数字电子技术脉冲波形的产生与整形

1、CH8CH8 波形变换、脉冲产生波形变换、脉冲产生和定时电路和定时电路 在前面各章的讨论中，常常需要用到各种幅度、宽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度以及具有陡峭边沿的脉冲信号脉冲信号，如触发器就需要，如触发器就需要时钟时钟脉冲（脉冲（CP），等等。事实上，现代电子系统都离不开脉，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：冲信号。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接直接产生产生； 利用已有信号利用已有信号变换变换得到。得到。 与产生模拟信号要用模拟振荡器一样，产生脉冲信与产生模拟信号要用模拟振荡器一样，产生脉冲信号要用号要用

2、脉冲振荡器脉冲振荡器。 脉冲波形变换则包括脉冲波形变换则包括脉冲宽度、幅脉冲宽度、幅度、相位及上升和下降时间等等度、相位及上升和下降时间等等的改变，通过变换，使的改变，通过变换，使这些特性符合要求。这些特性符合要求。 本章将介绍常用的脉冲变换电路本章将介绍常用的脉冲变换电路单稳态触发器单稳态触发器和和施密特触发器施密特触发器，脉冲产生电路，脉冲产生电路多谐振荡器多谐振荡器，和一，和一种多用途的定时电路种多用途的定时电路555定时器定时器。 掌握脉冲电路的基本分析方法掌握脉冲电路的基本分析方法 掌握常用脉冲电路的工作原理掌握常用脉冲电路的工作原理 掌握几种集成电路的应用掌握几种集成电路的应用 理

3、解双稳态理解双稳态单稳态单稳态无稳态等几种电路无稳态等几种电路 原理的内在联系原理的内在联系Email me please if you have any questions: win_ 脉冲电路分析的关键脉冲电路分析的关键 微分型单稳态触发器、晶体振荡器、微分型单稳态触发器、晶体振荡器、 555定时器的基本原理定时器的基本原理74221、4538、4098、74HC14、555 等集成电路的应用等集成电路的应用8.1.1 8.1.3 8.1.2 8.1.4 8.1.1 RC积分电路积分电路 电路条件：电路条件： = RC tW tW输入脉冲宽度输入脉冲宽度tW 8.1.1 RC微分电路微分电

4、路 电路条件：电路条件： = RC tW tW输入脉冲宽度输入脉冲宽度tW8.1.2 A以微分型为例以微分型为例8.1.2 ABABQQVth 8.1.2 ABABQQVth 8.1.2 ABABQQVth 稳稳 态态稳稳 态态暂稳态暂稳态8.1.2 ABABQQVth tWtre暂稳态时间暂稳态时间恢复时间恢复时间8.1.2 AB计算计算 tW及及tre运用运用“三要素法三要素法”： UB(0+)= VCC UB()= 0=RC（忽略其他电阻） uB(t)= UB()+ UB(0+)UB() = VCCtete若 Vth=VCC则 tW 0.7=0.7RC tre=(35)re 试设计一自动

5、延时楼道照明灯。试设计一自动延时楼道照明灯。几点讨论：几点讨论：反馈环节也可采用反馈环节也可采用RC积分电路（见习题积分电路（见习题6-5）。）。若采用若采用TTL门电路，为保证稳态时门门电路，为保证稳态时门2输入低电平，电输入低电平，电阻阻R必须小于某一数值。采用必须小于某一数值。采用 CMOS 电路无此限制。电路无此限制。为减小恢复时间为减小恢复时间tre，可在，可在R上并联一个二极管，给电容上并联一个二极管，给电容C提供放电回路。提供放电回路。若输入脉冲过宽（若输入脉冲过宽（tAtW），电路工作可能不正常时，），电路工作可能不正常时，可在输入端另加一可在输入端另加一RC微分电路，形成短输

6、入脉冲。微分电路，形成短输入脉冲。 采用或非门电路同样可构成单稳电路。采用或非门电路同样可构成单稳电路。 设计一微分型单稳态触发器：设计一微分型单稳态触发器： 采用采用 CMOS 或非门、或非门、 输入输入信号较宽、信号较宽、tre较短，设计电路并较短，设计电路并画出波形。画出波形。 8.1.2 ABABQQVth tWtreRdCd。+VDD8.1.2 ABQQVth tWtreABRdCd。+VDDA8.1.2 Vth tWtreABRdCd。+VDDAABQQA8.1.3 常用集成单稳态触法器：常用集成单稳态触法器：54/74121，54/74221，54/74HC123，CD4098，

7、CD4538等等。 74221TTL双单稳态触发器4538CMOS双单稳态触发器8.1.4 8.1.4 “看门狗看门狗”（Watching Dog) 试举出不少于试举出不少于3种的单稳态触发器应用实种的单稳态触发器应用实例，并尽可能说明其原理。例，并尽可能说明其原理。8.2.2 8.2.1 8.2.3 8.2.18.2.18.2.18.2.18.2.1 施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。是具有滞后特性的数字传输门。 电路具有两个阈值电压，分别称为电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值正向阈值电电压和压和负向阈值负向阈值电压，二者的差值称为电压，二者的差值称为回差回差。输出电。

