第六章 脉冲波形的产生和整形.
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1、第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校 自动化工程系自动化工程系 6.1 概述概述 6.2 施密特触发器施密特触发器 6.3 单稳态触发器单稳态触发器 6.4 多谐振荡器多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用定时器及其应用 6.2 施密特触发器施密特触发器 6.2.1 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 6.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 6.3 单稳态触发器单稳态触发器 6.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器 6.3.2 集成单稳态触发
2、器集成单稳态触发器 6.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器 6.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器 6.4.3 环形振荡器环形振荡器 6.4.4 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 6.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 *6.4.6 压控振荡器压控振荡器 6.4 多谐振荡器多谐振荡器 6.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 6.5.2 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器 6.5.3 用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器 6.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接
3、成的多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用定时器及其应用6.1 概述概述 在数字系统中，矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个在数字系统中，矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个数字系统的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系统能否正常数字系统的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系统能否正常工作。工作。 获得矩形脉冲的方法一般有两种：获得矩形脉冲的方法一般有两种： 一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生需要的矩形一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生需要的矩形波脉冲。波脉冲。 一种是通过整形电路把已有的周期性信号，变换为符合要求的一种是通过整形电路把已有的周期性信号，变换为符合要求的矩
4、形脉冲信号。矩形脉冲信号。 矩形脉冲特性的主要参数矩形脉冲特性的主要参数图图6.1.1 6.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数 T脉冲周期，在周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲间的时间间隔。 Vm脉冲幅度，脉冲电压的最大变化幅度。 tW脉冲宽度，从脉冲前沿上升到0.5Vm开始 到脉冲后沿下降到0.5Vm为止的一段时间。 tr上升时间，脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需的时间。 tf下降时间，脉冲后沿从0.9Vm上升到0.1Vm所需的时间。 q占空比，脉冲宽度和脉冲周期的比值。q=tw/T 6.2 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合
5、于数字电路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。需要的矩形脉冲的电路。 施密特触发器性能的两个重要特点施密特触发器性能的两个重要特点 第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的电平，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的电平，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 第二，电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电第二，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图图6.2.1 6.2.1 用用COMSCOMS反相器
6、构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器（a) a) 电路电路 （b b）图形符号）图形符号 6.2.1 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 将两级反相器串联，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到将两级反相器串联，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了图输入端，就构成了图6.2.16.2.1（a a）的施密特触发器电路）的施密特触发器电路 反相器反相器G G1 1和和G G2 2是是CMOSCMOS电路，阈值电压为电路，阈值电压为 , ,且且R R1 1 R R2 2DDTHV21V v vI I=0=0时，时，G G1 1和和G G2 2接成了正反馈电路，接
7、成了正反馈电路，v vO O=V=VOLOL00，G G1 1的输入的输入v vI I00 v vI I从从0 0升高并达到升高并达到v vI I=V=VTHTH时，时，G G1 1进入电压进入电压传输传输特性的转折区，特性的转折区， v vI I的增加引发如下的的增加引发如下的正反馈，正反馈，v vO O=V=VOHOHVVDDDDv vI I V VOlOl v vO O 正向阈值电压正向阈值电压V VT+ T+ ：v vI I上升过程中电路状态发生转换时对应的电压上升过程中电路状态发生转换时对应的电压TH21TH221TT212THIV)RR1(VRRRVVRRRVv（6.2.16.2.
8、1） v vI I从从V VDDDD下降并达到下降并达到v vI I=V=VTHTH时，时，v vI I的下降引发如下的正反馈，的下降引发如下的正反馈，v vO O=V=VOLOL00v vI I V VOlOl v vO O 负向阈值电压负向阈值电压V VT- T- ：v vI I下降过程中电路状态发生转换时对应的下降过程中电路状态发生转换时对应的电压电压DD21TH221T212TDDDDTHIVRRVRRRVRRR)VV(VVv 将将V VDDDD=2V=2VTHTH带入上式得带入上式得 TH21T)VRR1(V（6.2.26.2.2） 回差电压回差电压V VT T：V VT+T+与与V
9、 VT-T-之差之差 TTTVVV（6.2.36.2.3） 根据式（根据式（6.2.16.2.1）、（）、（6.2.26.2.2）画出电路的电压传输特性图）画出电路的电压传输特性图图图6.2.2 6.2.2 图图6.2.16.2.1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 图图6.2.26.2.2（b b）是以图）是以图6.2.16.2.1（a a）v vO O作为输出端的电压传输特作为输出端的电压传输特性，把这种形式的电压传输特性叫做反相输出的施密特触发器性，把这种形式的电压传输特性叫做反相输出的施密特触发器 【例【例6.2.16.2.1
10、】在图】在图6.2.16.2.1（a a）电路中，如果要求）电路中，如果要求V VT+T+ =7.5V =7.5V，V VT T=5V=5V，试求，试求R R1 1、R R2 2和和V VDDDD的值的值 解：由式（解：由式（6.2.16.2.1）、（）、（6.2.26.2.2）和（）和（6.2.36.2.3）得：）得：5VVRR2V5V.7V)RR1(VTH21TTH21T 解出解出R R2 2=2R=2R1 1，V VTH=TH=5V5V。应取。应取V VDDDD=10V=10V 为保证反相器为保证反相器G G2 2输出高电平的负载电流不超过最大允许电流输出高电平的负载电流不超过最大允许电
11、流)max(OH2THOHIRVV（6.2.46.2.4） 如果如果G G1 1、G G2 2选用选用CC4069CC4069反相器，反相器，V VDDDD=10V=10V，I IOHOH（maxmax）=1.3mA,=1.3mA,由式由式（6.2.46.2.4）得）得85k. 3R211kR22kR12，取 在使用在使用TTLTTL门电路组成施密特触发器时，经常采用图门电路组成施密特触发器时，经常采用图6.2.36.2.3所所示的电路示的电路图图6.2.3 6.2.3 用用TTLTTL门电路接成的施密特触发器门电路接成的施密特触发器 串进的二极管，防止串进的二极管，防止v vO O=V=VO
