数字电子技术脉冲波形的产生

数字电子技术脉冲波形的产生1第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三（1）双稳态触发电路又称为触发器，它具有两个稳定状态.两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。（2）单稳态触发电路又称为单稳态触发器。它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态（简称“暂稳态”）.在外加触发信号作用下，可从稳定状态转换到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，电路自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。（3）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。其状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称“多谐”。第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.2多谐振荡器

主要内容：门电路构成多谐振荡器的工作原理石英晶体多谐振荡器电路及其优点秒脉冲信号产生电路的构成方法第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.2.1门电路构成的多谐振荡器

利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接就构成一个简单的多谐振荡器。如图所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

从任何一个非门的输出端都可得到高、低电平交替出现的方波。该电路的输出波形：在某一时刻输出uo由低电平0跳变为高电平1，则G1门、G2门和G3门将依次翻转，经过三级门的传输延迟时间3tpd后，使输出uo又由高电平1跳变为低电平0。如此循环跳变而形成矩形波。第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

其振荡周期为6tpd。这种简单的多谐振荡器周期小，频率高，且频率不易调整和不稳定，所以在实际电路中很少使用。第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在电路中引入RC延迟环节，构成如图所示电路。使uA电压延迟下降第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(1)设在t0时刻，uI=uo为低电平，则uo1为高电平，uo2为低电平。此时uo1经电容C、电阻R到uo2形成电容的充电回路。电容C上uc的电压逐渐增大，uA相应减小，当接近门电路的阈值电压UTH时，形成下述正反馈过程：

uA↓→uo↑→uo1↓正反馈的结果，使电路在t1时刻，uI=uo变为高电平，则uo1为低电平，uo2为高电平。第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(2)电路在t1时刻，uI=uo变为高电平，uo1为低电平，uo2为高电平。此时uo2经电阻R、电容C到uo1形成电容的放电回路。此后的过程与上相似，最后使电路在t2时刻返回到uI=uo变为低电平，uo1为高电平，uo2为低电平的状态。

第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(3)充电放电放电充电第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.2.2采用石英晶体的多谐振荡器两种常见的石英晶体振荡器电路：

具有各种谐振频率的石英晶体（简称“晶振”）已被制成标准化和系列化的产品出售。第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三例10-1秒脉冲信号产生电路的设计。秒信号产生电路(1)第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三秒信号产生电路(2)第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三从Q4~Q10和Q12~Q14各输出端可分别得到频率为2048Hz，1024Hz，512Hz，256Hz，128Hz，64Hz，32Hz，8Hz，4Hz和2Hz的脉冲信号。

第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.3单稳态触发器主要内容：单稳态触发器的工作特点门电路构成单稳态触发器的工作原理不可重复触发和可重复触发的区别集成单稳态触发器74LS121和74LS122的使用方法单稳态触发器在波形整形、定时和延时等方面的应用方法第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.3.1门电路构成的单稳态触发器1．电路结构

微分型单稳态触发器R<ROFF

第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(1)

原理概述：在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳态，然后在电容充放电的作用下，电路自动返回到稳定状态。（1）无触发信号时uI为高电平。考虑到R<ROFF，所以稳态时uI2为低电平，则uo为高电平。故uo1为低电平，电容C两端的电压近似为0V。只要触发信号不到来，电路就维持在uo1为低电平，uo为高电平这一稳定状态。第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(2)（2）假设在t1时刻，输入端有触发信号（负脉冲信号）出现，则与非门G1的输出uo1变为高电平。由于电容C两端的电压不能突变，故uI2随uo1跳变为高电平，uo跳变为低电平。该低电平反馈到G1的输入端，使uo1仍维持在高电平。电路处于uo1为高电平、uo为低电平的暂稳状态。第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(3)在暂稳态期间，经电容C和电阻R到地形成充电回路，电容C开始充电，uI2开始逐渐下降。当接近门电路的阈值电压UTH时（设此时触发脉冲已消失），出现下述正反馈过程：uI2

