波形产生整形变换电路课件

波形产生、整形和变换电路３.４.１施密特触发器及应用1.施密特触发器的触发特性

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。逻辑符号施密特发器有反相传输和同相传输两种电路。

施密特触发器的电压传输特性下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝

UT＋－UT－缺点是回差太小，且不能调整。

回差，是指当输入电压Ui由低变高时的阀值电压UT+和输入电压由高变低时的阀值电压UT-是不相同的，我们定义⊿UT称为回差。

施密特触发器的输入输出电压波形（1）施密特触发器输出有两种状态；

（2）施密特触发器采用电平触发即输入电压上升时，即使上升很缓慢，只要输入电压上升到某一阀值电压(UT+或UT-)时，电路的输出状态就发生转换

；（3）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀值电平（UT+和UT-）。集成施密特触发器在集成电路手册中被归类在门电路中手册中还可以查到74LS13它是四二输入施密特触发与非门，这些集成施密特触发器的回差是不可调的。2

施密特触发器的具体电路由门电路构成的施密特触发器

CMOS门电路，其阀值电压为1/2VDD。电路中要求R1＜R2电原理图

逻辑符号

G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI由门电路构成的施密特触发器

（1）

当vI=0时，vO1≈

VDD，

vO

≈

0V，

vI＇≈0V；（2）当vI升高时，vI’也升高。当vI’达到1/2VDD时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为VT+。（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1≈0V，vO

≈VDD

。

0100＞VT+＞1/2VDD→0→1↑↑100G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI（4）当vI由高变低时，vI

’也由高变低。当vI’≤1/2VDD时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT－。（5）当vI小于VT－时，电路转到另一稳态：vO1=≈VDD，vO

≈

0V。

01↓↓→1→0＜VT－＜1/2VDD

工作波形vIVT+VT－0t0tvO10tvOvIvO1vIvO所以⊿UT＝UT+-UT-＝由此可知，调节R1、R2可以调节回差，但必须保证R1＜R2否则电路不能正常工作。

由555定时器构成的施密特触发器555定时器是一多用途的数字模拟混合集成电路，555最大的优点是电源电压范围大，为4.5V～18V，可以和TTL和CMOS兼容，同时驱动电流大约为200mA,可以直接驱动负载喇叭。手册上可查到的555的常用型号有NE555，5G555，至于555的内部电路，读者可参阅有关资料。电路图

施密特触发器的应用Ui0t0UotT+UT-U波形变换

0Uit0UotT+UT-U波形整形(取⊿UT较大些)

0Uit0UotUT-T+U鉴幅(取⊿UT尽量小些)

施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。３.４.2多谐振荡器及应用

多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。

多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。1.由CMOS施密特非门组成的多谐振荡器电路图工作过程分析：1.当刚加电源时，由于电容C还没有来得及充上电荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD。

0UDD2.UOH通过R向C充电，当充电充到UC＝UT＋时，电路输出发生转换，UO由UOH变成UOL＝0V。

UT＋0V3.电容上的电压UC＝UT＋，又要通过R向UOL放电，当电容上的电压放到UT-时，电路的输出状态又发生转换。

UT-UDD如上所述，周而复始，形成振荡，振荡时UC和Uo的波形如图所示：

1CUcUoR2R1通过调节R、C的值，可调节振荡频率f

在这个电路的基础上利用二极管的单向导电性能，使RC电路充放电的RC时间常数不一致，就可得到可改变输出波形占空比的多谐振荡器。当刚加电源时，由于电容C还没有来得及充上电荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD，UOH通过R1向C充电，当充电充到UC＝UT＋时，电路输出发生转换，UO由UOH变成UOL＝0V。电容上的电压UC＝UT＋，又要通过R2向UOL放电，当电容上的电压放到UT-时，电路的输出状态又发生转换。

