电子技术精品课程-数字电路第5章 脉冲信号的产生与整形 40页ppt课件

1、第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页5.1.1 由门电路构成的多谐振荡器由门电路构成的多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。0(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t31 1、RCRC环形多谐振荡器环形多谐振荡器5.1 多谐振荡器多谐振荡器第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和

2、整形 回首页0(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3在t1时刻，ui1uo由0变为1，于是uo1ui2由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，uo2高电平通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uoui1由1变为0，uo1ui2由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui

3、3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页0(a) 电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uoui1又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始

4、重复前面的过程。造 成 振 荡 器 自 动 翻 转 的 原 因 是 电 容 C 的 充 放 电 。振 荡 周 期 为 ： T 2.2RC第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页ui1 uo1 ui2 uo0(a) 电路图& RCuoui1ttt(b) 波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t32 2、CMOSCMOS多谐振荡器多谐振荡器在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随uo发生正跳变，于是ui2uo1由1变为0。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。

5、在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电压UT，使uo1ui2由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2uo1由0变为1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页ui1 uo1 ui2 uo0(a) 电路图& RCuoui1ttt(b) 波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。随着放电的进行，ui1逐渐上升。

6、在t3时刻，ui1上升到UT，使uoui1又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。若 UT0.5VDD，振荡周期为：T1.4RC第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页& R1 C2 R2C1uof(a) 石英晶体多谐振荡器(b) 石英晶体阻抗频率特性0Xf0电容性电感性3 3、石英晶体多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率

7、f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页5.1.2 5.1.2 由由555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1 1、555555定时器定时器1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ电压控制端复位端低电平有效放电端4.516V第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。第第

8、5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/3001第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1

9、、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/31100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=

10、1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 电路(b) 工作波形2 2、由、由555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 接通接通VCC后，后，VCC经经R1和和R2对对C充电。当充电。当uc上升到上升到2VCC/3时，时，uo=0，T导通，导通，C通过通过R2和和T放电，放电，uc下降。下降。当当uc下降到下降到VCC/3时，时，uo又由

11、又由0变为变为1，T截止，截止，VCC又经又经R1和和R2对对C充电。充电。如此重复上述过程，在输出端如此重复上述过程，在输出端uo产生产生了连续的矩形脉冲。了连续的矩形脉冲。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 电路(b) 工作波形tp 10 .7 ( R1+ R2) Ctp20.7R2C1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1

12、G2G3T+2658437RQQ振 荡 周 期 ： T tp1 tp2 0.7(R1 2R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a) 电路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端4脚），当uo1为高电平时振荡器振

13、荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。5.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页& R1 C2 R2C1& f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q155.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用多谐振荡器分频电路第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页本节小结：本节小结：* * 多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，多谐振荡器是一种自激振荡电路

14、，不需要外加输入信号，可以自动地产生出矩形脉冲。可以自动地产生出矩形脉冲。 * * 多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555555定时器构定时器构成。成。 * * 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其其“触发信号是由电路内部电容充放电提供的，因此无需触发信号是由电路内部电容充放电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。 * * 555 555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多定时器是一种应用广泛、使

15、用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。用于脉冲产生、整形及定时等。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页单稳态触发器在数字电路中一般用于定时产生一定宽度单稳态触发器在数字电路中一般用于定时产生一定宽度的矩形波）、整形把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的矩形波）、整形把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形以及延时把输入信号延迟一定时间后输出等。的波形以及延时把输入信号延迟一定时间后输出等。单稳态触发器具有下列特点：单稳态触发器具有下列特点：（1电路有一个稳态和一个暂稳态。电路有一个稳态和一个暂稳态。（2在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。在外来

16、触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电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。定于电路本身的参数。5.2.1 由门电路构成的单稳态触发器由门电路构成的单稳态触发器5.2 单稳态触发器单稳态触发器第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uiCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11、微分型单稳态触发器（1

17、没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。0011第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uiCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP1110（2外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随

18、之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo10，uo21。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uiCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP10011（3电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。

19、由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。脉冲宽度：tp=0.7RC第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uiCuA11uo2RG1G2uo1VDDC1R1电路的改进电路的改进当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uAuo2uiC11(

20、a) 电路(b) 波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP2 、 积 分 型 单 稳 态 触 发 器稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截止时，C通过R和G1的导通管放电，使uA逐渐上升。当uA上升到管子的开启电压UT时，如果ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。当ui回到高电平后，G1导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复到稳定状态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&

21、amp;COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ5.2.2 5.2.2 由由555555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00(a) 电路(b) 工作波形uct02VCC/3输 出 脉 冲 宽 度 tp。 tp 1 .1 R C第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较

22、器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页uo&uiuAuo(a) 电路示意图(b) 波形图单稳态触发器uououiuAtp5.2.5.2. 单稳态触发器的应用

23、单稳态触发器的应用uiuotp第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页本节小结：本节小结：* * 单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本态触发器和基本RS RS 触发器在结构上也极为相似，只有用于触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。反馈的耦合网络不同。* * 单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555555定时定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其其“触发信号也是由电路内部电容充放电

24、提供的，暂触发信号也是由电路内部电容充放电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。* * 单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页5.3.1 5.3.1 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器施密特触发器是一种能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。1&DuiuoRS(a) 电路(b) 工作波形uo

25、ui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G3（1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。00115.3 5.3 施密特触发器施密特触发器第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&DuiuoRS(a) 电路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G30111（2）uiUD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&DuiuoRS(a) 电

26、路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G31100（2）ui上升到 UD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到 UT+=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电路状态不变。（1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&DuiuoRS(a) 电路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G30110（2）ui上升到 U

27、D=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到 UT+=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电路状态不变。（4）ui上升到最大值后下降时，若 ui下降到 UT，R1。S=1，RS 触发器不翻转，电路仍维持在第二种稳态。（1）ui0时，R1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页1&DuiuoRS(a) 电路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G3（1）ui0时，R

28、1，S0，uo为高电平，这是第一种稳态。0011（2）ui上升到 UD=0.7V 时，R1，S1，RS 触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到 UT+=UT=1.4V 时，R0，S1，RS 触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui再上升，电路状态不变。（4）ui上升到最大值后下降时，若 ui下降到 UT，R1。S=1，RS 触发器不翻转，电路仍维持在第二种稳态。（5）ui继续下降到 UT-=UT-UD=0.7V时，R1，S0，RS 触发器翻转，uo为高电平，电路返回到第一种稳态。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首

29、页uoui(b) 逻辑符号(a) 传输特性uiuoUTUT+0下限阈值电压上限阈值电压回差电压滞后电压）：UT UTUT前面介绍的施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺点是回差太小，且不能调整。第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页(a) 40106 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 840106 1 2 3 4 5 6 7VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 11 10 9 84093 1 2 3 4 5 6 7(b) 4093 的引脚排列图VDD 3A

30、 3B 3Y 4Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS(a) 7414 的引脚排列图 14 13 12 11 10 9 87414 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 14 13 12 11 10 9 874132 1 2 3 4 5 6 7(b) 74132 的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页5.3.2 5.3.2 由由555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施

31、密特触发器Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a) 电路(b) 工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。uoui(b) 逻辑符号(a) 传输特性uiuoUTUT+01&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ第第5 5章章 脉冲信号的产生和整形脉冲信号的产生和整形 回首页Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a) 电路(b) 工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当 ui0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0