第8章脉冲信号的产生和整形

1、数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院1第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形8.1 概述概述本章主要介绍在数字电路中用于脉冲产生和整形的本章主要介绍在数字电路中用于脉冲产生和整形的几种基本单元电路。他们是几种基本单元电路。他们是多谐振荡器多谐振荡器、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。表征矩形脉冲波形特性的几个主要参数表征矩形脉冲波形特性的几个主要参数。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25

2、日北京理工大学 信息科学学院2 Um T Tw 0.1Um 0.5Um 0.9Um tr tf 矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数 脉冲脉冲周期周期T在周期重复的脉冲在周期重复的脉冲序序列中，两个相邻脉列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。冲之间的时间间隔。脉冲脉冲幅度幅度Um脉冲电压的最大幅值。脉冲电压的最大幅值。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院3 Um T Tw 0.1Um 0.5Um 0.9Um tr tf 矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数 脉冲脉冲宽度宽度Tw从脉冲从脉冲前沿上升

3、前沿上升到到0.50.5Um起，至脉冲起，至脉冲后后沿下降沿下降到到0.50.5Um为止的一段时间。为止的一段时间。 上升时间上升时间t tr r脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.10.1Um上升到上升到0.90.9Um所需的所需的时间。时间。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院4 Um T Tw 0.1Um 0.5Um 0.9Um tr tf 矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数 下降时间下降时间t tf f脉冲下降沿从脉冲下降沿从0.90.9Um下降到下降到0.10.1Um所需的所需的时间。时

4、间。 占空比占空比q脉冲宽度与脉冲周期的比值脉冲宽度与脉冲周期的比值 。 TTqw数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院58.2 连续矩形脉冲波的产生连续矩形脉冲波的产生8.2.1 环形振荡器环形振荡器矩形波中包含着矩形波中包含着丰富的高次谐波丰富的高次谐波，所以，矩形波发生，所以，矩形波发生器器( (Square Wave-form Oscillator) )又称为又称为多谐振荡器多谐振荡器。它。它没有稳定状态，只有两个暂稳态，故又称没有稳定状态，只有两个暂稳态，故又称无稳态触发器无稳态触发器

5、。 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A + 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院6 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A 在在t = 0t1期间，设输出电压期间，设输出电压uo=1，则则 uo1=0，uo2=1。 t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有

6、延时环节的环形振荡器波形 LHHH随着电容随着电容C充电的进行充电的进行UA上升上升。 当当UAUT时，时，uo=0，uo1=1，uo2=0。进入进入t = t1t2期间。期间。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院7 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A 在在t = 0t1期间，设输出电压期间，设输出电压uo=1，则则 uo1=0，uo2=1。 t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA U

7、T U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 随着电容随着电容C充电的进行充电的进行UA上升上升。当当UAUT时，时，uo=0，uo1=1，uo2=0。进入进入t = t1t2期间。期间。HLLL波形中波形中UUOH。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院8 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A 在在t = t1t2期间，输出电压期间，输出电压uo=0，则则 uo1=1，uo2=0。

8、t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 随着电容随着电容C放电的进行放电的进行UA下降下降。当当UAUT时，时，uo=1，uo1=0，uo2=1。返回返回t = 0t1期间时的情形。期间时的情形。HLLL波形中波形中UUOH。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院9RS100为为输入端串接保护电阻，输入端串接保护电阻，R+ +RS关门电阻关门电阻( (2k2k) )。 G1 G2 G3 C

9、RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 HLLL 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院10计算振荡周期：计算振荡周期： t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 计算振荡周期的计算振荡周期的根据

10、是波根据是波形图，方法是电路理论的三要形图，方法是电路理论的三要素法素法。计算上升段计算上升段ur(t)：)e-(1(0)-)(0)(t)rrrrtuuuuT1r)(UtuTrrr1-)(0)-)(lnUuuut)e-(1(0)-)(0)1rrrTtuuuUur(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院11计算振荡周期：计算振荡周期： t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 计算振荡周期的计

11、算振荡周期的根据是波根据是波形图，方法是电路理论的三要形图，方法是电路理论的三要素法素法。计算下降计算下降uf(t)：tuuuue)(-(0)(t)ffffT2f)(UtuTfff2-)(0)-)(lnUuuut2e)(-(0)(fffTtuuuUuf(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院12 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U

