脉冲波形的产生与变换(1)
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数字电子技 术基础
制作人：吴亚联 湘潭大学信息工程学院
编辑ppt
1
第十章 脉冲波形的 产生和整形
§10.1 概述
§10.2 施密特触发器 §10.3 单稳态触发器
§10.4 多谐振荡器
§10.5 555定时器及其应用
编辑ppt
2
10.1 概 述
获得矩形脉冲波形的两种方法 ：
1）利用各种形式的多谐振荡器电路， 直接产生矩形脉冲；
(c)当其他脉冲信 号叠加到矩形脉冲 信号时，信号上将 出现附加的噪声。
图1编0辑.2pp.t8 用施密特触发器对脉冲13整形
3.用于脉冲幅度鉴别
例如，输入信号为幅度不等的一串脉冲，需要消除 幅度较小的脉冲，而保留幅度大于Vth的脉冲。
只要将施密特触发器的正向阈值电压VT+调到规定的 Vth，便可实现：
VI1
VO1 VO
VO从VDD跳变为0;
此时对应的VI称为VT-,即负向阈值电压；
R
R
VV 2 •V 1 •V
I1
th RR T RR DD
R1
2
1
2
1
V (1- R )V T
th 编辑ppt
8
2
2、工作波形图和传输特性曲线：
V
VO
IVT
VDD
V+ T-
0
VO
VDD
0
t
0
VT- VT+
VI
R
t
V 2 1 V
利用施密特触发器的回差特性，可以用于 对信号进行整形、波形变换、幅度限幅等。
1.用于波形变换
图10.2.7 用施密特触 发器实现波形变换
编辑ppt
12
2.用于脉冲整形
(a)当传输线上电 容较大时，波形的 上升沿和下降沿将 明显变坏。 (b)当传输线较长而 且接收端的阻抗与 传输线的阻抗不匹 配时，在波形的上 升沿和下降沿将产 生振荡现象。
T
R
th
2
通过调节R1, R2 的比值， 调节回差电压的大小。
编辑ppt
回差电
压
9
*10.2.2 集成施密特触发器
TTL集成施密特触发器 7413
图10.2.3 带与非功能编的辑pTpt TL集成施密特触发器 10
CMOS集成施密特触发器CC40106：
1
VI
VO
编辑ppt
11
10.2.3 施密特触发器的应用
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
着重 1.为什么电路可以自动返回稳态 ?
理解 : 2.在“暂稳态”上停留的时间有多长 ? 该
时间由什么决定 ? 编辑ppt
15
单稳态触发器的电路形式:
单稳态触发器可以由分立元件构 成、门电路构成、还有专门的单稳集 成电路以及由555电路构成等等。
下面介绍门电路组成的单稳态触发器：
?
vo1 应该产生负跳变。 编辑ppt
0
t17
(2) 电路进入暂稳态：
0vO1
vO2 1
vI
vO1
vR
vO2
G1 ≥1
vO1 ＝ 0 ，vO2 ＝ 1, 同时： vI
+5V
电容C应
vo2
1 G2 vR
CR
VDD
R4
该充电
T4 vo1 C
T5
R
VDD 编辑ppt
0
t
vR
Vth
0
t
只要 vR < Vth ，仍 然维持暂稳态。
编辑ppt
16
10. 3. 1 用门电路组成的单稳态触发器
一、微分型单稳态触发器 (1) 稳态：vo1=1，vo2 =0
1.电路组成及工作原理
vI
vO1
vO2
0 t1
t
vo1
G1 ≥1
1 G2
vR
CR
0
vR
t
vI 图10.3.1 VDD
?
