精品课件-数字电子技术-第6章
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X(t)=X(∞)+［X(0+)－X(∞)］e－t/τ (6.1.1) 或
t ln X () X (0 )
X () X (t)
(6.1.2)
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2 施密特触发器
6.2.1 施密特触发器的特点
施密特触发器的主要特点如下：
(1) 施密特触发器具有两个稳定状态。
(2) 施密特触发器具有两个翻转电平，即对正向和反向
当ui从高电平逐渐下降，并且降到 只有0.7 V左右时， iC1开始减小，于是又出现了另一个正反馈过程：
从而使电路迅速返回V1截止、V2饱和导通的状态。
第6章 脉冲波形的产生与变换
同时，由于R3<R2，因而就使得施密特触发器存在回差电
压。如果用 U及 U分 别表示V1由截止变为导通时的输入电
压及V1由导通变为截止时的输入电压，则可得到电路的回差电 压为
增长的输入信号，电路的触发转换电平不同，电路具有回差特
性，如图6.2.1所示。回差电压为
ΔU=U+－U－
(6.2.1)
第6章 脉冲波形的产生与变换
(3) 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使 输出波形的边沿变得很陡。
图 6.2.1 施密特触发器的回差特性
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2.2 门电路构成的施密特触发器 1. 结构及符号 图6.2.2(a)给出了一个用门电路构成的施密特触发器的
U U U
(6.2.5)
图6.2.5给出了7413的电压传输特性。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.5 集成施密特7413的电压传输特性
第6章 脉冲波形的产生与变换
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.3 图6.2.2电路的电压传输特 (a) 同相输出；(b) 反相输出
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2.3 集成施密特触发器 1. 电路组成及符号 图6.2.4给出了TTL电路集成的施密特触发器7413的电路
图及图形符号。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.4 带与非功能的TTL (a) 电路图；(b) 图形符号
假定反相器G1和G2是CMOS电路，它们的阈值电压为
Uth
1 2
U
DD
且R3<R2。
由图6.2.2可知：
U A
R1U o R1
R2U i R2
第6章 脉冲波形的产生与变换
当 U i为低电位时， U A也为低电位，则
U
为高电位，
o1
同时
为U低o电位。所以，通过电阻R2反馈到G1的信号为低电
位0，这时G1的输出为高电位，即
第6章 脉冲波形的产生与变换
2. 工作原理
若三极管发射结的导通压降和二极管的正向导通压降均为
0.7 V，当ui为低电位时，
U
<0.7
be1
V，V1截止，V2饱和导通。
当ui逐渐升高时，uB1也随之升高，若uB1升高到使
>0U.7beV1
时，则V1进入导通，且有如下的正反馈过程：
第6章 脉冲波形的产生与变换
对应的输入电平U++称为电路的正向阈值电压。
(6.2.2)
当 U i
U th
1 2
U
DD
时从，高由电于平逐U渐 A下的降下，降将U引A 发随如之下下的降正并反下馈降过到程：
第6章 脉冲波形的产生与变换
从而使电路的状态迅速翻转为低电平，即Uo=UoL≡0。由 此可以求出输入信号反向增长过程中，电路从高电平翻转到低
电平时，对应的输入电平 为U
U
(1
R1 R2
)U TH
R1 R2
U DD
(1
R1 R2
)U TH
(6.2.3)
第6章 脉冲波形的产生与变换
由式(6.2.2)及式(6.2.3)就可以得到该电路的回差电压
为
U U U
(6.2.4)
图6.2.3给出了图6.2.2所示电路的电压传输特性曲线。
通过改变R1和R2的比值，可以调节回差电压的大小。但是调节 过程中必须保持R1<R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常 工作。
矩形脉冲常作为时钟信号，它控制和协调着整个系统 的工作。为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出图6.1.1中 所标注的几个主要指标。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.1.1 矩形脉冲波形及主要参数
第6章 脉冲波形的产生与变换
3. 脉冲波形产生的机理 脉冲波形是通过惰性电路(如RC电路)的充放电过程而形 成的。图6.1.2给出了两种RC电路的工作情况，图中τ=RC为 RC电路的时间常数，Ts为开关转换时间。当τ<<Ts时，图 6.1.2(a)的输出端就得到一个尖脉冲；当τ<<Ts时，在图 6.1.2(b)的输出端就得到一个矩形脉冲。
=1U。 o1
当
U
i
从0逐渐升高，
U
随之升高且达到
A
(放U大th区)，12 U因 D此D，时U， A由的于增加G将1进引入发了如电下压的传正输反特馈性过的程转：折区
第6章 脉冲波形的产生与变换
于是电路的状态就迅速地转换为Uo=UoH≈UDD。由此可以求 出输入信号正向增长过程中，电路从低电平翻转到高电平时，
第6章 脉冲波形的产生与变换
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.1 概述 6.2 施密特触发器 6.3 单稳态触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用 6.6 本章小结 6.7 例题精选 6.8 自我检测题