↓→uo↑→uo1↓此正反馈的结果，使电路自动返回到uo1为低电平，uo为高电平的稳定状态。电容开始放电，为下一次触发作准备。第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

微分型单稳态触发器的工作波形充电放电第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.3.2集成单稳态触发器目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发和可重复触发,其工作波形如图所示。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态之后，即使再有触发脉冲作用，电路的工作过程也不受其影响；可重复触发单稳态触发器在暂稳态期间，如又有触发脉冲作用，电路会被重新触发，使暂稳态继续延迟一个tW时间。第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

集成单稳态触发器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重复触发的单稳态触发器。74122、74123、74LS123等是可重复触发的单稳态触发器。第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三外接电阻Rext

的取值范围为2kΩ~40kΩ，外接电容Cext取值为10pF~1000μF。

Cext接在10、11脚之间，Rext接在11和电源UCC（14脚）之间，此时9脚开路。当需要电阻较小时，可以直接使用阻值约为2kΩ的内部电阻Rint，此时将Rint接UCC，即9、14脚相接。第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三有两种边沿触发方式。输入A1或A2是下降沿触发，输入B是上升沿触发。

看懂功能表第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.3.3单稳态触发器的应用1．脉冲整形

2．定时控制第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三3．脉冲延时

脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，输出脉冲信号的下降沿相对于输入脉冲信号的下降沿延时了tw；二是脉冲信号整体延时一段时间。第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三（a)利用一个单稳态触发器即可实现;(b)可采用两个单稳态触发器来实现。其中，第一个单稳态触发器采用上升沿触发，其输出脉冲宽度等于所要求的延时时间；第二个单稳态触发器采用下降沿触发，并使其输出脉冲宽度等于第一个单稳态触发器输入脉冲的宽度即可。第一个单稳态触发器第二个单稳态触发器第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三仿真软件演示脉冲延时。第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.4施密特触发器主要内容：施密特触发器的电压传输特性施密特触发器进行波形变换的工作原理施密特触发器进行波形整形的工作原理施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.4.1概述

施密特触发器的输出与输入信号之间的关系可用电压传输特性表示：

第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三TTL集成施密特触发器有74LS13、74LS14、74LS132等。74LS13为施密特触发的双四输入与非门，74LS14为施密特触发的六反相器，74LS132为施密特触发的四两输入与非门。CMOS集成施密特触发器有74C14、74HC14等。第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.4.2施密特触发器的应用1．波形变换

利用施密特触发输入反相器可以把正弦波、三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波。仿真软件演示第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三2．脉冲整形

有些信号在传输过程中或放大时往往会发生畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形。第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三3．幅度鉴别

第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三4．构成多谐振荡器

由7414施密特触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三接通电源瞬间，电容C上的电压为0，因此输出uo1为高电平。此时uo1通过电阻R对电容C充电，电压uI逐渐升高。当uI达到UT+时，施密特触发器翻转，输出uo1为低电平。此后电容C又通过R放电，uI随之下降。当uI降到UT-时，触发器又翻转。如此周而复始地形成振荡。充电放电第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三仿真软件演示第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.5555定时器及其应用主要内容：555定时器的内部电路结构及工作原理555定时器的逻辑功能555定时器构成施密特触发器555定时器构成单稳态触发器555定时器构成多谐振荡器第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三1．电路结构10.5.1电路组成及工作原理（1）电阻分压电路；（2）两个电压比较器C1和C2；（3）基本RS触发器；（4）一个放电三极管T。第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(1)RD的功能：复位5脚的功能：控制或改变比较器的参考电压，通常悬空。此时，比较器C1的参考电压为比较器C2的参考电压为第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作原理分析(2)四种情况下输出信号及三极管T状态的分析：（表10－2）第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.5.2555定时器构成施密特触发器将555定时器的uI6和uI2输入端连在一起作为信号的输入端，即可组成施密特触发器。

假设输入信号是一个三角波，根据功能表10-2分析：第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三10.5.3555定时器构成单稳态触发器（1）稳定状态为0。如果没有外加触发脉冲到来，则该输出状态一直保持不变。稳态第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三