0
t
当t1 时刻输入触发信号， vo2
即vI 发生正跳变后，
“回差特性
”V= VT+ - VT-
VOL
VT- VT+
VI
施密特触发器的电编压辑pp传t 输特性
5
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
R2
R1
G1
G2
VI
1
1
VI1
VO1
1
VI
VO
VO
（a）电路
(b)图形符号
1、工作原理：设G1、G2是CMOS电路，阈值电压
Vth=VDD /2, R1< R2 ; VI 为三角波。
18
（3）从暂稳态自动返回稳态
当 vR = Vth时，发生以下正反 vi
馈：(设此时触发脉冲已消失)
C充电 vR
vO2
vO1
0
t1
vo1
wenku.baidu.com
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0
回到稳态：vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
G1 ≥1
0
1 G2
vo2
vR
vI
CR 编辑ppt
0
VDD
t t t t
19
vO1
vO2
vi
G1 ≥1
1 G2 vR
0
t1
vo1
t
CR
vI
VDD
0
t
2. 主要参数计算：
vR
Vth
（1）输出脉冲宽度tW
0
t
即暂稳态维持时间。 vo2
v(0)0,v()V
tW
R
R
RC
DD
0 t1 t2
t
编辑ppt
20
v(0)0,v()V
R
R
DD
RC
v ( t) v ( ) v ( 0 ) v ( ) e t
输入电压VI 由小变大使电路输出发生突变 所对应的值称为VT+,即正向阈值电压；
R
V V 2 •V
I1
RR th
T
1
2 编辑ppt
R
V (1 1 )V
T
R
th
2
7
R2
VI
R1
1
1
VI1
VO1
VO
当VI1>Vth时,电路状态维持VO=VDD不变。
（3）VI上升到最大值后开始下降，当VI1= Vth时，发生正反馈：
编辑ppt
4
10. 2 施密特触发器
施密特触发器(schmitt Trigger)的特点：
（1）属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输出 电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不同 的阈值电平。
（2）在电路状态转换时，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。
VO
VOH
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施 密特触发器 。
编辑ppt
3
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T;
5、下降时间tf
2、脉冲幅度Vm
6、占空比q
3、脉冲宽度tw
q= tw / T
4、上升时间tr
编辑ppt
14
图10.2.9 用施密特触发器鉴别脉冲幅度
10. 3 单稳态触发器
单稳态触发器具有以下特点：
1）电路有一个稳态、一个暂稳态； 2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态转到暂稳态； 暂稳态维持一段时间后，电路会自动返回稳态。 3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与 触发脉冲的宽度和幅度无关。
根据叠加原理：
R
R
V 2 V 1 V
I1 RR I RR O
1
编2辑ppt
1
2
6
R2
VI
R1
1
1
VI1
VO1
R
R
V 2 V 1 V
I1 RR I RR O
1
2
1
2
VO
（1）VI=0时，VO=0, ∴VI1≈0; （2）VI增加到使VI1= Vth时，发生正反馈：
VI1
VO1 VO 使VO迅速跳变为VDD；
制作人：吴亚联 湘潭大学信息工程学院
编辑ppt
1
第十章 脉冲波形的 产生和整形
§10.1 概述
§10.2 施密特触发器 §10.3 单稳态触发器
§10.4 多谐振荡器
§10.5 555定时器及其应用
编辑ppt
2
10.1 概 述
获得矩形脉冲波形的两种方法 ：
1）利用各种形式的多谐振荡器电路， 直接产生矩形脉冲；
(c)当其他脉冲信 号叠加到矩形脉冲 信号时，信号上将 出现附加的噪声。
图1编0辑.2pp.t8 用施密特触发器对脉冲13整形
3.用于脉冲幅度鉴别
例如，输入信号为幅度不等的一串脉冲，需要消除 幅度较小的脉冲，而保留幅度大于Vth的脉冲。
只要将施密特触发器的正向阈值电压VT+调到规定的 Vth，便可实现：
VI1
VO1 VO
VO从VDD跳变为0;
此时对应的VI称为VT-,即负向阈值电压；
R
R
VV 2 •V 1 •V
I1
th RR T RR DD
R1
2
1
2
1
V (1- R )V T
th 编辑ppt
8
2
2、工作波形图和传输特性曲线：
V
VO
IVT
VDD
V+ T-
0
VO
VDD
0
t
0
VT- VT+
VI
R
t
V 2 1 V
利用施密特触发器的回差特性，可以用于 对信号进行整形、波形变换、幅度限幅等。
1.用于波形变换
图10.2.7 用施密特触 发器实现波形变换
编辑ppt
12
2.用于脉冲整形
(a)当传输线上电 容较大时，波形的 上升沿和下降沿将 明显变坏。 (b)当传输线较长而 且接收端的阻抗与 传输线的阻抗不匹 配时，在波形的上 升沿和下降沿将产 生振荡现象。
T
R
th
2
通过调节R1, R2 的比值， 调节回差电压的大小。
编辑ppt
回差电
压
9
*10.2.2 集成施密特触发器
TTL集成施密特触发器 7413
图10.2.3 带与非功能编的辑pTpt TL集成施密特触发器 10
CMOS集成施密特触发器CC40106：
1
VI
VO
编辑ppt
11
10.2.3 施密特触发器的应用
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
着重 1.为什么电路可以自动返回稳态 ?
