数字电子技术基础：第10章_脉冲波形的产生和整形

1、第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器(a)(b)(c)(d)(e)脉冲波形脉冲波形10.1 概述概述狭义地说，狭义地说，脉冲波形脉冲波形是指一种持续时间极短的电压或电流波形；是指一种持续时间极短的电压或电流波形；广义上，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以通称为广义上，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以通称为脉冲波形脉冲波形。10.1 概述概述一、描述矩形脉冲特性的主要参数一、描述矩形脉冲特性的主要参数脉冲电路脉冲电路是用来产生和处理脉冲信号的电路。是用来产生和处理脉冲信号的电路。脉冲电路可以用分立

2、晶体管、场效应管作为开关和脉冲电路可以用分立晶体管、场效应管作为开关和RC或或RL电路构成，电路构成，也可以由集成门电路或集成运算放大器和也可以由集成门电路或集成运算放大器和RC充、放电电路构成。充、放电电路构成。常用的有脉冲波形的产生、变换、整形等电路，如双稳态触发器、单常用的有脉冲波形的产生、变换、整形等电路，如双稳态触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器、射极耦合双稳态触发器（施密特电路）及稳态触发器、自激多谐振荡器、射极耦合双稳态触发器（施密特电路）及锯齿波电路。锯齿波电路。二、获取矩形脉冲的方法二、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

3、形电路多谐振荡器多谐振荡器施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器10.2 施密特触发器施密特触发器（Schmitt Trigger）10.2.1 施密特触发器的特点施密特触发器的特点10.2.2 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 1.电路结构电路结构21210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且，OOITHaIIOIVVVVvVVVV1)(,00大区，故时，进入传输特性的放至当。时，当OHOVV 使电路迅速跳变到THTIITHIVRRVVVRRRVV)(212121 2.工作原理工作原理111,IOIITHIOOVVVVVVVV当时，。当至时，进入传输特性的放大

4、区，故OLOVV 使电路迅速跳变到THTIIIDDTHIVRRVVVRRRVVVV)()(212111THTIVRRVV)(211 THTIVRRVV)1 (21同相输出特性曲线同相输出特性曲线回差电压回差电压: :TTTVVV正向阈值电压正向阈值电压( (上限阈值上限阈值):):负向阈值电压负向阈值电压( (下限阈值下限阈值):):施密特触发器施密特触发器(Schmitt Trigger)(Schmitt Trigger)的主要特点：的主要特点： 1. 1. 输入信号输入信号从低电平上升的过程中从低电平上升的过程中电路状态电路状态转换时对应的转换时对应的输入电平输入电平, ,与输入信号从高电

5、平下降过程中对应的输入转换电平不同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; ;2. 2. 电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡. .电路的电压传输特性电路的电压传输特性 （a a）同相输出同相输出 （b b）反相输出反相输出二、用于鉴幅二、用于鉴幅10.2.3 10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、用于波形变换一、用于波形变换10.3 10.3 单稳态触发器单稳态触发器特点：特点： 有一个有一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳态。 稳态：在没有触发信号作用时，保持某个状态。稳态：在没有触发信号作用时，保持某个状态

6、。 在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态 暂稳态暂稳态 稳态稳态维持一段时间后维持一段时间后自动自动返回稳态。返回稳态。 暂稳态维持的时间长短取决于暂稳态维持的时间长短取决于电路内部电路内部参数参数。10.3.1 门电路门电路组成的单稳态触发器组成的单稳态触发器一、一、微分型微分型DDTHOLDDOHVVVVV210,12,IdOIOVVVVV加触发信号引发正反馈1. 1. 原理分析原理分析稳态。放电至没有电压，恢复电路迅速返回稳态又引起正反馈时充电至CVVVVVVVVVDDOOOOIITHI, 0,11222120,0,0,IdODDIDDOVVVVVVVC上无电压；

7、电路迅速进入电路迅速进入 暂稳态暂稳态11,0,OOVVC开始充电2、性能参数计算性能参数计算输出脉宽输出脉宽：200lnlnln)()()()(RCVVVRCVVVVRCtTHDDDDtwrewdONONDretttCRCRrRt)()/)(53531的时间。充电至从时间）等于输出脉冲宽度（THIOVVV012；稳态下：OHAOHOOIVVVVVV),( ,*110开始放电；进入暂稳态，后，CVVVOOI,*001返回稳态；后，当放至,*1OTHAVVV恢复初始态；重新充电至后，,*OHIVCV 二、二、积分型积分型G1和和G2为为TTL门门1 1、原理分析、原理分析2. 性能参数计算性能参

8、数计算输出脉宽：输出脉宽：THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(0reTRdOretttCRRt)(53的时间。放电至从时间）等于输出脉冲宽度（THOHAOVVVV010.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 电路结构与工作原理电路结构与工作原理 (74 121)微分型单稳微分型单稳控制附加电路控制附加电路集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121功能表功能表200lnlnln)()()()(RCVVVRCVVVVRCtTHCCCCtw可重复触发？不可重复触发？10.4 10.4 多谐振荡器多谐振荡器 自激振荡，不需要外加触发信号自激振荡，不需要外加触发信号1

