《数字电子技术基础 第5版》 课件 第7章 脉冲波形的产生与整形

第7章脉冲波形的产生与整形1目录（脉冲波形的产生与整形）7.1概述7.2矩形脉冲的产生7.3集成555定时器7.4施密特触发器7.5单稳态触发器7.6多谐振荡器7.7应用7.8

EDA仿真2理想的时钟信号：标准的矩形波，上升时间和下降时间非常短，可以忽略，幅值和周期固定不变。37.1概述理想的矩形波实际矩形波及主要参数矩形脉冲的主要参数：1.脉冲幅度Vw2.脉冲宽度tw3.脉冲周期T、频率f=1/T4.占空比q=tw/T5.上升时间tr6.下降时间th4矩形波及主要参数脉冲幅度脉冲宽度脉冲周期7.1概述矩形波的产生方法：1.多谐振荡电路：不需要外加触发信号就能在高电平和低电平之间连续交替转换，产生矩形脉冲信号。2.波形变换电路：将已有的周期性信号，比如正弦波信号，通过电压比较器、施密特触发器等电路变换为矩形波信号。57.2矩形脉冲的产生矩形脉冲产生方法示意图集成555定时器：将模拟电路和数字电路相结合的一种器件，外接少许阻容元件，便构成振荡、整形及定时等电路。67.3集成555定时器555定时器电路图555定时器引脚图组成：电阻分压器比较器RS锁存器开关三极管输出缓冲器77.3集成555定时器7.3.1555定时器的电路结构81.电阻分压器无外加电压VCO时，

外加电压VCO时，XXXXVCO7.3.1555定时器的电路结构2.电压比较器C1、C2：由集成运算放大器构成的电压比较器97.3.1555定时器的电路结构电压比较器：集成运放开环1.当V+>V-时，输出为+VOM2.当V+<V-时，输出为-VOM10理想集成运放：集成运放；具有“虚断”的特点。简化的低频等效电路逻辑符号电压传输特性XX7.3.1555定时器的电路结构2.电压比较器C1、C2为集成运算放大器构成电压比较器，将两个触发端与VR1、VR2的比较结果作为锁存器的输入。117.3.1555定时器的电路结构12

4.开关三极管用来构成放电开关。当Q=1时，G3

输出为低电平，V截止；当Q=0时，G3

输出为高电平，V导通。7.3.1555定时器的电路结构1300V截止11V导通7.3.1555定时器的电路结构14

7.3.2工作原理

15功能表引脚图电路图167.3.2工作原理

010177.3.2工作原理

01001187.3.2工作原理

11197.3.2工作原理

01107.3.1555定时器的电路结构20引脚图电路图功能表施密特触发器：具有两个稳定状态，可用于脉冲变换。阈值电压：输出由一个电平向另一个电平跳变时对应的输入电压大小。两个阈值电压：VT+

和VT-，且VT+＞VT-回差电压：

VT=VT+-VT-217.4施密特触发器7.4.1概述反相型施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性7.4.2用555定时器构成施密特触发器22电路图用555定时器构成施密特触发器引脚接线图23工作原理：当vI<VR2

时，vO为高电平；当vI上升到大于VR1时，vO跳变为低电平。当vI>VR1

时，vO为低电平；当vI下降到小于VR2时，vO跳变为高电平。vIvOVR2

VR1

VR2

7.4.2用555定时器构成施密特触发器7.4.3门电路构成施密特触发器24CMOS门电路构成施密特触发器：高电平为VDD，低电平为0V两个反相器阈值电压均为1/2VDD