理解 : 2.在“暂稳态”上停留的时间有多长 ? 该
时间由什么决定 ? 编辑ppt
15
单稳态触发器的电路形式:
单稳态触发器可以由分立元件构 成、门电路构成、还有专门的单稳集 成电路以及由555电路构成等等。
下面介绍门电路组成的单稳态触发器：
?
vo1 应该产生负跳变。 编辑ppt
0
t17
(2) 电路进入暂稳态：
0vO1
vO2 1
vI
vO1
vR
vO2
G1 ≥1
vO1 ＝ 0 ，vO2 ＝ 1, 同时： vI
+5V
电容C应
vo2
1 G2 vR
CR
VDD
R4
该充电
T4 vo1 C
T5
R
VDD 编辑ppt
0
t
vR
Vth
0
t
只要 vR < Vth ，仍 然维持暂稳态。
编辑ppt
16
10. 3. 1 用门电路组成的单稳态触发器
一、微分型单稳态触发器 (1) 稳态：vo1=1，vo2 =0
1.电路组成及工作原理
vI
vO1
vO2
0 t1
t
vo1
G1 ≥1
1 G2
vR
CR
0
vR
t
vI 图10.3.1 VDD
?
0
t
当t1 时刻输入触发信号， vo2
即vI 发生正跳变后，
“回差特性
”V= VT+ - VT-
VOL
VT- VT+
VI
施密特触发器的电编压辑pp传t 输特性
5
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
R2
R1
G1
G2
VI
1
1
VI1
VO1
1
VI
VO
VO
（a）电路
(b)图形符号
1、工作原理：设G1、G2是CMOS电路，阈值电压
Vth=VDD /2, R1< R2 ; VI 为三角波。
18
（3）从暂稳态自动返回稳态
当 vR = Vth时，发生以下正反 vi
馈：(设此时触发脉冲已消失)
C充电 vR
vO2
vO1
0
t1
vo1
wenku.baidu.com
所以,一旦 vR = Vth ,立即 0
回到稳态：vO2= 0, vO1=1。 vR
vO1
vO2
Vth
G1 ≥1
0
1 G2
vo2
vR
vI
CR 编辑ppt
0
VDD
t t t t
19
vO1
vO2
vi
G1 ≥1
1 G2 vR
0
t1
vo1
t
CR
vI
VDD
0
t
2. 主要参数计算：
vR
Vth
（1）输出脉冲宽度tW
0
t
即暂稳态维持时间。 vo2
v(0)0,v()V
tW
R
R
RC
DD
0 t1 t2
t
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20
v(0)0,v()V
R
R
DD
RC
v ( t) v ( ) v ( 0 ) v ( ) e t
输入电压VI 由小变大使电路输出发生突变 所对应的值称为VT+,即正向阈值电压；
R
V V 2 •V
I1
RR th
T
1
2 编辑ppt
R
V (1 1 )V
T
R
th
2
7
R2
VI
R1
1
1
VI1
VO1
VO
当VI1>Vth时,电路状态维持VO=VDD不变。
（3）VI上升到最大值后开始下降，当VI1= Vth时，发生正反馈：
编辑ppt
4
10. 2 施密特触发器
施密特触发器(schmitt Trigger)的特点：
（1）属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输出 电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不同 的阈值电平。
（2）在电路状态转换时，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。
VO
VOH
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施 密特触发器 。
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图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲周期T;
5、下降时间tf
2、脉冲幅度Vm
6、占空比q
3、脉冲宽度tw
q= tw / T
4、上升时间tr
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14
图10.2.9 用施密特触发器鉴别脉冲幅度
10. 3 单稳态触发器
单稳态触发器具有以下特点：
1）电路有一个稳态、一个暂稳态； 2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态转到暂稳态； 暂稳态维持一段时间后，电路会自动返回稳态。 3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与 触发脉冲的宽度和幅度无关。
根据叠加原理：
R
R
V 2 V 1 V
I1 RR I RR O
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2
6
R2
VI
R1
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VI1
VO1
R
R
V 2 V 1 V
I1 RR I RR O
1
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2
VO
（1）VI=0时，VO=0, ∴VI1≈0; （2）VI增加到使VI1= Vth时，发生正反馈：
VI1
VO1 VO 使VO迅速跳变为VDD；