12、 U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 LHHH Trrr1-)(0)-)(lnUuuutur( (0) )= UT-UOH，ur()()= UOHTOHTOH1-2lnUUUUtur(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院13 G1 G2 G3 C RS uo uo1 uo2 100 R 有有 RC 延时电路的环形振荡器延时电路的环形振荡器 A t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延

13、时环节的环形振荡器波形 HLLL Tfff2-)(0)-)(lnUuuutuf( (0) )= UT+UOH，uf()()= 0TOHT2lnUUUtuf(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院14 t t1 0 t uo t t 0 0 0 uo1 uo2 uA UT U U U t2 有延时环节的环形振荡器波形有延时环节的环形振荡器波形 UT=1.4 v, UOH=3 v, =RCT 2.2RCTOHTOH1-2lnUUUUtTOHT2lnUUUtTOHTTOHTOH21-2lnUUUU

14、UUUttT数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院158.2.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器G1和和G2是是CMOS反相器。反相器。RP为输入端串联保护电阻。为输入端串联保护电阻。CMOS反相器的阈值电平反相器的阈值电平VTH =1/2VDD, VOH=VDD, VOL=0。假设假设CMOS反相器的反相器的输入阻抗为输入阻抗为，输出阻抗为输出阻抗为0。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学

15、院16HL T1期间期间: :vO1=VOH, ,vO2=VOL。vI1上升上升,电路在电路在第一暂稳态第一暂稳态。 当当vI1 VTH时：时： vI1vO1vO2进入进入第二暂稳态第二暂稳态: :vO2=1, ,vO1=0。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院17LHT1期间期间: :vO1=VOH, ,vO2=VOL。vI1上升上升,电路在电路在第一暂稳态第一暂稳态。 当当vI1 VTH时：时： vI1vO1vO2进入进入第二暂稳态第二暂稳态: :vO2=1, ,vO1=0。 数字电路数

16、字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院18LH T2期间期间: :vO1=VOL, ,vO2=VOH。vI1下降下降,电路在电路在第二暂稳态第二暂稳态。vI1vO1vO2进入进入第一暂稳态第一暂稳态: :vO2=0, ,vO1=1。 当当vI1 VTH时：时： 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院19HLT2期间期间: :vO1=VOL, ,vO2=VOH。vI1下降下降,电路在电路在第二暂稳态第二暂稳态

17、。vI1vO1vO2进入进入第一暂稳态第一暂稳态: :vO2=0, ,vO1=1。 当当vI1 VTH时：时： 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院20HL ur(t)THrrr1-)(0)-)(lnVuuuTur( (0) )= VTH-VDD，ur()()=VDDTHDDTHDD1-2lnVVVVT数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院21LH THfff2-)(0)-)(lnVuuuTuf

18、( (0) )= VTH+VDD，uf()()= 0THDDTH2lnVVVTuf(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院22VTH = 1/2 VDD, =RFCT = 2RFCln3 2.2RFC THDDTHDD1-2lnVVVVTTHDDTH2lnVVVTTHDDTHTHDDTHDD21-2lnVVVVVVVTTT数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院238.2.3 石英晶体多谐振荡器

19、石英晶体多谐振荡器f0石英晶体的石英晶体的串联谐振频率串联谐振频率。 （a）石英晶体的符号）石英晶体的符号 X 0 f 电感性电感性 电容性电容性 （b）石英晶体的电抗频率特性）石英晶体的电抗频率特性 f0 当频率为当频率为f0时，石英晶体的时，石英晶体的阻抗最小阻抗最小且为且为纯电阻性纯电阻性。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院24 C2 G1 G2 R1 R2 ui2 uo2 uo1 ui1 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 C1 uo G3 晶体晶体 门门G1、G2输入端的噪声电压

20、中一定含有频率为输入端的噪声电压中一定含有频率为f0的成份，由于石的成份，由于石英晶体在此频率时电抗最小，英晶体在此频率时电抗最小，f0频率电压信号容易通过它形成频率电压信号容易通过它形成正正反馈反馈而使电路起振，振荡频率必为而使电路起振，振荡频率必为f0。而其它频率的电压信号经。而其它频率的电压信号经过石英晶体时电抗很高，严重衰减，不足以产生振过石英晶体时电抗很高，严重衰减，不足以产生振荡。可见石英荡。可见石英晶体的晶体的选频特性选频特性极好。极好。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院25

