阎石数字电子技术基础第10章山东大学

1、一、获取矩形脉冲的方法一、获取矩形脉冲的方法1. 脉冲波形发生电路脉冲波形发生电路2. 脉冲波形整形电路脉冲波形整形电路二、描述矩形脉冲特性的主要参数二、描述矩形脉冲特性的主要参数施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要的特点：它在性能上有两个重要的特点：输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。电平不同。1. 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程

2、使输出电在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地消除。声有效地消除。10.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器21210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且，用用CMOS反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器I212AIVRRRVVVI=0时，门时，门G1截止，截止，VO1=VDD，

3、门门G2导通，导通，VO=0 只要只要VAVTH，就保证，就保证VO=VDD。VI继续下降，使继续下降，使VAVTH时，又时，又引发另一个正反馈。引发另一个正反馈。O1OAVVV电路的状态迅速转换为电路的状态迅速转换为VO= 0此时的此时的VI为施密特触发器的为施密特触发器的负向阈值电压负向阈值电压VT-212TDDDDTHARRR)VV(VVVTH21DD21TH221TV)RR1(VRRVRRRVTHTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211THTTTVRRVVV212 回差电压回差电压10.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应

4、用一、用于波形变换一、用于波形变换利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可把边利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可把边沿变化缓慢的周期性信号变成边沿很陡的矩形脉冲信号。沿变化缓慢的周期性信号变成边沿很陡的矩形脉冲信号。二、用于脉冲整形二、用于脉冲整形在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，可通在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，可通过施密特触发器整形获得比较理想的矩形脉冲波形。过施密特触发器整形获得比较理想的矩形脉冲波形。三、用于鉴幅三、用于鉴幅单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：有有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态。两个不同的工作状态。在触发

5、脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，暂稳态维在触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，自动返回到稳态。持一段时间后，自动返回到稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。发脉冲的宽度和幅度无关。单稳态触发器在数字电路中的作用：单稳态触发器在数字电路中的作用：定时定时（产生一定宽度的矩形波）。（产生一定宽度的矩形波）。整形整形（把不规则的波形变为规则的脉冲波形）。（把不规则的波形变为规则的脉冲波形）。延时延时（将输入信号延迟一定时间后输出）。（将输入信号延迟一定时间后输出）。G1和和G2为为CMOS门

6、门DDTHOLDDOHVVVVV210,单稳态触发器的暂稳态通常都是靠单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来电路的充、放电过程来维持的。根据维持的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形式或积电路的不同接法（即接成微分电路形式或积分电路形式），又将单稳态触发器分为微分型和积分型两种。分电路形式），又将单稳态触发器分为微分型和积分型两种。稳态时稳态时VI=0，VI2=VDD，Vd=0 所以所以VO=0，VO1=VDD 电容电容C上没有电压。上没有电压。VI上跳，由上跳，由0 1，Cd上的电上的电压不能突变压不能突变 Vd也上跳，也上跳，Cd、Rd快速充电快速充电 Vd快速降为快

7、速降为0 然后然后VI由由1 0，Vd随随VI下跳，下跳，由由0 -VDD，随后，随后Cd放电放电 Vd返回返回0。当当Vd上升到上升到VTH以后，将引以后，将引发如下的正反馈过程发如下的正反馈过程O2I1OdVVVVVO1迅速跳变为低电平，由于迅速跳变为低电平，由于C上的上的电压不能突变，电压不能突变，VI2同时跳变至低电同时跳变至低电平平 VO跳变为高电平，电路进入暂跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使稳态。这时即使Vd回到低电平，回到低电平， VO 的高电平仍将维持。的高电平仍将维持。同时，电容同时，电容C开始充电。开始充电。 VI2逐渐逐渐升高，当升至升高，当升至VI2 = VTH时

8、，又引发时，又引发另外一个正反馈过程。另外一个正反馈过程。1OO2IVVV如如Vd已回到低电平，则已回到低电平，则VO迅速跳变迅速跳变为低电平，为低电平，VO1跳变为高电平，跳变为高电平，VI2跟随跟随VO1上跳。上跳。VI2跟随跟随VO1上跳后，电容上跳后，电容C通过电通过电阻阻R和门和门G2的输入保护电路向的输入保护电路向VDD放电，直至电容上的电压为放电，直至电容上的电压为0，电，电路恢复到稳定状态。路恢复到稳定状态。定量描述单稳态触发器性能的参数：定量描述单稳态触发器性能的参数：脉冲宽度、输出脉冲幅度、恢复时间、脉冲宽度、输出脉冲幅度、恢复时间、分辨时间。分辨时间。（1）脉冲宽度）脉冲

9、宽度twRC69. 02lnRCVV0VlnRCVVVVlnRCtTHDDDD)t()()0()(wmOHOLDDVVVV（3）恢复时间）恢复时间treVO返回低电平后，要等到电容返回低电平后，要等到电容C放放电完毕才恢复为起始的稳态，一般电完毕才恢复为起始的稳态，一般认为经过认为经过35倍电路时间常数的时间倍电路时间常数的时间以后，以后，RC电路已基本达到稳态。电路已基本达到稳态。CR)53(C)Rr/R)(53(tONON1Dre（4）分辨时间分辨时间td分辨时间分辨时间td是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔。个

