脉冲波形的产生和整形

第六章脉冲波形的产生和整形学习要点常用的脉冲整形电路:单稳和施密特常见的脉冲振荡电路多谐振荡器、环形振荡器、晶体振荡器555块的组成和工作原理及应用方法6.1概述

获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出几个主要参数。这些参数是：脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲幅度：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度：从脉冲前沿到达0.5起，到脉冲后沿到达0.5为止的一段时间。上升时间：脉冲上升沿从0.1上升到0.9所需要的时间。下降时间：脉冲下降沿从0.9下降到0.1所需要的时间。占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值。

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。00116.2.1用门电路组成的施密特触发器

（1）第一稳态:ui＝0时，uo为高电平，6.2施密特触发器0111（1）第一种态ui＝0时，uo为高电平，。

（2）ui＝UD=0.7V时,RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。1100（1）第一稳态ui＝0时，uo为高电平。

（2）ui＝UD=0.7V时，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。0110

（1）ui＝0时，uo为高电平，这是第一稳态。

（2）ui＝UD=0.7V时，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一稳态。

（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。（4）ui上升到最大值后下降时，若ui下降到UT，RS触发器不翻转，电路仍维持在第二稳态。0011

（1）:ui＝0时,uo为高电平。

（2）ui＝UD=0.7V时,RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。

（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。（4）ui上升到最大值后下降时，若ui下降到UT，RS触发器不翻转，电路仍维持在第二稳态。（5）ui继续下降到UT-=UT-UD=0.7V时,RS触发器翻转，uo为高电平，电路返回到第一种稳态。

下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝UT＋－UT－回差电压为：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.7V回差太小，且不能调整。1.CMOS集成施密特触发器CC401062.TTL集成施密特触发器74LS14

6.2.2集成施密特触发器

施密特触发器应用很广，主要有以下几方面：6.2.3施密特触发器的应用

①波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。

②脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。图(a)为顶部有干扰的输入信号，图(b)为回差电压较小的输出波形，图(c)为回差电压大于顶部干扰时的输出波形。

③脉冲鉴幅。图6-1是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平U+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于U+的脉冲，即对幅度可以进行鉴别。此外，施密特触发器还可以构成多谐振荡器等，是应用较广泛的脉冲电路。图6-1幅度鉴别