21、C2 G1 G2 R1 R2 ui2 uo2 uo1 ui1 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 C1 uo G3 晶体晶体 G1、G2既可以是既可以是TTL门电路，也可以是门电路，也可以是CMOS门电路。门电路。 实际应用中，实际应用中，C1、C2和和R2均可省略。均可省略。 R1为启振电阻。其数值在为启振电阻。其数值在G1、G2是是TTL门电路时为一门电路时为一至十几至十几k；在；在G1、G2是是CMOS门电路时为门电路时为几几百百k至一至一M。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院268

22、.3 单稳态触发器单稳态触发器 8.3.1 由门电路组成的单稳态触发器由门电路组成的单稳态触发器 单稳态触发器单稳态触发器( (One-shot Trigger) )有一个稳定状态有一个稳定状态和一个和一个暂时稳定状态暂时稳定状态( (简称暂稳态简称暂稳态) )。单稳态触发器单稳态触发器在受到外在受到外信号触发之后信号触发之后会会翻转到翻转到暂稳态暂稳态。单稳态触发器单稳态触发器在暂稳态经历在暂稳态经历一段时间后会自动地返回到一段时间后会自动地返回到原来的稳定状态。原来的稳定状态。单稳态触发器单稳态触发器在在暂稳态持续的时间完全由电路暂稳态持续的时间完全由电路的的参数决参数决定定而而与外加触发

23、信号无关与外加触发信号无关。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院27 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 1. . CMOS微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器CMOS“或非或非”门和微分电路门和微分电路RdCd组成的微分型单稳态组成的微分型单稳态触发器触发器。在在CMOS门电路中近似有：门电路中近似有：UOHUDD，UOL0，UTH=1/2UDD。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信

24、号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院28 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 0 t ui ui2 UDD t 0 uo 0 ud t CMOS 微分型单稳态触发器的波形微分型单稳态触发器的波形 t 0 uo1 t 0 UTH tW (1)(1)稳定状态：稳定状态：无无触发脉冲时，触发脉冲时，ui =0，ud=0，ui2 =UDD, ,故故uo =0，uo1=UDD。这时这时Cd和和C两端均无两端均无电压（电容内没有存储电荷电压（电容内没有存储电荷），），电电路

25、处路处于稳定状态。于稳定状态。 HLLHLL数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院29 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 0 t ui ui2 UDD t 0 uo 0 ud t CMOS 微分型单稳态触发器的波形微分型单稳态触发器的波形 t 0 uo1 t 0 UTH tW (2)(2)暂稳状态：暂稳状态： ui出现正出现正触发脉冲触发脉冲。L HHLH刚翻转刚翻转时，时，uo1=0，ui2 =0，uo

26、=1。以后。以后即使即使ud回到回到“0”电平，电平，uo1仍维持仍维持“0”电平，电平，uo仍维持仍维持“1”电平。电平。H数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院30 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 0 t ui ui2 UDD t 0 uo 0 ud t CMOS 微分型单稳态触发器的波形微分型单稳态触发器的波形 t 0 uo1 t 0 UTH tW (2)(2)暂稳状态：暂稳状态： ui出现正出现正

27、触发脉冲触发脉冲。 LHLH刚翻转刚翻转时，时，uo1=0，ui2 =0，uo =1。以后。以后即使即使ud回到回到“0”电平，电平，uo1仍维持仍维持“0”电平，电平，uo仍维持仍维持“1”电平。电平。 L UDD通过通过R向向C充电，充电，ui2 上升。上升。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院31 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 0 t ui ui2 UDD t 0 uo 0 ud t CMOS

28、微分型单稳态触发器的波形微分型单稳态触发器的波形 t 0 uo1 t 0 UTH tW (2)(2)暂稳状态：暂稳状态： 当当ui2UTH时：时：H LLHLui2 =1，uo =0，uo1=1。 L(3)(3)恢复过程恢复过程：+UDD暂稳态结束时，电容暂稳态结束时，电容C通过电阻通过电阻R和门和门G2内部内部的保护二极管向放电，由于放电时的保护二极管向放电，由于放电时间常数很小，电容上的电压迅速放完而间常数很小，电容上的电压迅速放完而使电路恢复到稳定状态。使电路恢复到稳定状态。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日

