舌的高互电平奖输出纠。uA随之娱向正微方向思跳变亭，加锋速了G2的输糕出向夺低电农平变蚀化。吉最后柄使电负路退沾出暂眨稳态冶而进吓入稳狱态，稀此时uo1＝1，uo2＝0。0110脉冲销宽度灯：tp=0早.7铺RC稳态启时，ui＝1，G1、G2均导祥通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。ui负跳针变到0时，G1截止兽，uo1随之袭跳变引到1。由午于电俩容电年压不蒸能跃房诚变，uA仍为0，故拣门G2截止婆，uo2跳变因到1。在G1、G2截止消时，C通过R和G1的导流通管命放电狂，使uA逐渐电上升止。当uA上升驱到管俊子的寄开启粪电压UT时，远如果ui仍为许低电吉平，G2导通租，uo2变为0。当ui回到须高电包平后寄，G1导通袭，C又通尚过R和G1的导协通管缓充电面，电喜路恢僻复到饼稳定晨状态弃。74幸12跑1的输幻玉出脉赖冲宽凝度：tp≈0疼.7RCTR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q和Q是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻R（R=1.4kΩ～40kΩ）接在VCC和Rext/Cext之间，外接定时电容C（C=10pF～10μF）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2kΩ的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用时则应将Rin开路。TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和Q是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp≈0.32RC二、耕由55椅5定时祝器构谋成的到单稳店态触灵发器接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo＝0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。

ui到来时，因为ui＜VCC/3，使C2＝0，触发器置1，uo又由0变为1,电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。三、倒单稳舰态触限发器童的应事用延迟凶与定森时（1）延辣迟图中呀，u/O的下左降沿端比ui的下降沿陷滞后洋了时冒间tp。（2）定饲时当u/O=1时，跨与门太打开乔，uO=uA。当u/O=0时，厉与门法关闭叙，uO为低丛电平信。显然晃与门纪打开浮的时是间是除恒定丧不变控的，贪就是泄单稳萍输出矩脉冲u/O的宽探度tp。整形单稳处态触汗发器哄能够衡把不哪规则艳的输案入信档号ui，整兄形成始为幅英度和欢宽度季都相额同的泛标准括矩形联脉冲uO。uO的幅勤度取愤决于购单稳谱态电亦路输彻出的改高、稻低电吵平，灵宽度tp决定里于暂丑稳态域时间尺。小结单稳藏态触爷发器倘具有娱一个竞稳态盼。由炎门电专路构刑成的词单稳茎态触架发器蛇和基未本RS触发俘器在喇结构办上也范极为催相似捧，只巡寿有用时于反平馈的件耦合像网络攻不同劲。单稳丝式态触淘发器争可以肃由门匠电路矮构成株，也乡丰可以厦由55幅5定时晓器构佛成。知在单遗稳态悉触发易器中盘，由秀一个坊暂稳羞态过返渡到烂稳态康，其咳“触员发”悼信号樱也是茂由电罗路内棋部电名容充萝（放政）电在提供养的，裤暂稳污态的侍持续环时间寨即脉付冲宽惭度也清由电泳路的定阻容子元件请决定康。单稳躬态触疗发器听不能约自动盆地产访生矩艰形脉栏冲，哄但却亮可以熔把其泡它形处状的驳信号区变换恋成为扯矩形久波，势用途免很广扎。第八鸟章香脉教冲波预形的而产生哗和整邮形8.荐1施密僻特触介发器8.雀2单稳士态触烧发8.性3多谐赔振荡辈器一、范由门哈电路现构成渴的多杠谐振牲荡器能产捞生矩扶形脉嫂冲的自激振荡施电路愈叫做亚多谐蜻振荡刑器。1、RC环形条多谐澡振荡飘器第一困暂稳申态及喂其自钟动翻烫转的略工作距过程在t1时刻贿，ui1（uo）由0变为1，于徒是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由霞于电丛容电哄压不宾能跃珠变，状故ui3必定寨跟随ui2发生灯负跳拢变。安这个沉低电变平保吩持uo为1，以括维持伤已进乏入的堂这个烘暂稳纯态。在这也个暂肺稳态迅期间踪蝶，uo2（高电篇平）粱通过仪电阻R对电陕容C充电滚，使ui3逐渐雄上升移。在t2时刻才，ui3上升懂到门堵电路骗的阈应值电畜压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同异样由爸于电予容电世压不摆能跃苦变，筒故ui3跟随ui2发生凑正跳它变。下这个鞠高电狸平保勤持uo为0。至葵此，添第一浪个暂喇稳态廊结束丑，电响路进乞入第亮二个阁暂稳迹态。第二叶暂稳敬态及丸其自拔动翻礼转的粘工作仆过程在t2时刻摊，uo2变为浅低电递平，略电容C开始植通过束电阻R放电灾。随杠着放久电的嘱进行少，ui3逐渐见下降俯。在t3时刻语，ui3下降饺到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第购二个努暂稳柄态结难束，秃电路舅返回久到第参一个冲暂稳惕态，叮又开章始重牲复前隆面的惧过程遭。石英烫晶体主的选屯频特耀性有两早个谐侧振频糊率。忌当f=fs时，群为串饺联谐领振，刊石英梦晶体高的电幻玉抗X=0；当f=fp时，娃为并谋联谐更振，进石英弯晶体杜的电窃抗无置穷大钞。由晶斯体本拉身的挠特性狂决定孟：fs≈fp≈f0（晶体告的标志称频阳率）石英转晶体援的选肢频特千性极缎好，f0十分杰稳定觉，其吗稳定降度可示达10-1伯0～10-1悲1。2、石兰英晶盆体多戴谐振抱荡器串联目式振慕荡器R1、R2的作薪用——使两枣个反音相器狼在静伟态时础都工柄作在坑转折斤区，塞成为坝具有税很强困放大洽能力厌的放扫大电缩慧路。对于TT令L门，兵常取R1=R2=0通.7～2k棍Ω，若是CM样OS门则夕常取R1=R2=1匀0～10捐0M传Ω；C1=C2是耦谢合电舍容。石英归晶体惩工作喜在串输联谐政振频望率f0下，克只有躲频率世为f0的信求号才参能通搁过，沸满足恰振荡讨条件详。因锤此，避电路劈燕的振愤荡频胆率=f0，与外华接元墨件R、C无关领，所坟以这乒种电矩路振付荡频值率的获稳定召度很绑高。二、泳由55唱5定时冬器构体成的蹦多谐脆振荡病器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电投。当uc上升异到2VCC/3时，uo=0，