第七章_脉冲信号的产生与整形

《数字电子技术基础》第五版第七章脉冲波形的产生和整形《数字电子技术基础》第五版7.1概述一、获取矩形脉冲的方法1.脉冲波形发生电路2.脉冲波形整形电路二、描述矩形脉冲特性的主要参数《数字电子技术基础》第五版555定时器1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～16V《数字电子技术基础》第五版1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ001①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。《数字电子技术基础》第五版1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=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。＞2VCC/3＞VCC/300011《数字电子技术基础》第五版1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=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。＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。110《数字电子技术基础》第五版1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ①R=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。＜2VCC/3＜VCC/311100③R=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。《数字电子技术基础》第五版《数字电子技术基础》第五版1、最简单的环形振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。《数字电子技术基础》第五版2、RC环形多谐振荡器0(a)电路图&&ui1ui2uo2ui3uoRRSCuo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3ui2(uo1)UTt1t2t3《数字电子技术基础》第五版0(a)电路图&&ui1ui2uo2ui3uoRRSCuo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3ui2(uo1)UTt1t2t3在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程《数字电子技术基础》第五版0(a)电路图&&ui1ui2uo2ui3uoRRSCuo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3ui2(uo1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。造成振荡器自动翻转的原因是电容C的充放电。振荡周期为：T≈2.2RC《数字电子技术基础》第五版ui1uo1ui2uo0(a)电路图&&RCuoui1ttt(b)波形图00G1G2ui2(uo1)UTt1t2t33、CMOS多谐振荡器振荡周期为：T≈1.4RC《数字电子技术基础》第五版&&R1C2R2C1uof(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4、石英晶体多谐振荡器振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。《数字电子技术基础》第五版CR1uc847365552510.01μFuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a)电路(b)工作波形5、由555定时器构成的多谐振荡器接通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，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。《数字电子技术基础》第五版CR1uc847365552510.01μFuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a)电路(b)工作波形第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：tp1≈0.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：tp2≈0.7R2C振荡周期：T＝tp1＋tp2≈0.7(R1＋2R2)C《数字电子技术基础》第五版&&R1C2R2C1&f0f1f2f14f32768Hz16384Hz8192Hz2Hz1HzC1C1C1C1FF1FF2FF14FF15Q1Q2Q14Q15多谐振荡器的应用秒信号发生器多谐振荡器分频电路《数字电子技术基础》第五版C1R1uo184736555Ⅰ2510.01μFuo1VCCR2(a)电路(b)工作波形C2R3uo284736555Ⅱ2510.01μFuo2R4C模拟声响电路将振荡器Ⅰ的输出电压uo1，接到振荡器Ⅱ中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器Ⅱ振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器Ⅱ停止震荡。《数字电子技术基础》第五版uoui(b)逻辑符号(a)传输特性uiuoUT－UT+0下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝UT＋－UT－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。《数字电子技术基础》第五版(a)40106的引脚排列图141312111098401061234567VDD4A4Y5A5Y6A6Y1A1Y2A2Y3A3YVSS14131211109840931234567(b)4093的引脚排列图VDD3A3B3Y4Y4B4A1A1B1Y2Y2B2AVSS(a)7414的引脚排列图14131211109874141234567VCC4A4Y5A5Y6A6Y1A1Y2A2Y3A3YGND141312111098741321234567(b)74132的引脚排列图VCC3A3B3Y4A4B4Y1A1B1Y2A2B2YGND集成施密特触发器《数字电子技术基础》第五版由555定时器构成的施密特触发器Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。《数字电子技术基础》第五版Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1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Q＝0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。《数字电子技术基础》第五版Rui84675553251uo1+VCCuiuott00(a)电路(b)工作波形+VCC1uouCOUT+UT－2VCC/3VCC/3控制电压调节回差（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1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Q＝0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。（3）ui下降到2VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q＝1、0Q，uo1=uo=1。此后，ui继续下降到0，但uo1＝uo＝1的状态不会改变。《数字电子技术基础》第五版7.3.3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+UT－1输入输出UT+UT－(c)幅度鉴别的输入、输出波形(d)多谐振荡器CRucu'ouo《数字电子技术基础》第五版单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器《数字电子技术基础》第五版uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥11、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：uo1＝1，uo2＝0。0011《数字电子技术基础》第五版uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥1110（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，uo1＝0，uo2＝1。《数字电子技术基础》第五版uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥10011（3）电容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uo1＝1，uo2＝0。脉冲宽度：tp=0.7RC《数字电子技术基础》第五版uAuo2uiC≥1≥1(a)电路(b)波形RG1G2uo1V