单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。6.3.1用门电路组成的单稳态触发器

6.3单稳态触发器（1）没绒有触动发信豪号时臣电路近工作鞋在稳订态当没阻有触集发信亏号时场，ui为低穴电平惨。因桃为门G2的输接入端师经电敌阻R接至VDD，VA为高丽电平掠，因蔽此uo2为低裹电平晋；门G1的两茂个输大入均锐为0，其穴输出uo1为高神电平招，电柄容C两端场的电揉压接滋近为0。这母是电召路的午稳态冈，在算触发决信号尊到来砌之前隐，电苏路一委直处野于这棚个状眨态：uo1＝1矩，uo2＝0炎。0011一.微分诊型单丙稳态火触发秩器110（2）外您加触鞋发信档号使堆电路趋由稳摸态翻动转到管暂稳丸态当正蚂触发幅脉冲ui到来度时，康门G1输出uo1由1变为0。由许于电余容电海压不捕能跃嘉变，uA也随膜之跳冬变到滨低电视平，篇使门G2的输丹出uO2变为1。这显个高扭电平识反馈蚁到门G1的输做入端蓄，此袄时即期使ui的触傅发信史号撤傍除，极仍能士维持偷门G1的低爱电平语输出李。但水是电裁路的保这种诸状态脖是不菠能长填久保战持的酱，所坡以称拿为暂层稳态怕。暂着稳态柳时，uo1＝0材，uo2＝1飞。0011（3）电丢容充鸣电使配电路贼由暂大稳态埋自动池返回鸣到稳笼态在暂产稳态企期间粘，VDD经R和G1的导君通工蒸作管锯对C充电徒，随眠着充绿电的基进行派，C上的问电荷知逐渐稼增多鸦，使uA升高黎。当uA上升泰到阈湿值电脏压UT时，G2的输旅出uo2由1变为0。由板于这寸时G1输入腐触发早信号描已经垄过去贡，G1的输替出状嚼态只级由uo2决定笋，所爷以G1又返名回到鲜稳定喝的高初电平块输出呀。uA随之养向正晓方向致跳变患，加法速了G2的输题出向仗低电兴平变化威。最们后使梯电路聚退出鞭暂稳接态而页进入杯稳态醉，此棍时uo1＝1耗，uo2＝0昂。脉冲遣宽度搁：tp=0贝.7玻RC当ui的宽烧度很乐宽时压，可敞在单堤稳态节触发攀器的娱输入裳端加荐一个RC微分露电路锯，否飞则，停在电蹄路由点暂稳壤态返赛回到辞稳态花时，吗由于息门G1被ui封住殖了，吗会使uo2的下梦降沿泄变缓艺。电路宴改进稳态乞时，ui＝1打，G1、G2均导能通。uo1＝0鞠，uA＝0仗，uo2＝0甩。ui负跳店变到0时，G1截止疾，uo1随之拨跳变歪到1。由挥于电购容电乳压不弱能跃健变，uA仍为0，故泼门G2截止端，uo2跳变浆到1。在G1、G2截止则时，C通过R和G1的导批通管逐放电铜，使uA逐渐炼上升绿。当uA上升充到管敌子的阳开启戴电压UT时，奋如果ui仍为毫低电汇平，G2导通咏，uo2变为0。当ui回到沟高电懒平后浑，G1导通伙，C又通赵过R和G1的导卡通管袍充电指，电挖路恢肢复到显稳定揪状态荷。TR-A、TR-B是触占发信兰号输筑入端窄，TR+是上沙升沿纤有效盆的触稿发信焦号输与入端富。Rex败t/Cex遗t、Cex虑t是外葛接定沿时电壤阻和捆电容呜的连帝接端升，外是接定筹时电愚阻R（R=1朱.4堡kΩ休～4扎0k节Ω）接在VCC和Rex辣t/Cex参t之间淹，外路接定宜时电庸容C（C=1液0p存F～种10丈μF等）接在Cex削t（正）言和Rex默t/Cex威t之间沿。74成12时1内部瓣已设云置了冒一个2kΩ的定旷时电哥阻，Rin是其肃引出且端，敬使用骨时只尝需将Rin与VCC连接谅起来热即可筛，不舌用时滩则应者将Rin开路妈。74隐12知1的输女出脉宝冲宽惠度：tp≈0昂.7RC6.址3.桑2集成谣单稳向态触释发器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≈0.32RC74陷12钉2的输柳出脉爱冲宽名度：tp≈针0.鄙32RC§6.耳4多谐壁振荡此器特点答：不膝需要侧外加损触发环信号跨，电您路自厌激振心荡，爷没有支稳态望。用途爽：产感生脉件冲方凭波。6.串4.夜1用门则电路颈构成旷多谐绿振荡到器一、苍对称伐式多悟谐振义荡器UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF26.竞4.诉2环形券振荡旺器假设Ui1=Uo3↑，则Uo1↓，Uo2↑。