29、北京理工大学 信息科学学院32 +UDD C R G1 G2 ui uo uo1 CMOS 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 Rd Cd ui2 ud 0 t ui ui2 UDD t 0 uo 0 ud t CMOS 微分型单稳态触发器的波形微分型单稳态触发器的波形 t 0 uo1 t 0 UTH tW LHLH L(4)(4)暂稳状态持续时间暂稳状态持续时间tw的确定的确定：THrrrw-)(0)-)(lnUuuutur( (0) )= 0，ur()()=UDD，=RC。THDDDDw-lnUUURCtur(t)数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲

30、信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院332. . TTL积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器由由TTL“非非”门门G1和和G2构成。构成。G1和和G2之间接有积分延时环节之间接有积分延时环节RC。 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院34 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 (1)(1)稳定状态：

31、稳定状态：无无触发脉冲时触发脉冲时：ui =0，uo1=1，uA=1，uo =1。这时这时C 两端电压两端电压为为UOH（电容充满电荷（电容充满电荷），），电电路路处于稳定状态。处于稳定状态。 L HHHL 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院35 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 H LHL(2)(2)暂稳状态：暂稳状态： ui变为变为高高电平。电平。刚翻转刚翻转时，时，ui =1，uo1=0，uA=1，uo=0。H 数字电路数字电路分析与

32、设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院36 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 H L L(2)(2)暂稳状态：暂稳状态： ui变为变为高高电平。电平。刚翻转刚翻转时，时，ui =1，uo1=0，uA=1，uo=0。随后随后C通过通过R和和G1放电放电：uA下降下降。 H 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院37 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型

33、单稳态触发器积分型单稳态触发器 H L H(2)(2)暂稳状态：暂稳状态： ui变为变为高高电平。电平。刚翻转刚翻转时，时，ui =1，uo1=0，uA=1，uo=0。随后随后C通过通过R和和G1放电放电：uA下降下降。 当当uAUT时：时：uo=1。 C继续放电，直到继续放电，直到uA=UOL。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院38 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 L H H(3)(3)恢复过程恢复过程： ui变为变为低低电平。电平。此

34、此时，时，ui =0，uo1=1，uA=0，uo=1。 uo1的高电平的高电平UOH通过通过R向向C充电。充电。uA上升直至达到上升直至达到UOH为止为止。 对积分型单稳态触发器，对积分型单稳态触发器，ui触发正脉冲宽度触发正脉冲宽度要大于要大于暂稳态时间暂稳态时间tw。L 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院39 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 L H H(3)(3)恢复过程恢复过程： 恢复的时间要足够长，即恢复的时间要足够长，即ui低低

35、电平持续时间要电平持续时间要足够长足够长。如。如此才能保证电容此才能保证电容C上电压充到上电压充到电电UOH。 对积分型单稳态触发器，对积分型单稳态触发器，ui触发正脉冲宽度触发正脉冲宽度要大于要大于暂稳态时间暂稳态时间tw。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院40 + C R A G1 G2 ui uo uo1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 H L H(4)(4)暂稳态持续时间暂稳态持续时间tw的计算的计算：uf(t)Tfffw-)(0)-)(lnUuuutuf( (0) )=UOH

36、，uf()()=UOL，= (R+R0)C ( (R0为门为门G1的输出内阻的输出内阻) )。TOLOHOL0wln)(UUUUCRRt数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院418.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74LS121的输出脉冲宽度为：的输出脉冲宽度为： Rext的取值在的取值在2k 30k 之间，之间，Cext的取值在的取值在10pF 10 F。 extextextextwCRCRt7 . 02ln数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信

37、号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院42输入输入 输出输出 A1 A2 B Q Q 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的功能表的功能表数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院43输入输入 输出输出 A1 A2 B Q Q 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的功能表

38、的功能表 tw 0 t t t 0 0 0 B Q A1 t A2 tw tw 74121 的工作波形图的工作波形图 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院448.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院458.4 施密特触发器施密特触发器 8.4.1 由门电路组成的施密特触发器由门电路组成的施密特触发器 施密特触发器施密特触发器( (Schmitt Tr