9、0.4.1 10.4.1 用施密特触发器构成用施密特触发器构成的多谐振荡器的多谐振荡器TTTDDTDD21V0V0RClnVVVVRClnTTTTT1TDDTDD221VVClnRVVVVClnRTTT10.4.2 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器一、工作原理（一、工作原理（TTL）(1)静态（未静态（未振荡）时振荡）时应是不稳定的应是不稳定的二、电压波形二、电压波形三、振荡频率计算三、振荡频率计算的时间从充电开始到充至的时间从充电开始到充至THITHIVVVVT2121212FEFFOHBECCOHERRRRRRVVVVV/)(THEIKEEVVVVCRTln210.4.3 10.4.3 非

10、对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器一、工作原理（一、工作原理（CMOSCMOS）12122111IOOOIIIVCVVVVVV,)(开始放电电路进入第一个暂稳态高。迅速低，而迅速使，则有：有微小由于“扰动”使12122112IOOOIITHIVCVVVVVVV,)(开始充电电路进入第二个暂稳态低。迅速高，而迅速使，则有：至又返回第一个暂稳态。至当,)(THIVV13二、电压波形二、电压波形THDDTHTHDDTHWVVVC:TVVVC:TTTT充充至至充充电电，从从放放至至放放电电，从从脉脉冲冲宽宽度度计计算算： 2121)()()()(lntwVVVVRCt010.4.4 10.4.4 环形

11、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振荡周期振荡周期：T=2*n*tpdN为奇数二、实用的环形振荡器二、实用的环形振荡器2pdRCt第 一 步 ： 增 加积 分 环 节 ， 加 大1CG第二步：为获取更大延迟，将 的接地端改至输出。（TTLTTL）环节因此周期主要计算常数远大于不能太大）（改、通过调整RCTRCRfCRpd,10.4.5 10.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体石英晶体常被用来制作振荡器，在电子线路中常被用来制作振荡器，在电子线路中充当信号源。充当信号源。石英晶体的固有频率只与晶片的几何石英晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸（晶尺寸（晶体

12、体切割的方位，大小和形状）有关，其精度高切割的方位，大小和形状）有关，其精度高而稳定，因此是一种最理想的振荡源材料。而稳定，因此是一种最理想的振荡源材料。石英晶体振荡器制作工艺简单，制作成本很低。石英晶体振荡器制作工艺简单，制作成本很低。只要在石英晶片的两个面上各喷涂一层银只要在石英晶片的两个面上各喷涂一层银( (或或金金) )，然后引出电极并加以封装，就构成了一个，然后引出电极并加以封装，就构成了一个石英晶体振荡器。石英晶体振荡器。 巴黎广播电台首先用巴黎广播电台首先用严济慈严济慈制作的石英振荡片制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采

13、用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。体的最重要应用之一。定时器及其应用定时器及其应用词词 名：名：555 timer中文解释：中文解释：555定时器定时器美国美国Signetics公司公司1972年研制的用于取代机械式年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5k电阻而得名。此电路风靡世界。电阻而得名。此电路风靡世界。目前，流行的产品主要有目前，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：7555，7

14、556（含有两个（含有两个7555）。）。 555定时器是模拟电路与数字电路结合的典范。定时器是模拟电路与数字电路结合的典范。Signetics公司（公司（SIGnal NETwork Integrated Circuits，信号网络集成电路），信号网络集成电路）10.5.1 555定时器定时器 （数（数/模混合模混合IC）一、电路结构一、电路结构 电压比较器（电压比较器（C1, C2）, 触发器（触发器（SR锁存器）锁存器）, 输出缓冲器（输出缓冲器（G3, G4）, OC 输出的三极管（输出的三极管（TD）二、功能表二、功能表(输出与输入关系输出与输入关系)输输 入入输输 出出0XX0导通

15、导通10导通导通1保持保持保持保持11截止截止11截止截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT10.5.2 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工作原理工作原理输输 入入输输 出出0XX0导通导通10导通导通1不变不变不变不变11截止截止11截止截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT?,?,TITIVVVV值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的声控灯声控灯84762513555B2MR用用555555定时器接成单稳态触发器定时器

16、接成单稳态触发器输输 入入输输 出出0XX0导通导通10导通导通1不变不变不变不变11截止截止11截止截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT21211211 (1)31000121310001ICCCCDCCDCCCCCDCVVVVQTVQVQTCVVVVQTCQV稳态时，无触发信号：即可，若通电后导通保持若通电后截止充电至导通放电保持导通稳态：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01100102121QVVCTQVVCCDCC,开始充电截止则降至只要触发时CTQVVVVVDCCCCII,1013121稳态时: VI=1, VO=0, Q=0, TD导通性能参数：性能参数：暂稳态输出的宽度暂稳态输出的宽度3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCw的宽度有何要求？对IV的宽度过宽？若IV)()()0()(lntwVVVVRCt是否可以重复触发？导通稳态：DOITVV,01开始充电截止则降至只要触发时CTQVVVVVDCCCCII,1013121用用555555接成多谐触发器接成多谐触发器输输 入入输输 出出0XX0导通导通10导通导通1不变不变不变不变11截止截止11