，并且R1阻值小于R2。vIvOVT-

VT+

戴维南定理00>VTH017.4.3门电路构成施密特触发器25门电路构成施密特触发器同相反相7.4.4集成施密特触发器26双-4输入与非门74LS18四-2输入与非门74LS132六反相器74LS14集成施密特触发器7.4.4集成施密特触发器2774HC14：一种兼容TTL器件引脚、采用施密特触发方式的高速CMOS六反相器74HC14反相器部分参数电压传输特性曲线逻辑符号7.4.5施密特触发器的应用28应用：用于波形变换、整形和鉴幅，也可外接电阻电容构成多谐振荡器。555定时器接成施密特触发器电压传输特性曲线【例题】555定时器连接电路如图所示，若VCC=+15V，输入信号如图所示，要求对应输入波形画出输出波形。输入信号由题可知：上限阈值电压VT+=10V，下限阈值电压VT-=5V7.4.5施密特触发器的应用29步骤：画输出坐标系，标识输出高电平、低电压平。输入波形标识VT+、VT-。确定初始状态。跳变条件：大于VT+，小于VT-。tvO015正弦波转换为矩形波7.4.5施密特触发器的应用30波形整形鉴幅7.4.5施密特触发器的应用31施密特触发器的应用(1)波形变换功能(2)整形功能(3)鉴幅功能单稳态触发器：只有一个稳定状态，在外加触发脉冲的作用下，电路进入暂稳状态，经过一段时间（tW）后，能自动返回稳定状态。单稳态触发器暂稳态维持的时间仅取决于电路本身定时元件的参数，与触发脉冲的宽度无关。327.5单稳态触发器7.5.1概述单稳态触发器产生示意图33电路及工作原理：当加入低电平触发脉冲时，输出vO处于暂稳态，高电平。电容C充电，vC的电压达到VR1时，电路回到稳定状态—低电平。电容C放电，电路保持稳态。7.5.2用555定时器构成单稳态触发器7.5.2用555定时器构成单稳态触发器一阶电路过渡过程的公式推导输出脉冲宽度tW的计算公式vC（∝）=VCCvC（0）=0τ=RCvC（tW）=VR13435脉冲宽度tW：只与R、C有关7.5.2用555定时器构成单稳态触发器无外接控制电压VCO时，则VR1=

2/3VCC，则7.5.3门电路构成单稳态触发器门电路构成单稳态触发器输入高电平触发，稳态时输入低电平，输出高电平。当输入触发信号时，输出暂稳态—低电平。输出vO1跳变为低电平，电容C放电，vO2减小到阈值电压VTH时，输出回到稳态—高电平。1011100VTH1367.5.4集成单稳态触发器74LS121：TTL集成单稳态触发器。74LS121推荐应用电路74LS121功能表脉冲宽度：377.5.5单稳态触发器的应用单稳态触发器可用于脉冲波形的整形、延时、定时。单稳态触发器应用举例38多谐振荡器：具有两个暂稳态，不需要外加触发信号，就能在两个暂稳态之间连续交替转换，产生矩形脉冲信号。产生方式：门电路、石英晶振、555定时器构成的施密特触发器等。397.6多谐振荡器7.6.1概述7.6.2用555定时器构成多谐振荡器40电路图555定时器构成多谐振荡器引脚接线图7.6.2用555定时器构成多谐振荡器41tvctvoVR1VR2555定时器构成多谐振荡器7.6.2用555定时器构成多谐振荡器42一阶电路过渡过程的公式7.6.2用555定时器构成多谐振荡器43无外接控制电压VCO占空比占空比取值为（1/2，1）7.6.2用555定时器构成多谐振荡器44充电时间常数

放电时间常数占空比取值为（1/2，1）7.6.2用555定时器构成多谐振荡器45T=T1+T2=（R1+R2）Cln2振荡周期占空比555定时器构成占空比可调的多谐振荡器调整R2/R1值，可以在不调整振荡周期的情况下调整占空比。7.6.2用555定时器构成多谐振荡器46【例7-1】要求555定时器构成多谐振荡器的占空比至少在20%-80%之间可调，输出信号频率为1kHz，试选择R和C的参数。T=（R1+R2）Cln2振荡周期占空比调整R2/R1值，可以在不调整振荡周期的情况下调整占空比。7.6.2用555定时器构成多谐振荡器47【例7-1】要求555定时器构成多谐振荡器的占空比至少在20%-80%之间可调，输出信号频率为1kHz，试选择R和C的参数。R1+R2=6.6k

因此，满足例题中的指标要求。若取C＝2.2

F，可知：若电位器RP取为4.7k

，R’1和R’2取为1k

；代入占空比公式，可得qmax

85%，qmin

15%

T=（R1+R2）Cln27.6.3门电路构成多谐振荡器48门电路构成多谐振荡器：对称式、非对称式、环形等10tpd1tpd0tpd三个反相器构成的环形振荡器每个门的传输延迟时间：tpd奇数个反相器首尾相连都可以构成多谐振荡器，振荡器频率高、精度低。7.6.3门电路构成多谐振荡器49带RC延迟环节的环形振荡器带RC延迟环节的环形振荡器7.6.4石英晶体振荡器构成多谐振荡器50石英晶体石英晶体特点：当外加信号的频率等于石英晶体的固有频率时，其等效阻抗最小且为纯电阻。石英晶体多谐振荡器：振荡频率由石英晶体的固有频率决定。石英晶体的频率稳定度非常高。石英晶体与反相器构成的多谐振荡器7.7