39、igger) )是是脉冲波形变换脉冲波形变换中的常中的常用电路用电路。 施密特触发器属于电平触发施密特触发器属于电平触发。输入信号从低电平上升时输入信号从低电平上升时的转换的转换( (阈值阈值) )电平和从高电平下降时的转换电平和从高电平下降时的转换( (阈值阈值) )电平电平是是不同不同的的。 对于缓慢变化的输入信号，当输入信号达到某一对于缓慢变化的输入信号，当输入信号达到某一阈值电阈值电平平时，输出电平就会发生跳变，即时，输出电平就会发生跳变，即输出电压波形的边沿输出电压波形的边沿变得很陡变得很陡。 数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形

40、2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院461. . TTL“与非与非”门组成的施密特触发器门组成的施密特触发器R1、R2为为分压电阻，其数值不能取得很大分压电阻，其数值不能取得很大且且R1UTLHL ui上升上升时，时，ui，随之上升。当随之上升。当ui，= UT ( (ui UT) )时，时， G1导通导通、G2截截止止, ,uo=UOH。令此时的输入电压令此时的输入电压ui叫做叫做上限转换电平上限转换电平，用，用UT+表示表示。 UT212TTRRR)UU(UuDiDUURRRUT221T在在uo翻转为翻转为高电平前的高电平前的瞬间瞬间uo=0数字电路数字电路分析与设计分析与设计

41、 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院49(1)(1)工作原理工作原理：HLHL ui继续上升继续上升到到高电平：高电平：ui = 1，ui，= 1。G1导通导通、G2截止截止, ,uo=UOH。H输入为输入为高电平高电平时，时，输出为输出为高电平高电平。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院50(1)(1)工作原理工作原理：LHL ui继续上升继续上升到到高电平：高电平：ui = 1，ui，= 1。G1导通导通、G2截止截止, ,

42、uo=UOH。H 如果如果ui从高电平开始从高电平开始下降下降，则在，则在ui下降的过程中下降的过程中，二极管，二极管D始终始终截截止止。所以所以R1、D支路是不通的支路是不通的。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院51(1)(1)工作原理工作原理：UTHLH 当当ui下降下降时，时，只要只要ui UT， G1截止截止、G2导通导通, ,uo=UOL。令此时的令此时的输入电压输入电压ui叫做叫做下下限转换电平限转换电平，用，用UT-表示表示，UT-=UT 。UT数字电路数字电路分析与设计分析与

43、设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院52(1)(1)工作原理工作原理：HLH 当当ui下降下降时，时，只要只要ui UT， G1截止截止、G2导通导通, ,uo=UOL。令此时的令此时的输入电压输入电压ui叫做叫做下下限转换电平限转换电平，用，用UT-表示表示，UT-=UT 。 ui继续下降继续下降到到低电平：低电平：ui = 0，ui，= 0。G1截止截止、G2导通导通, ,uo=UOL。LLL数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息

44、科学学院53(2)(2)滞后特性滞后特性：施密特触发器施密特触发器具有具有一个重要现象一个重要现象，即：，即：在在输入电压输入电压ui上升时与下上升时与下降时，电路输出状态转换所对应的输入电压降时，电路输出状态转换所对应的输入电压阈阈值值不同，一个为不同，一个为UT+，一个为，一个为UT-，这就是施密特触发器所具有的，这就是施密特触发器所具有的滞后特性滞后特性，这种，这种现象又称为现象又称为回差回差。 UT+- -UT-叫做叫做回差电压回差电压，用用UT表表示。即：示。即：UT =UT+-UT-。 ui/V uo/V 0 R1=200 R1=500 R1=800 施密特触发器的电压传输特性施密

45、特触发器的电压传输特性 DUURRRUT221T，UT-=UT。所以：所以：UT =UT+-UT-DUURRT21UT-=UT不同的不同的UT+数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院542. . CMOS反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器G1、G2是是CMOS电路，它们的阈值电压为电路，它们的阈值电压为UTH1/2UDD。 R2 CMOS 反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器 G1 G2 R1 ui ui uo uo R1、R2为为分压电阻分压电阻，且，且R1UTH)