由于敢电容色两端轻电压皇不能倦突变抽，因鹅此当Uo1发生↓时，Ui3也↓，从路而使Uo保持防高电示平，些即Uo1=UoL，Uo2=UoH，Uo=UoH，此时帐为暂桃稳态Ⅰ。但技此暂哲态不制能长左久维火持，劳当Uo1输出道低电钉平时付电容C进行积充电丑，等获效电法路如逃图(b)所示(此处族忽略货了各鞋个门多的输录出电栋阻和弯输入闲电阻伯的影锯响)。随昌着C充电Ui3不断树上升袜，当Ui3≥UT后，忧电路略翻转体为门G3导通凉、门G1截止慎、门G2导通烤的暂颜稳态Ⅱ。这逢时Uo1=UoH，Uo2=UoL,Uo=UoL，电容C又将侮放电租，等些效电止路如爽图(c)所示喉。随坦着C放电李，Ui3不断踢下降躺，当Ui3＜UT时电核路又乘会翻伴转到渴门G3截止巨，门G1导通板，门G2截止李的暂衔稳态Ⅰ，并碍重复柔以上默过程筑。电坊路的炮工作延波形猾如图(d)所示治。RC环型巨振荡悬器主彼要参阿数估叼算如完下。石输出阅电压撑幅值鞋：振荡猜周期窃：图6-增2给出萄了常祸用的宿两种陷多谐功振荡致器电彩路。饶振荡幸周期川均为T≈1饺.4RC，图(b)电路圆中R1=R2=R(小于1kΩ图)，C1=C2=C=1蔬00迁p闲F~爆10裙0μF，可输播出对革称方症波。责这些角电路陕的优撒点是绍结构躬简单壤，勾调节旋频率椅方便讯，但状频率如稳定凭度不踩高。雅为了茶提高服振荡艘器的幼频率疾稳定黎度，法往往猪使用聚石英储晶体抄多谐笔振荡介器。眠石英恶晶体比的固店有谐资振频烟率十回分稳浇定，批其符兴号及有电抗稼频率险特性沸分别如图6-秧3(a)、杜(b)所示胳，当微频率打为谐彻振频欧率f0时，做石英宇晶体冶的等信效阻产抗最代小，就信号糠最容披易通初过，拐而其源它频渠率信筹号均伴被衰右减掉句，因此络振荡娘电路最的工仗作频执率仅马决定咱于石痰英晶鄙体的缎谐振进频率f0，而与蒙电路刑中的R、食C数值现无关。6.委4.忧3石英舞晶体币多谐冬振荡法器图6-业2常用抢的多希谐振旺荡器图6鹅-3石英拼晶体(a)符号漂；(b)电抗王频率疲特性图6-净4为常纲用的偷几种祝石英质晶体宅振荡价器，用其中图(a)是将图6-雾2(b)对称威多谐疏振荡丛器中略的耦普合电骑容C与晶脆体串齿接构炊成的捐晶体块多谐涂振荡愉器。图(b)是将图(a)中的太耦合券电容艺改换姓成耦湖合电麻阻，责晶辜体振弦荡频拳率可疑在1MH抗z~踢20湖M锐Hz内选随择。图(c)、萍(d)为两剥种实尘用晶公体多夏谐振醒荡器色。图(c)中C2的作口用是贿防止旗寄生组振荡熔，R1、R2可在0.聋7kΩ厌~2象k葛Ω之间啊选择介。实译际应筑用中开，为淹了改徒善输舍出波圆形和晓增强崖带负粥载能讽力，贤通常摇还在Uo输出端浙再加特一级狭反相再器。图6耀-4几种许常用互的石墓英晶番体振么荡器6.弟5.设1继55睛5定时伪器的携电路漂结构芹与功婶能图6-件5扭55偏5定时分器电路球结构6.斜5陶55亏5定时衡器及搬其应笼用图6-译5中，台比较货器C1的输膏入端U6(接引盘脚6)称为虽阈值款输入拐端，圾手册聚上用TH标注冤，比滥较器C2的输伸入端U2(接引堵脚2)称触兆发输役入端均，手职册上倾用TR标注耳。C1和C2的参积考电务压(电压铺比较挽的基复准)UR1和UR2由电字源UCC经三才个5kΩ的电如阻分豪压给魂出。再当控控制电去压输退入端UCO悬空驼时，，退；若UCO外接井固定涌电压糠，则拉。RD为异侍步置0端，辛只要绿在RD端加惠入低拥电平酸，则全基本RS触发能器就丘置0，平腿时RD处于凶高电回平。定时丧器的营主要框功能眨取决堂于两传个比四较器帅输出响对RS触发葵器和排放电抄管V1状态钢的控室制。当时，退比较烂器C1输出柳为0，C2输出趣为1，基特本RS触发时器被暗置0，V1导通赴，Uo输出兴为低忌电平毕。当时，C1输出失为1，C2输出富为0，基售本RS触发绪器被够置1，V1截止架，Uo输出携高电翁平。准当狭时吧，C1和C2输出伏均为1，则丘基本RS触发何器的序状态坑保持乖不变州，因习而V1和Uo输出泉状态穗也维肌持不浮变。表6-紫1贼55伏5定时热器功铃能表6.泊5.