数字电子技术基础

第八章

脉冲波形的产生和整形

8.1施密特触发器8.2单稳态触发8.3多谐振荡器★本章基本内容

在前面各章的讨论中，常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP），等等。事实上，现代电子系统都离不开脉冲信号。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接产生；②利用已有信号变换得到。与产生模拟信号要用模拟振荡器一样，产生脉冲信号要用脉冲振荡器。脉冲波形变换则包括脉冲宽度、幅度、相位及上升和下降时间等等的改变，通过变换，使这些特性符合要求。本章将介绍常用的脉冲变换电路——单稳态触发器和施密特触发器，脉冲产生电路——多谐振荡器，和一种多用途的定时电路——555定时器。第八章

脉冲波形的产生和整形

8.1施密特触发器8.2单稳态触发8.3多谐振荡器*集成施密特触发器*特性与原理*应用举例

一、由门电路构成的施密特触发器施密特触发器是一种能够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。01010111101001100101下限绸阈值宋电压上限喊阈值阀电压回差烈电压浙（滞身后电欺压）既：ΔUT＝UT＋－UT－前面献介绍据的施筑密特厉触发舒器的顺回差欺电压我为：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.斜7V缺点编是回始差太宰小，倡且不兰能调岸整。施密话特触委发器构是具府有滞刷后特渴性的籍数字场传输贞门。①电续路具积有两汤个阈魄值电格压，箱分别齿称为正向鞭阈值脚电压斥和负消向阈雕值电号压，二醉者的奋差值劳称为葵回差扯。输乐出电资平的思变化右滞后很于输建入，罪形成岛回环快。②与偏双稳董态触狼发器茶和单争稳态辟触发壶器不翅同，抵施密碗特触宝发器犹属于察“电平焦触发”型棉电路改，不狂依赖霞于边持沿陡卧峭的现脉冲爹。特点窑：集成芽施密袖特触桥发器二、堆由55映5定时般器构地成的育施密喜特触这发器1、55亿5定时届器4.匀5～16楚V电压控制拥端高电平触发呈端低电平触发胃端复位档端低电平诉有效放电漠端（2）5脚为晚电压愤控制章端，表当其倍悬空腰时，冒比较族器C1和C2的比恒较电丛压分注别为2/简3VCC和1/栗3VCC。（3）2脚，6脚两摧端的运电位抛高低悄控制套比较盏器C1和C2的输笛出，攀从而悉控制RS触发蔽器，去决定宁输出揭状态质。（1）4脚为笑复位宵输入保端，碌当为驾低电东平时则，不朋管其袍他输四入端坐的状货态如侨何，崖输出vo为低终电平需。正柔常工共作时辩，应扛将其须接高疑电平愧。55茫5定时裁器是卸一种债多用置途的吊数字——模拟诵混合剂集成警电路教，可等以方技便的秆构成尚施密航特触纪发器砖，单丧稳态抚触发劫器和诵多谐计振荡烛器。器双极霉型产垂品型戚号最统后数地码为55浪5，CM倡OS型产绘品型袋号最嫌后数叉码为75妹55。55鄙5能在婆宽电典源电故压范永围内毯工作法，可饶承受尸较大辨的负横载电锦流。双极誓型55检5定时机器的涂电源掠电压尖：5~16堤v，最大惨负载尿电流叫：20妇0m件ACM妈OS型75红55定时非器的乏电源陪电压斜：3—乳18明v，最大嗓负载的电流急：4m棚A输入输出RDVI1VI2VOTD状态0低导通1>2VCC/3>VCC/3低导通1<2VCC/3>VCC/3不变不变1<2VCC/3<VCC/3高截止1>2VCC/3<VCC/3高截止CB湖55闷5的功携能表010①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。＞VCC/3＞2狱VCC/301010①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。＜2悲VCC/3＞VCC/311100①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。＜2线VCC/3＜VCC/30011①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。12、由55牧5定时叔器构切成的差施密警特触台发器1.用作减接口颈电路——将缓熄慢变慌化的龙输入匙信号洪，转龄换成肤为符蓬合TT昆L系统逼要求输的脉浊冲波拒形。3、施絮密特遇触发铲器的颜应用波形扯变换:将边群沿变无化缓痕慢的侮周期馆性信趟号变常换为棕边沿艘很陡怕的矩炎形脉阀冲信押号。2.用作区整形学电路——把不呜规则诞的输论入信扒号整逝形成箱为矩跨形脉泛冲。脉冲浪整形腰：在数冒字系惨统中律，矩虾形脉倦冲经平传输瞎后往暖往发讨生波普形畸误变。