46、)时，电路发生如下正反馈过程：时，电路发生如下正反馈过程： R2 CMOS 反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器 G1 G2 R1 ui ui uo uo (1)(1)工作原理工作原理：UT+UTHLHLUTHui，uouo触发器迅速翻转为触发器迅速翻转为uo=UOHUDD。T212THURRRUuiTH21T)1 (URRU在在uo翻转为翻转为高电平前的高电平前的瞬间瞬间uo=0数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院57 R2 CMOS 反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触

47、发器 G1 G2 R1 ui ui uo uo (1)(1)工作原理工作原理：LHL ui继续上升继续上升到到高电平：高电平：ui = 1，ui，= 1。G1导通导通、G2截止截止, ,uo=UOH。HH输入为输入为高电平高电平时，时，输出为输出为高电平高电平。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院58 当当ui从从UDD下降到下降到ui，=UTH ( (ui UTH) )时，电路发生如下正反馈过程：时，电路发生如下正反馈过程： R2 CMOS 反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器

48、G1 G2 R1 ui ui uo uo (1)(1)工作原理工作原理：UT-UTHHLHUTHui，uouo触发器迅速翻转为触发器迅速翻转为uo=UOL0。212TDDDDTH)(RRRUUUUui在在uo翻转为翻转为低电平前的低电平前的瞬间瞬间uo=UDD数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院59 R2 CMOS 反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器 G1 G2 R1 ui ui uo uo (1)(1)工作原理工作原理：UT-UR10UR201导通导通101当当RD= 0时，时

49、，不论输入不论输入TH( (ui1) )和和TR( (ui2) )为何值为何值，输出输出uo= 0，晶体管晶体管T导通导通。当当ui1UR1= 2/3UCC、 ui2UR2= 1/3UCC时，时，uC1=0，uC2=1，Q=0，输出输出uo= 0，T导通导通。1数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院74 （a） 555 定时器原理图定时器原理图 G1 TD QD +D D +D D G2 G3 C1 C2 5k 5k 5k uC1 uC2 +UCC 8 4 3 uo 7 DD 2 (ui2) T

50、HD 6 (ui1) 5 COD QD UR2 1 UR1 RD TR UR11UR1= 2/3UCC、 ui2UR2= 1/3UCC时，时，uC1=0，uC2=1，Q=0，输出输出uo= 0，T导通导通。当当ui1UR1、ui2UR2时，时，uC1=1，uC2=0，Q=1，输出输出uo= 1，T截止。截止。10数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院75 （a） 555 定时器原理图定时器原理图 G1 TD QD +D D +D D G2 G3 C1 C2 5k 5k 5k uC1 uC2 +U

51、CC 8 4 3 uo 7 DD 2 (ui2) THD 6 (ui1) 5 COD QD UR2 1 UR1 RD TR UR2111当当RD= 0时，时，不论输入不论输入TH( (ui1) )和和TR( (ui2) )为何值为何值，输出输出uo= 0，晶体管晶体管T导通导通。当当ui1UR1= 2/3UCC、 ui2UR2= 1/3UCC时，时，uC1=0，uC2=1，Q=0，输出输出uo= 0，T导通导通。当当ui1UR1、ui2UR2时，时，uC1=1，uC2=0，Q=1，输出输出uo= 1，T截止。截止。当当ui1UR2时，时，uC1=1，uC2=1，Q、uo、T维持原状态维持原状态

52、。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院76 （a） 555 定时器原理图定时器原理图 G1 TD QD +D D +D D G2 G3 C1 C2 5k 5k 5k uC1 uC2 +UCC 8 4 3 uo 7 DD 2 (ui2) THD 6 (ui1) 5 COD QD UR2 1 UR1 RD TR 当当RD= 0时，时，不论输入不论输入TH( (ui1) )和和TR( (ui2) )为何值为何值，输出输出uo= 0，晶体管晶体管T导通导通。当当ui1UR1= 2/3UCC、 ui2U

53、R2= 1/3UCC时，时，uC1=0，uC2=1，Q=0，输出输出uo= 0，T导通导通。UR10UR200导通导通111当当ui1UR1、ui2UR2时，时，uC1=1，uC2=0，Q=1，输出输出uo= 1，T截止。截止。当当ui1UR2时，时，uC1=1，uC2=1，Q、uo、T维持原状态维持原状态。当当ui1UR1、ui2UR2时，时，uC1=0，uC2=0，Q=1、Q=1、uo=0、T导通。导通。此种情形应该禁止此种情形应该禁止。1数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院77输入输入输