绍2愧用5陈55定时前器接炎成的纹施密详特触房诚发器（1）当ui＝0时，垃由于售比较钉器C1种=1滤、C交2=鬼0，触发被器置1，即Q＝1晚、，uo1赖＝uo＝1庙。ui升高恳时，茶在未胡到达2VC羊C/总3以前异，uo1晨＝uo＝1的状蝴态不冷会改列变。（1）当ui＝0时，骑由于惕比较五器C1歪=1息、C萝2=尊0，触发嘉器置1，即Q＝1炼、，uo1淋＝uo＝1蒜。ui升高边时，誉在未希到达2VC柱C/缎3以前钻，uo1让＝uo＝1的状喘态不爹会改饼变。（2驱）ui升高到2VC演C/渣3时，棋比较掀器C1输出阁为0、C2输出弄为1，触葡发器鹅置0，即Q＝0探、，uo1扣=uo=0泉。此后丹，ui上升伟到VCC廊，然后说再降径低，何但在赶未到醉达VC拼C/充3以前丙，uo1煎＝uo＝0的状俗态不府会改依变。（1）当ui＝0时，戏由于堤比较蓬器C1冠=1雹、C欠2=伸0，触发琴器置1，即Q＝1面、，uo1犬＝uo＝1博。ui升高贩时，修在未议到达2VC些C/墨3以前妙，uo1黄＝uo＝1的状汪态不嫁会改敌变。（2哀）ui升高到2VC叶C/水3时，兵比较喉器C1输出污为0、C2输出炕为1，触辱发器讨置0，即Q＝0附、，uo1杰=uo=0玩。此后虎，ui上升捧到VCC绒，然后伟再降赴低，悔但在丘未到钞达VC浸C/姜3以前籍，uo1夫＝uo＝0的状仙态不付会改哥变。（3）ui下降到2VC混C/旬3时，隙比较婚器C1输出靠为1、C2输出仅为0，触愈发器材置1，即Q＝1决、，uo1窝=uo=1械。此后蛙，ui继续诞下降怕到0，但uo1洗＝uo＝1的状道态不希会改拔变。6.恶5.贼3付用5晶55定时晒器接霉成的他单稳互态触甲发器图6-惰6用55兴5定时详器构住成的飞单稳费触发财器电路访图图6-美7用55缠5定时虹器构倚成的丝式单稳没触发鹊器波形而图1)工作判原理泪①静止候期：触高发信浆号没止有来缩慧到，Ui为高躁电平重。电饭源刚倡接通沙时，古电路谢有一宰个暂渠态过投程，服即电玻源通古过电显阻R向电茎容C充电卖，锄当UC上升希到槽时斑，RS触发丽器置0，Uo=0愉，V1导通滴，因光此电松容C又通孙过导辣电管V1迅速两放电盯，直画到UC=0作，电路颜进入木稳态槽。这伴时如告果Ui一直诵没有触发浓信号乓来到珍，电揭路就秧一直唤处于Uo=0的稳铺定状器态。②暂稳盾态：外量加触左发信蔑号Ui的下肢降沿跳到达欧时，想由于，RS触发想器Q端置1，因拐此Uo=1欧,贤V1截止蜜，UCC开始敌通过兼电阻R向电盒容C充电辰。随邀着电傲容C充电昼的进核行，UC不断富上升胜，趋失向值UC(∞垂)=UCC。Ui的触痛发负毕脉冲摆消失溪后，U2回到呈高电在平，这在期间牲，RS触发派器状炸态保脊持不词变，息因此镜，Uo一直溪保持影高电强平不者变，斧电路折维持毅在暂腾稳态垦。但界当电抖容C上的箭电压适上升热到民时，RS触发击器置0，电坊路输序出Uo=去0，V1导通窗，此兰时暂斤稳态催便结掘束，宜电路抱将返虚回到堪初始注的稳淘态。③恢复萝期：V1导通脏后，积电容C通过V1迅速女放电迅，使UC≈0层，电路虚又恢铁复到哈稳态置，第怒二个车触发悦信号庄到来糠时，巴又重采复上砍述过螺程。常输出狸电压Uo和电戒容C上电户压UC的工迁作波脸形如财图6-愿7所示纸。图6-府7用55广5定时小器构薯成的屈单稳蹈触发警器波形辅图2)输出闲脉冲融宽度TW输出欢脉冲党宽度TW是暂们稳态狡的停米留时单间，铺根据序电容C的充饥电过抽程可债知：图6-盾6所示蜡电路况对输萝入触波发脉概冲的棍宽度柄有一松定要田求，茅它舌必须秃小于TW。若输及入触员发脉嘴冲宽佩度大攻于TW时，克应在U2输入扇端加RiCi微分鸦电路辅。图6-魔8用55笑5定时齿器构阀成的轿多谐纽奉振荡息器电路吐图6.左5.户4廉用5躲55定时啊器接哪成的丑多谐谢振荡棍器图6-摔9用55冤5定时皇器构鸡成的醋多谐辨振荡触器波形宣图1)工作狡原理恩多谐拜振荡棒器只喊有两误个暂首稳态洪。假狐设当塘电源谜接通趴后，敬电路茶处于始某一演暂稳固态，飘电容C上电谋压UC略低举于，Uo输出伪高电总平，V1截止缴，电合源UCC通过R1、R2给电楚容C充电冲。随吃着充觉电的铜进行UC逐渐蚁增高慢，但棒只要，输含出电攀压Uo就一揪直保堵持高课电平筑不变设，这术