第6章 脉冲波形的产生与整形

1、第6章 脉冲波形的产生与整形首都师范大学物理系施密特触发器的电压传输特性n回差电压：122TTTTHRVVVVRTHVIvOvODDVTVTHVIvOvODDVTV,OIOIvvvv,OIOIvvvv同相输出反相输出施密特触发器的应用CMOSMOC 等正弦波振荡器11(a) 慢输入波形的 TTL 系统接口(b) 整形电路的输入、输出波形输入输出UT+UT1输入输出UT+UT(c) 幅度鉴别的输入、输出波形(d) 多谐振荡器CRucuouo6.3 单稳态触发器n单稳态触发器的主要特点：n具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；n在外界脉冲的作用下，从稳态翻转为暂稳态；在暂稳态维持一段时间后，将自动返

2、回稳态。n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。n应用：n脉冲整形n延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）n定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）微分型单稳态触发器（1）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。uiCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11u

3、iCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11110（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。uiCuA1(a) 电路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP110011（3）电容

4、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。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=0.7RCuAuo2uiC11(a) 电路(b) 波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。u

5、i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。积分型单稳态触发器6.4 多谐振荡器n多谐振荡器：不需要外加触发信号，能自动产生矩形脉冲的自激振荡电路。n分类：n对称式多谐振荡器n非对称式多谐振荡器n环形振荡器n施密特触发器构成的多谐振荡器n石英晶体多谐振荡器n对称式多谐振荡器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1

6、C1G2G11Ov（1）为了产生自激振荡，电路没有稳定状态。（2）当输入信号有微小的正跳变时，电路进入第一个暂稳态。电路发生的正反馈过程如下：1122IOIOvvvv120,1OOvvC1开始充电、C2开始放电2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov对称式多谐振荡器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1C1G2G11Ov（3）当C1充电到G2的输入阈值电压时，G2导通并引起下述正反馈过程如下，电路进入第二个暂稳态。2211IOIOvvvv121,0OOvvC1开始放电、C2开始充电2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0

7、i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov（4）当C2充电到G1的输入阈值电压时，G1导通；当输入信号有微小的正跳变时，即重复（2）步操作。电路进入第一个暂稳态。因此电路便不停地在两个暂稳态之间往复振荡，在输出端产生矩形输出脉冲。 由于电路结构完全对称，所以第一个暂稳态和第二个暂稳态完全对应。对称式多谐振荡器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1C1G2G11Ov2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov非对称式多谐振荡器（1）在对称式多谐振荡器的基础上进行简化，电路仍然没有稳定状态，在两个暂稳态之间振荡。（2）当输入信号有微小的正跳变时

8、，电路进入第一个暂稳态。电路发生的正反馈过程如下：1122()IOIOvvvv120,1OOvvC开始放电1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11Ov2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11Ov非对称式多谐振荡器（3）当C放电到G1的输入阈值电压时，将引起下述正反馈过程如下，电路进入第二个暂稳态。1122()IOIOvvvv121,0OOvvC开始充电1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11

9、Ov非对称式多谐振荡器（4）当C充电到G1的输入阈值电压时，G1导通；当输入信号有微小的正跳变时，即重复（2）步操作。电路进入第一个暂稳态。 因此电路便不停地在两个暂稳态之间往复振荡，在输出端产生矩形输出脉冲。1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR施密特触发器构成的多谐振荡器（1）施密特触发器的典型特点：电压传输特性存在滞回区。使其输入电压在正/负向阈值电压之间往复变化，即可得矩形脉冲（2）当接通电源瞬间，电容上的初始电压为0，故输出为高电平，C开始充电。（3）当C充电至正向阈值电压时，输出跳变为低电平， C开始放电。（4）当C放电至负向阈值电压时，输出跳变为高电平， C重新开始充电。

10、T+(d) CRucuoIvOvIvOvtt& 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电容性电感性石英晶体多谐振荡器振荡频率等于石英晶体的谐振频率f06.5 555定时器及其应用n555定时器的电路结构与功能n555定时器接成的施密特触发器n555定时器接成的单稳态触发器n555定时器接成的多谐振荡器555定时器的电路结构与功能1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ电平触发端电平触发端电压控制端复位端电平有效放电端4.516V1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C

11、2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T导通。2VCC/3VCC/3000111&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/3VC

12、C/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。1101&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/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。

13、6.5.2 由由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器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。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

14、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。（2）ui升高到 2VCC/3 时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3 以前，uo1uo0 的状态不会改变。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 Q

15、1、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2VCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。（2）ui升高到 2VCC/3 时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3 以前，uo1uo0 的状态不会改变。6.5.3 由由555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。 tp1.1RC图图6.5.4接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充

16、电，当uc上升到2VCC/3时，比较器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。CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 电路(b) 工作波形接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输