54、出输出RDui2( (TR) )ui1( (TH) )uoT的状态的状态00导通导通11/3UCC ui22/3UCC ui10导通导通11/3UCC ui2ui1 2/3UCC保持保持保持保持1ui2 1/3UCCui1 2/3UCC1截止截止1ui2 1/3UCC2/3UCC 2/3UCC时，时，uC1=0 Q=0、Q=1uo=0，回，回到上一个状态到上一个状态。截止截止若若Q=1、Q=0，则，则T截止截止C 充电充电uC。UR1+- -数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院83+UCCUR

55、1UR2ui2ui1uiuouC1uC2uC(1)(1)稳定状态：稳定状态：无无触发脉冲时触发脉冲时ui =1，故，故uC2=1。 111001若若Q=0、Q=1，则，则T导通导通uC0uC1=1, uo=Q=0 。 Q =0 T导通导通uC0uC1=1。 导通导通若若Q=1、Q=0，则，则T截止截止C 充电充电uC。+- -结论：在无结论：在无触发脉冲触发脉冲，即：，即：ui =1时时，无论，无论Q原来的状态如何，最原来的状态如何，最终终Q的状态将为的状态将为0，即：，即：uo=0。此时。此时T导通导通，uC0。 当当uC2/3UCC时，时，uC1=0 Q=0、Q=1uo=0，回，回到上一个

56、状态到上一个状态。1数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院84+UCCUR1UR2ui2ui1uiuouC1uC2uC(2)(2)暂稳态：暂稳态：触发脉冲触发脉冲下降下降沿到达沿到达时时ui =0。0011 ui =0uC2=0Q=1、Q=0 T截止截止uC。uo =1。10截止截止+- -0数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院85+UCCUR1UR2ui2ui1uiuouC1uC2uC1111

57、10截止截止触发脉冲触发脉冲返回返回高电平。高电平。即：即：ui =1uC2=1 。(2)(2)暂稳态：暂稳态：触发脉冲触发脉冲下降下降沿到达沿到达时时ui =0。 ui =0uC2=0Q=1、Q=0 T截止截止uC。uo =1。+- -0数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院86+UCCUR1UR2ui2ui1uiuouC1uC2uC110001截止截止UR1触发脉冲触发脉冲返回返回高电平。高电平。即：即：ui =1uC2=1 。(2)(2)暂稳态：暂稳态：触发脉冲触发脉冲下降下降沿到达沿到达

58、时时ui =0。 ui =0uC2=0Q=1、Q=0 T截止截止uC。uo =1。 当当uC2/3UCC时，时，uC1=0 Q=0、Q=1uo=0。数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院87+UCCUR1UR2ui2ui1uiuouC1uC2uC111001导通导通触发脉冲触发脉冲返回返回高电平。高电平。即：即：ui =1uC2=1 。(2)(2)暂稳态：暂稳态：触发脉冲触发脉冲下降下降沿到达沿到达时时ui =0。 ui =0uC2=0Q=1、Q=0 T截止截止uC。uo =1。 Q = 0T导

59、通导通uC0uC1=1。触发器又回到了稳定状态。触发器又回到了稳定状态。 当当uC2/3UCC时，时，uC1=0 Q=0、Q=1uo=0。+- -1数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院88 tw 0 t ui t t 0 0 uC uo 2/3UCC） 555 单稳态触发器的电压波形图单稳态触发器的电压波形图 THrrrw-)(0)-)(lnUuuutur( (0) )= 0，ur()()=UCC，=RC，UTH=2/3UCC。RCRCt1.1ln3wur(t)暂态时间暂态时间tw的计算的计算

60、：数字电路数字电路分析与设计分析与设计 第第8章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形2021年11月25日北京理工大学 信息科学学院892. .用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将将555定时器的定时器的TH和和TR端接端接在一起作为信号输入端在一起作为信号输入端ui，即，即构成施密特触发器。构成施密特触发器。CO端端所接所接0.01 F电容的电容的目目地地是稳定电压比较器的基是稳定电压比较器的基准电压准电压UR1、UR2。RD直接接电源直接接电源，即，即复位复位无无效效。 1 7 2 6 8 4 3 5 555 UCC 0.01 F F ui uo 555 定时器