3.用于送脉冲蒙鉴幅——从一军系列敏幅度折不同鞠的脉探冲信敢号中洪，选右出那柔些幅除度大械于VT+的输商入脉葬冲。小结施密擦特触呀发器邀是一挨种能琴够把跟输入循波形厚整形秋成为揭适合霞于数踩字电须路需蜂要的贼矩形膛脉冲宜的电肢路。吗而且积由于低具有凤滞回诸特性析，所迁以抗独干扰荡能力种也很芽强。施密肚特触生发器捉可以浪由分举立元屡件构保成，奥也可鬼以由腾门电哥路及55报5定时脉器构私成。施密闻特触拢发器乘在脉各冲的蚕产生询和整庙形电芒路中状应用芳很广寺。第八威章机脉蜓冲波绳形的嫌产生魂和整叔形8.称1施密悔特触蓄发器8.绍2单稳污态触饺发8.俱3多谐存振荡师器一、派由门却电路曲构成件的单触稳态柜触发酿器单稳秋态触最发器番在数伍字电锋路中匆一般向用于定时（产美生一驶定宽消度的汗矩形眯波）阶、整形（把鹅不规够则的愈波形延转换涌成宽痒度、茄幅度寺都相穴等的谦波形隆）以部及延时（把俯输入蜡信号补延迟误一定举时间纱后输季出）巴等。单稳均态触屠发器疫具有教下列条特点胀：（1）电典路有乌一个介稳态披和一镜个暂勒稳态扑。（2）在滩外来耍触发思脉冲罗作用送下，飞电路剂由稳菜态翻释转到而暂稳抢态。（3）暂华稳态铅是一园个不懂能长歌久保棒持的自状态先，经惰过一惜段时连间后包，电掏路会刻自动市返回炭到稳称态。烈暂稳秧态的搂持续炕时间搅与触宏发脉忌冲无茫关，展仅决胡定于飞电路猜本身绒的参渠数。0110（1）没五有触摊发信劫号时举电路粒工作闭在稳歌态当没结有触锻发信恰号时丘，ui为低博电平垫。因晴为门G2的输河入端惊经电暴阻R接至VDD，uA为高赏电平春，因茧此uo2为低吩电平浅；门G1的两养个输窜入均胀为0，其屯输出uo1为高肤电平尤，电袖容C两端强的电挪压接暮近为0。这滔是电断路的啄稳态奔，在之触发排信号征到来娱之前洒，电细路一雁直处里于这像个状贤态：uo1＝1，uo2＝0。（2）外殃加触伯发信岔号使过电路授由稳始态翻歼转到畅暂稳截态当正陡触发两脉冲ui到来过时，缓门G1输出uo1由1变为0。由作于电耽容电约压不越能跃还变，uA也随业之跳葵变到惊低电玩平，作使门G2的输数出uO2变为1。这遮个高飘电平滥反馈节到门G1的输慕入端局，此闪时即绑使ui的触殖发信移号撤翻除，茧仍能俗维持齿门G1的低赢电平催输出席。但喉是电妻路的亦这种痒状态纹是不遍能长固久保能持的艳，所档以称描为暂晨稳态鸭。暂朋稳态杂时，uo1＝0，uo2＝1。101（3）电任容充隐电使铁电路顽由暂薯稳态武自动泥返回谅到稳每态在暂柿稳态泳期间悉，VDD经R和G1的导首通工罢作管佛对C充电翅，随佳着充袄电的编进行撕，C上的展电荷泰逐渐世增多更，使uA升高撞。当uA上升陶到阈露值电纲压UT时，G2的输孕出uo2由1变为0。由救于这铜时G1输入汇触发缓信号咏已经受过去闷，G1的输迹出状狸态只木由uo2决定文，所芦以G1又返匙回到铸稳定还的高约电平义输出苦。uA随之地向正肌方向岁跳变害，加带速了G2的输煮出向栋低电表平变握化。苍最后巡寿使电诸路退榨出暂既稳态硬而进箭入稳仅态，慢此时uo1＝1，uo2＝0。0110脉冲咸宽度嘉：tp=0抬.7借RC稳态修时，ui＝1，G1、G2均导均通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。ui负跳屑变到0时，G1截止珍，uo1随之梦跳变截到1。由宏于电死容电仰压不睛能跃闷变，uA仍为0，故蔽门G2截止诞，uo2跳变毯到1。在G1、G2截止埋时，C通过R和G1的导秧通管端放电锣，使uA逐渐通上升用。当uA上升絮到管有子的词开启任电压UT时，杏如果ui仍为印低电雨平，G2导通略，uo2变为0。当ui回到形高电溉平后暴，G1导通略，C又通部过R和G1的导航通管副充电锅，电恳路恢宋复到吵稳定败状态展。74僚12化1的输壳出脉绩冲宽阁度：tp≈0帖.7RCTR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q和Q是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻R（R=1.4kΩ～40kΩ）接在VCC和Rext/Cext之间，外接定时电容C（C=10pF～10μF）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2kΩ的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用时则应将Rin开路。TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和Q是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp≈0.32RC二、接由55怪5定时凑器构片成的歪单稳惜态触范发器接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo＝0。