8、输出电平的变化滞后于输入，形成平的变化滞后于输入，形成回环回环。 与双稳态触发器和单稳态触发器不同，与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特施密特触发器触发器属于属于“电平触发电平触发”型电路，不依赖于边沿陡型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。峭的脉冲。 特点：特点：8.2.18.2.18.2.1 电路举例一电路举例一8.2.1 电路举例二电路举例二 电路举例三电路举例三8.2.18.2.2 施密特触发器就是带有回施密特触发器就是带有回差特性的门电路。差特性的门电路。 如如74HC14 和和74HC132等。等。74HC14：六反：六反相器，相器，74HC132：四：四2与非门。与非门。在在VDD

9、=6V时，典型回差为时，典型回差为0.91.2V。 8.2.3 8.2.3 试举出不少于试举出不少于3种的施密特触发器应用实种的施密特触发器应用实例，并尽可能说明其原理。例，并尽可能说明其原理。8.3.0 8.3.1 单稳回忆单稳回忆8.1.2 A以微分型为例以微分型为例8.3.0 A8.3.0 对称多谐振荡器：对称多谐振荡器：8.3.0 ABQQVth Vth 对称多谐振荡器：对称多谐振荡器：8.3.0 ABQQVth Vth 对称多谐振荡器：对称多谐振荡器：8.3.0 ABQQVth Vth 对称多谐振荡器：对称多谐振荡器：8.3.0 ABQQVth Vth 暂稳态暂稳态1暂稳态暂稳态2对

10、称多谐振荡器：对称多谐振荡器：8.3.0 ABQQVth Vth T=tW1 + tW2tW1tW2若若R1=R2，C1=C2，则则T= 2tW =1.4RC 对称多谐振荡器：对称多谐振荡器：“多谐多谐”8.3.0 其他多谐振荡器：其他多谐振荡器：8.3.0 其他多谐振荡器：其他多谐振荡器：8.3.0 其他多谐振荡器：其他多谐振荡器：8.3.0 其他多谐振荡器：其他多谐振荡器：8.3.1 8.3.1 R=5k输出级的驱动电流输出级的驱动电流200mA VCC: 4.518V电源及驱动电源及驱动: 美国美国Signetics公司公司 1972年研制，用于年研制，用于取代机械式定时器。取代机械式定

11、时器。 流行的产品主要有流行的产品主要有4个：个： BJT两个：两个：555，556（含有两个（含有两个555）；）； CMOS两个：两个：7555，7556（含有两个（含有两个7555）。）。流行产品流行产品:应用实例应用实例:应用练习应用练习:用一片用一片7556制作一个制作一个“丁冬丁冬”门门铃。铃。本章小结本章小结 1. 从电路结构和工作原理上看，基本从电路结构和工作原理上看，基本RS触发器、触发器、单稳态触发器和多谐振荡器具有相似的形式。但由单稳态触发器和多谐振荡器具有相似的形式。但由于其反馈电路的不同，即基本于其反馈电路的不同，即基本RS触发器采用双侧导触发器采用双侧导线反馈到门电

12、路的输入端，单稳态触发器保留一侧线反馈到门电路的输入端，单稳态触发器保留一侧导线而将另一侧改为带有惰性元件（通常是电容）导线而将另一侧改为带有惰性元件（通常是电容）的反馈网络，多谐振荡器的双侧均改为带有惰性元的反馈网络，多谐振荡器的双侧均改为带有惰性元件的反馈网络，致使三者的工作特性具有本质的区件的反馈网络，致使三者的工作特性具有本质的区别：基本别：基本RS触发器具有两个稳态、单稳态触发器具触发器具有两个稳态、单稳态触发器具有一个稳态，而多谐振荡器没有稳态。有一个稳态，而多谐振荡器没有稳态。 2. 单稳态触发器和多谐振荡器中的暂稳态时间单稳态触发器和多谐振荡器中的暂稳态时间正比于电路的时间常数

13、，也就是说，暂稳态过程通正比于电路的时间常数，也就是说，暂稳态过程通常是由其自身的电路参数决定的，不需要外部的常是由其自身的电路参数决定的，不需要外部的“触发触发”。但在有些情况下，系统中的振荡信号可。但在有些情况下，系统中的振荡信号可能要求与其他信号能要求与其他信号“同步同步”，所以外部的触发信号，所以外部的触发信号有时也是需要的。无论电路的具体结构如何，凡是有时也是需要的。无论电路的具体结构如何，凡是含有含有RC元件的脉冲电路，分析的关键就是电容的元件的脉冲电路，分析的关键就是电容的充放电，而关键连接点就是与电容相连的门电路的充放电，而关键连接点就是与电容相连的门电路的输入端。输入端。 本章小结本章小结 3. 施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门，施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门，属于属于“电平触发电平触发”型电路，它的翻转不依赖于边沿型电路，它的翻转不依赖于边沿陡峭的脉冲。施密特发器有反相传输和同相传输两陡峭的脉冲。施密特发器有反相传输和同相传输两种电路。种电路。555定时器是一种应用广泛的集成电路，定时器是一种应用广泛的集成电路，它是早期模拟电路和数字电路结合的典范。它是早期模拟