充电放电2.由555组成的施密特电路组成的多谐振荡器RC55512345678UU(U=U)Ui0.1uRcDD010202U011.先由555组成施密特电路

2.电路的输出端U02经RC电路接回输入端即可

多谐振荡器的频率：

Rd由于555第4脚为清0输入，因此控制Rd可控制电路振荡和停振。

电路组成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（1）设电路的初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持；1001（2）通过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不断上升；（3）当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，

vO2=1。3.由CMOS非门加RC电路组成的多谐振荡器

工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4）vO1=0，

vO2=1这个状态也不能持久；1001（5）通过vO2→C→R→vO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；（6）当vI1＜VT时，G1输出高电平，G2输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态。（7）通过电容器的充放电产生方波，振荡的周期T≈2.2RC。

tvO10tvO20vIt0电路的工作波形：11G2G1RCvO1vO2vI1当Vo1向C充电使vI1=时Vo2状态发生改变，由低电平变为高电平VDD，由于电容两边电压不能突变，它的电压改变只能通过充放电电荷的累积形成，Vo2由0变为VDD，则Vi1也由变为+VDD，保持Uc=。Vo2向C反向充电时同样会使Vi1由变为-。4.石英晶体多谐振荡器前面介绍的多谐振荡器的频率稳定性较差，当电源电压波动、温度变化、RC参数的变化都会使频率变化。

石英晶体多谐振荡器是频率十分稳定的振荡器，它的频率稳定度⊿f0/f0可达10-10，用在对频率的稳定性要求比较高，如时钟秒信号的频率源中。

11680P30P32768HZ10MG1G2Uo常见的时钟秒信号源晶体振荡器

石英晶体符号

石英晶体的固有谐振频率石英振荡器的频率取决于石英晶体的固有谐振频率，而与外接的电阻、电容无关，因此它的频率稳定。5.压控振荡器压控振荡器(VoltageControlledOscillator)简称VOC

振荡器的频率受一个输入电压的控制

广泛用于自动检测、自动控制及通信电路中

３.４.3单稳态触发器及应用有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。

例子——楼道灯控制系统

单稳态触发器的特点：

（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；

（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态，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。1.由CMOS与非门组成的单稳态触发器电路图：稳态：

在无触发信号时电路处于稳态，由于UR＝0，

01Qn

＝1

这样G1的二个输入均为1

=0即稳态为Qn＝1，Qn＝011010稳态时URi＝1，当Ui下降边到达时，微分电路输出一个负脉冲被加到URi，使URi由1变为0，Qn由0变为1，这个变化通过C被加到UR上，使UR由0变为1，使Qn变为0，电路进入暂稳态即Qn＝0，Qn＝1。

01nnQQ&&UiURRG1G2DDi1010放电UR的高电平要通过RC放电而逐渐变低，当UR下降到CMOS与非门转换的阀值电压时，Qn由0变为1，电路又回到稳态。

暂稳态不会持久：QQiURUtwRUiUDD12电路工作波形：只有负脉冲才能触发单稳态触发器进入暂稳态

暂稳态时间tw可用RC电路的暂稳态过程三要素公式求出tw≈0.7RC。2.集成单稳态触发器分类：不可重复触发型可重复触发型1UUi0UUi0t0Uit0Uowtwtwtt0Uit0Uowtwt单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加触发脉冲，不会影响电路的工作过程，只有等到暂稳态结束之后，才可能被下一个脉冲触发。

可重复触发的单稳态触发器，当电路被触发进入暂稳态后，在暂稳态没有结束之前，再加触发脉冲，电路又一次被触发，电路从第二次触发起要再维持一个暂稳态时间tw。

3.单稳态触发器的应用

整形把脉宽不一致的波形变成脉宽一致的波形。单稳vOvItt00vOvI

定时由于单稳态触发器的输出为tw可调的矩形波，因此可用在tw时间内去控制某种功能产生或不产生。UC0.1uFUURRUDDCC010255512345678RDUi1受Rd控制的由555组成的多谐振荡器将不可重复触发的单稳态触发器接入Rd，来控制多谐振荡器在规定的时间（tw）内产生声音。

延时由于单稳态触发器一经触发，电路进入暂稳态，暂稳态时间tw≈0.7RC

，调节R、C可产生比触发脉冲时间长很多的暂稳态时间tw。把输入信号延迟一定时间后输出。延时功能典型的例子就是我们前面提到的楼道灯延时开关电路，下面是它的电路组成及工作过程简述。电容降