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ui＜VCC/3，使C2＝0，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uo＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。三、否单稳颂态触傅发器陶的应周用延迟百与定新时（1）延孤迟图中撒，u/O的下惊降沿什比ui的下降沿怀滞后肠了时尸间tp。（2）定链时当u/O=1时，辉与门测打开爆，uO=uA。当u/O=0时，祖与门屈关闭淘，uO为低护电平踢。显然例与门些打开舞的时庆间是杯恒定辆不变询的，骨就是外单稳予输出知脉冲u/O的宽场度tp。整形单稳载态触弹发器舞能够量把不俗规则萍的输水入信耻号ui，整紧形成属为幅隙度和规宽度晓都相吗同的贸标准侵矩形占脉冲uO。uO的幅宜度取鹿决于已单稳筐态电精路输祸出的航高、站低电拳平，紧宽度tp决定拳于暂拜稳态谈时间盘。小结单稳陷态触奏发器罗具有袭一个若稳态淋。由现门电邮路构映成的央单稳晕态触坝发器游和基昼本RS触发倚器在洞结构剂上也糕极为狭相似用，只反有用戏于反张馈的救耦合煌网络咐不同漆。单稳华态触热发器框可以栏由门精电路毙构成闲，也耗可以帽由55店5定时独器构林成。却在单遍稳态繁触发眯器中奥，由困一个鸦暂稳机态过辣渡到滤稳态项，其岭“触沃发”恼信号疫也是处由电盈路内伏部电罚容充凑（放碍）电依提供庆的，督暂稳载态的宇持续霞时间柔即脉拨冲宽猾度也队由电揭路的亭阻容毅元件饭决定尚。单稳传态触锹发器唯不能壳自动族地产泉生矩陕形脉培冲，埋但却斩可以江把其弱它形弃状的杜信号初变换波成为米矩形遇波，雁用途冤很广菊。第八机章完脉念冲波上形的饲产生鸟和整辆形8.携1施密央特触皂发器8.配2单稳务态触项发8.扯3多谐缎振荡弯器一、颤由门自电路阅构成骡的多肠谐振怜荡器能产肤生矩桥形脉昌冲的自激振荡孤电路侍叫做茧多谐神振荡精器。1、RC环形脚多谐炎振荡路器第一启暂稳施态及值其自尼动翻尝转的吉工作搂过程在t1时刻胸，ui1（uo）由0变为1，于昨是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由讽于电后容电裤压不匪能跃蓬变，使故ui3必定熊跟随ui2发生当负跳衫变。狠这个科低电堂平保旧持uo为1，以总维持信已进猪入的占这个采暂稳锁态。在这财个暂君稳态刚期间抚，uo2（高电蚂平）榨通过芝电阻R对电洞容C充电指，使ui3逐渐穷上升外。在t2时刻容，ui3上升当到门伍电路径的阈而值电企压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同输样由辱于电蓝容电鸟压不沉能跃伟变，搁故ui3跟随ui2发生串正跳德变。胀这个邻高电间平保持持uo为0。至锤此，福第一艳个暂唐稳态辟结束胀，电记路进伴入第题二个源暂稳嘴态。第二浸暂稳尘态及括其自挎动翻已转的贵工作汉过程在t2时刻枪，uo2变为迹低电症平，调电容C开始技通过丸电阻R放电欺。随数着放派电的连进行蛙，ui3逐渐宿下降嫌。在t3时刻摊，ui3下降薄到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第掠二个软暂稳原态结弊束，德电路庆返回肢到第梳一个姨暂稳按态，待又开欧始重季复前街面的担过程魄。石英教晶体咱的选彻频特辈性有两左个谐纲振频窃率。调当f=fs时，纵为串秘联谐旨振，偏石英扫晶体涌的电恩抗X=0；当f=fp时，雹为并密联谐态振，男石英宣晶体拔的电伏抗无济穷大溜。由晶甚体本壤身的诵特性孩决定抬：fs≈fp≈f0（晶体字的标骨称频凶率）石英椅晶体胞的选径频特浪性极否好，f0十分勿稳定承，其袄稳定宵度可版达10-1棉0～10-1虎1。2、石庙英晶厨体多滔谐振塌荡器串联让式振先荡器R1、R2的作辩用——使两雹个反合相器鸭在静绢态时池都工拳作在穴转折由区，谋成为额具有静很强研放大爷能力防的放备大电因路。对于TT剥L门，节常取R1=R2=0条.7～2k薯Ω，若是CM巩OS门则延常取R1=R2=1捎0～10抄0M娘Ω；C1=C2是耦垫合电被容。石英血晶体稀工作宗在串遣联谐卡振频辈率f0下，槽只有秤频率阳为f0的信泥号才揭能通艘过，给满足绕振荡舰条件强。因壁此，沟电路删的振涨荡频猾率=f0，与外足接元叼件R、C无关肚，所蜓以这亮种电步路振裕荡频构率的鼠稳定坛度很的高。二、良由55户5定时血器构徐成的屠多谐员振荡叶器接通