脉冲波形的产生

脉冲波形的产生第1页，共39页，2023年，2月20日，星期四1（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”。2第2页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.2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3第3页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.2.1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10-1所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。图10-1奇数个非门构成的多谐振荡器4第4页，共39页，2023年，2月20日，星期四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。该电路的输出波形如图10-2所示。图10-2图10-1电路的输出波形5第5页，共39页，2023年，2月20日，星期四

假设三个非门的传输延迟时间均为tpd，在某一时刻输出uo由低电平0跳变为高电平1（如图中uo波形的箭头所示），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。由图10-2可见，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。6第6页，共39页，2023年，2月20日，星期四

为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在图10-1电路中引入RC延迟环节，构成如图10-3所示电路。图10-3带RC延迟的多谐振荡器7第7页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.2.2采用石英晶体的多谐振荡器图10-5给出了两种常见的石英晶体振荡器电路。

图10-5石英晶体多谐振荡器8第8页，共39页，2023年，2月20日，星期四例10-1秒脉冲信号产生电路的设计。解：实用的秒脉冲信号产生电路一般均采用图10-5中的两种电路形式。为了得到1Hz的秒脉冲信号，一种是在图10-5（a）电路基础上稍作改动，得到如图10-6所示的电路。图中晶振的谐振频率为4MHz，故输出电压uo2的频率为4MHz，该信号经一个4×106分频电路后得到1Hz的秒脉冲信号uo。分频电路可利用集成计数器实现。9第9页，共39页，2023年，2月20日，星期四图10-6秒信号产生电路(1)10第10页，共39页，2023年，2月20日，星期四另一种是在图10-5（b）电路基础上增加一片集成电路CD4060而得到如图10-7（a）所示的电路。图10-7秒信号产生电路(2)11第11页，共39页，2023年，2月20日，星期四应用电路如下：12第12页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.3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13第13页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.3.1门电路构成的单稳态触发器1．电路结构

图10-8微分型单稳态触发器14第14页，共39页，2023年，2月20日，星期四2．工作原理定性分析

分析单稳态触发器的工作原理，就是分析如何在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳态，然后又如何在电容充放电的作用下，自动返回到稳定状态。（1）在图10-8所示电路中，输入信号uI在稳态下为高电平。考虑到R<ROFF，所以稳态时uI2为低电平，则uo为高电平。与非门G1的两个输入端均为高电平，所以，uo1为低电平，电容C两端的电压近似为0V。只要输入信号保持高电平不变，电路就维持在uo1为低电平，uo为高电平这一稳定状态。（2）假设在t1时刻，输入端有一负脉冲信号出现，即外加触发信号开始作用，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。15第15页，共39页，2023年，2月20日，星期四其工作波形如图10-9所示。

图10-9微分型单稳态触发器的工作波形16第16页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.3.2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,两种单稳态触发器的工作波形如图10-10所示。图10-10两种单稳态触发器的工作波形17第17页，共39页，2023年，2月20日，星期四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。下面以不可重复触发的单稳态触发器74LS121为例加以介绍。图10-11单稳态触发器74LS121

18第18页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.3.3单稳态触发器的应用1．脉冲整形

脉冲信号在传输过程中，常会因干扰导致波形的变化。由于74LS121内部采用了施密特触发（下节介绍）输入结构，故对于边沿较差的输入信号也能输出一个宽度和幅度恒定的矩形脉冲。利用这一特点，可将宽度和幅度不规则的脉冲整形为规则的脉冲，如图10-12所示。

图10-12脉冲整形波形19第19页，共39页，2023年，2月20日，星期四2．定时控制利用单稳态触发器能够输出一定宽度tw的矩形脉冲这一特性，去控制某一系统，使其在tw时间内动作（或不动作），从而起到定时控制的作用。如图10-13所示，在定时时间tw内，D端输出脉冲信号，而在其他时间，D端不输出脉冲信号。图10-13脉冲定时控制20第20页，共39页，2023年，2月20日，星期四3．脉冲延时脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，如图10-14（a）所示，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，如图10-14（b）所示。

图10-14脉冲延时21第21页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.4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22第22页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.4.1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，如图10-15所示，图中同时给出了它们的逻辑符号。图10-15施密特触发器的电压传输特性23第23页，共39页，2023年，2月20日，星期四图10-15施密特触发器的逻辑符号24第24页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.4.2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，如图10-16所示。图10-16波形变换

25第25页，共39页，2023年，2月20日，星期四2．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，作为整形电路时，如果要求输出与输入相同，则可在上述施密特触发输入反相器之后再接一个反相器。整形波形如图10-17所示。图10-17脉冲整形26第26页，共39页，2023年，2月20日，星期四3．幅度鉴别施密特触发器的翻转取决于输入信号是否大于VT+和是否小于VT-。利用这一特点可将它作为幅度鉴别电路。如图10-18所示。图10-18脉冲幅度鉴别27第27页，共39页，2023年，2月20日，星期四4．构成多谐振荡器图10-19给出了由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。该电路的工作原理如下：图10-19施密特触发器构成的多谐振荡器28第28页，共39页，2023年，2月20日，星期四其输出波形如图10-20所示。

图10-20多谐振荡器输出波形29第29页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.5555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的工作原理555定时器构成单稳态触发器的工作原理555定时器构成多谐振荡器的工作原理30第30页，共39页，2023年，2月20日，星期四1．电路结构图10-21555定时器原理图和引脚编号10.5.1电路组成及工作原理31第31页，共39页，2023年，2月20日，星期四2．电路工作原理10.5.1电路组成及工作原理555定时器的功能主要取决于比较器，比较器的输出控制着RS触发器和三极管T的状态。RD为复位端。当RD＝0时，输出uO＝0，T管饱和导通。此时其它输入端的状态对电路无影响。正常工作时，应将RD接高电平。5脚为控制电压输入端。当5脚悬空时，比较器C1、C2的基准电压分别是和。这时，为了滤除高频干扰，提高比较器参考电压的稳定性，通常将5脚通过0.01μF电容接地。如果5脚外接固定电压uIC，则比较器C1、C2的基准电压为uIC和。32第32页，共39页，2023年，2月20日，星期四555定时器能在很宽的电源电压范围内工作。例如：TTL555定时器的电源电压范围为5～18V。此外，555定时器的驱动能力较强，可以吸收和输出200mA电流。因此它可直接用于驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。33第33页，共39页，2023年，2月20日，星期四图10-22555定时器构成施密特触发器10.5.2555定时器构成施密特触发器34第34页，共39页，2023年，2月20日，星期四图10-23图10-22电路的工作波形35第35页，共39页，2023年，2月20日，星期四10.5.3555定时器构成单稳态触发器图10-24555定时器构成单稳态触发器36第36页，共39页，2023年，2月20日，星期四通过上述分析可以看出，它要求触发脉冲的宽度要小于。并且其周期要大于