09数字电子技术基础_6

第六章脉冲波形的产生和整形6.1施密特触发器6.2单稳态触发6.3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。第六章脉冲波形的产生和整形6.1施密特触发器6.2单稳态触发6.3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。1&&DuiuoRS(a)电路(b)工作波形uoui(V)UT+UT－tt001.40.7G1G2G30101（1）ui＝0时，R＝1，S＝0，uo为高电平，这是第一种稳态。1&&DuiuoRS(a)电路(b)工作波形uoui(V)UT+UT－tt001.40.7G1G2G30111（1）ui＝0时，R＝1，S＝0，uo为高电平，这是第一种稳态。（2）ui＝UD=0.7V时，R＝1，S＝1，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。1&&DuiuoRS(a)电路(b)工作波形uoui(V)UT+UT－tt001.40.7G1G2G31010（1）ui＝0时，R＝1，S＝0，uo为高电平，这是第一种稳态。（2）ui上升到UD=0.7V时，R＝1，S＝1，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，R＝0，S＝1，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。1&&DuiuoRS(a)电路(b)工作波形uoui(V)UT+UT－tt001.40.7G1G2G30110（1）ui＝0时，R＝1，S＝0，uo为高电平，这是第一种稳态。（2）ui上升到UD=0.7V时，R＝1，S＝1，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，R＝0，S＝1，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。（4）ui上升到最大值后下降时，若ui下降到UT，R＝1,S=1，RS触发器不翻转，电路仍维持在第二种稳态。1&&DuiuoRS(a)电路(b)工作波形uoui(V)UT+UT－tt001.40.7G1G2G30101（1）ui＝0时，R＝1，S＝0，uo为高电平，这是第一种稳态。（2）ui上升到UD=0.7V时，R＝1，S＝1，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。（3）ui继续上升到UT+=UT=1.4V时，R＝0，S＝1，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。（5）ui继续下降到UT-=UT-UD=0.7V时，R＝1，S＝0，RS触发器翻转，uo为高电平，电路返回到第一种稳态。（4）ui上升到最大值后下降时，若ui下降到UT，R＝1,S=1，RS触发器不翻转，电路仍维持在第二种稳态。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－前面介绍的施密特触发器的回差电压为：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.7V缺点是回差太小，且不能调整。施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。①电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压，二者的差值称为回差。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。②与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。特点：集成施密特触发器(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二、由555定时器构成的施密特触发器1、555定时器1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ4.5～16V电压控制端高电平触发端低电平触发端复位端低电平有效放电端555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。CB555的功能表输入输出RDVI1VI2VOTD状态0低导通12VCC/3VCC/3低导通12VCC/3VCC/3不变不变12VCC/3VCC/3高截止12VCC/3VCC/3高截止555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压：5~16v，最大负载电流：200mACMOS型7555定时器的电源电压：3—18v，最大负载电流：4mA1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ010①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ＞VCC/3＞2VCC/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。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ＜2VCC/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。1&&&COTHTR+VCCuOD5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－2658437RQQ＜2VCC/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。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。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VCC/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。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波形变换:将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。脉冲整形：在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。脉冲鉴幅：可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。小结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。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。第六章脉冲波形的产生和整形6.1施密特触发器6.2单稳态触发6.3多谐振荡器一、由门电路构成的单稳态触发器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。1、微分型单稳态触发器uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥10110（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，uA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。uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥1（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。101uiCuA≥1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥1（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u