10、相邻触发脉冲之间的最小时间间隔。dWrettt一、一、TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器控制附加电路微分型单稳74121的电路结构的电路结构extextwCR69. 0t输入输入输出输出0 01 10 01 10 01 10 01 10 00 01 11 11 10 01 11 11 11 11 11 10 00 0O vBOv1A2ARextOvBextCOvA1A2GNDCCV74121intRextC163475910111474121的逻辑符号的逻辑符号输入输入输出输出0 01 10 01 10 01 10 01 10 00 01 11 11 10 01 11 11 11 11 1

11、1 10 00 0O vBOv1A2A74121的工作波形图的工作波形图集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部连接方法的外部连接方法使用外接电阻使用外接电阻Rext (下降沿触发）下降沿触发）使用内部电阻使用内部电阻Rint (上升沿触发）上升沿触发）目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。型两种。不可重复触发型不可重复触发型可重复触发型可重复触发型Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121+VCCCRUItUItUO1、脉冲整形、脉冲整形

12、单稳态触发器的作用：单稳态触发器的作用：UI+VCCUO2VCCUOBA1A2C1R1UO（1）VCCUOBA1A2C2R2UO（2）7412174121tUItUO1tUO2tUO1TW1TW22、输出脉冲延时、输出脉冲延时3、定时输出、定时输出UIUO2UABA1A2UO74121&tUItUAtUOTWUO2t只在触发之后的只在触发之后的TW 时间内有时间内有UA 输出。输出。10.4.3 环形振荡器环形振荡器一、最简单的环形振荡器一、最简单的环形振荡器pdpdnt2t6T振荡周期振荡周期n为反相器的个数为反相器的个数这种振荡器不实用，因为：频率不易调节，低频信号不易产生。这种振

13、荡器不实用，因为：频率不易调节，低频信号不易产生。二、改进的环形振荡器二、改进的环形振荡器增加增加RC延迟环节，增大延迟环节，增大tpd2为了进一步加大为了进一步加大RC电路的充、放电时间，将电路的充、放电时间，将C的接地端改的接地端改接到接到G1的输出端上。的输出端上。环节因此周期主要计算常数远大于改、通过调整RC,TRCfCRpd10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器TTTDDTDDVVRCVVVVRCTTT?调节调节R、C可改变振荡频率。可改变振荡频率。TDDTDDTDDTDDVVVVCRVVVVCRTTTlnln1221占空比可调的多谐振荡器占空比可

14、调的多谐振荡器充电经过充电经过R2 ，放电经过，放电经过R110.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率f f十分稳定，十分稳定，（如数字钟的秒脉冲频率）。上述电路的（如数字钟的秒脉冲频率）。上述电路的 f f 都达不到要求。都达不到要求。最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体石英晶体，构成，构成石英晶体多谐振荡器。石英晶体多谐振荡器。石英晶体的固有振荡频率石英晶体的固有振荡频率 fo fo 由结晶方向、外形尺寸由结晶方向、外形尺寸决定；频率稳定度（决定；频率稳定度（fo

15、 / fo)fo / fo)可达可达1010-10-101010-11 -11 。当外加电压的频率当外加电压的频率f = fo f = fo 时时，其电抗，其电抗 X=0 X=0 。将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。当当石英晶体石英晶体的频率的频率f = fo f = fo 时时，反馈最强，电路才起振。，反馈最强，电路才起振。结果：结果： f = fo f = fo 。fofo一般都很高，应利用分频器将一般都很高，应利用分频器将fofo分频为所需频率。分频为所需频率。555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能

16、模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成极方便地构成施密特触发器施密特触发器、单稳态触发器单稳态触发器和和多谐振荡器。多谐振荡器。应用领域：应用领域：波形的产生和变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等。波形的产生和变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等。555定时器产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的定时器产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的3位数码都是位数码都是555，所有，所有CMOS产品型号最后的产品型号最后的4位数码都是位数码都是7555。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。 555 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能一、电路结

17、构一、电路结构由电压比较器（由电压比较器（C1,C2） 、触发器、输出缓冲器（、触发器、输出缓冲器（G3,G4）、）、OC输出的三极管（输出的三极管（TD）组成）组成入的关系）二、功能表（输出与输输 入输 出0XX0101不变1111CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT10.5.2 10.5.2 用用555555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器1. 电路结构电路结构将将555定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。即可得到施密特触发器。2. 工作原理

18、工作原理CCV31CCV32CCV31CCV32CC31VCC31VIvOovCC32V10.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器保持放电导通充电至截止若通电后保持导通若通电后即可，稳态时，无触发信号：0Q1V1VCT0Q0VV32VCT1Q0Q1V1V0VT0Q)1VV31(1V2C1CD1CCCCD2C1CCD2CCCI导通稳态：DOITVV,01）已经回到高于时（假定此时充至当CCICCCVVVV3132保持开始放电至导通则0Q1V1V0CT,0V,0Q1V0V2C1CDO2C1C开始充电截止则降至只要触发时CT,1V,1Q0V1V,V31VVDO2C1CCCII3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCw的宽度有何要求？对IV的宽度过宽？若IV性能参数：性能参数：暂稳态输出的宽度暂稳态输出的宽度RC1 . 110.5.4 10.5.4 用用555555接成多谐振荡器接成多谐振荡器充电，进入一个暂稳态对经截止，为低电平。刚合上电源时，CRRVT1V0Q1Q0V1VV21CCDO2C1CC，保持，时，充电到1V1VV32VV31