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.1 概 述
1. 获取矩形脉冲波形的途径 获取矩形脉冲波形的途径有两种：一种是直接产生所需要 的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变 化波形变换为符合要求的矩形脉冲。 2. 时钟脉冲信号的主要指标
电路。其结构特点是： (1) 它是由两级反相器串接而成的。 (2) 电路通过分压电阻将输出端的电压反馈到输入端，
即有一个正反馈电路。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.2 用CMOS反相器构成的施密特触发器的电路及符 (a) 电路图；(b) 符号
第6章 脉冲波形的产生与变换
2. 工作原理及参数计算
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.1.2 RC暂稳态波形
第6章 脉冲波形的产生与变换
由上述可知，产生脉冲波形的电路必须由两大部分组成： 一部分是惰性电路，另一部分是开关电路。其中开关电路部分 可用来使电路从稳态进入到暂态，惰性电路部分用来产生暂态 的过程，由电路知识，不难得到暂稳态的时间(脉冲宽度tw)的 计算公式。
t ln X () X (0 )
X () X (t)
(6.1.2)
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2 施密特触发器
6.2.1 施密特触发器的特点
施密特触发器的主要特点如下：
(1) 施密特触发器具有两个稳定状态。
(2) 施密特触发器具有两个翻转电平，即对正向和反向
当ui从高电平逐渐下降，并且降到 只有0.7 V左右时， iC1开始减小，于是又出现了另一个正反馈过程：
从而使电路迅速返回V1截止、V2饱和导通的状态。
第6章 脉冲波形的产生与变换
同时，由于R3<R2，因而就使得施密特触发器存在回差电
压。如果用 U及 U分 别表示V1由截止变为导通时的输入电
压及V1由导通变为截止时的输入电压，则可得到电路的回差电 压为
增长的输入信号，电路的触发转换电平不同，电路具有回差特
性，如图6.2.1所示。回差电压为
ΔU=U+－U－
(6.2.1)
第6章 脉冲波形的产生与变换
(3) 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使 输出波形的边沿变得很陡。
图 6.2.1 施密特触发器的回差特性
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2.2 门电路构成的施密特触发器 1. 结构及符号 图6.2.2(a)给出了一个用门电路构成的施密特触发器的
U U U
(6.2.5)
图6.2.5给出了7413的电压传输特性。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.5 集成施密特7413的电压传输特性
第6章 脉冲波形的产生与变换
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.3 图6.2.2电路的电压传输特 (a) 同相输出；(b) 反相输出
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2.3 集成施密特触发器 1. 电路组成及符号 图6.2.4给出了TTL电路集成的施密特触发器7413的电路
图及图形符号。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.4 带与非功能的TTL (a) 电路图；(b) 图形符号
假定反相器G1和G2是CMOS电路，它们的阈值电压为
Uth
1 2
U
DD
且R3<R2。
由图6.2.2可知：
U A
R1U o R1
R2U i R2
第6章 脉冲波形的产生与变换
当 U i为低电位时， U A也为低电位，则
U
为高电位，
o1
同时
为U低o电位。所以，通过电阻R2反馈到G1的信号为低电
位0，这时G1的输出为高电位，即
第6章 脉冲波形的产生与变换
2. 工作原理
若三极管发射结的导通压降和二极管的正向导通压降均为
0.7 V，当ui为低电位时，
U
<0.7
be1
V，V1截止，V2饱和导通。
当ui逐渐升高时，uB1也随之升高，若uB1升高到使
>0U.7beV1
时，则V1进入导通，且有如下的正反馈过程：
第6章 脉冲波形的产生与变换
对应的输入电平U++称为电路的正向阈值电压。
(6.2.2)
当 U i
U th
1 2
U
DD
时从，高由电于平逐U渐 A下的降下，降将U引A 发随如之下下的降正并反下馈降过到程：
第6章 脉冲波形的产生与变换
从而使电路的状态迅速翻转为低电平，即Uo=UoL≡0。由 此可以求出输入信号反向增长过程中，电路从高电平翻转到低
电平时，对应的输入电平 为U
U
(1
R1 R2
)U TH
R1 R2
U DD
(1
R1 R2
)U TH
(6.2.3)
第6章 脉冲波形的产生与变换
由式(6.2.2)及式(6.2.3)就可以得到该电路的回差电压
为
U U U
(6.2.4)
图6.2.3给出了图6.2.2所示电路的电压传输特性曲线。
通过改变R1和R2的比值，可以调节回差电压的大小。但是调节 过程中必须保持R1<R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常 工作。
矩形脉冲常作为时钟信号，它控制和协调着整个系统 的工作。为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出图6.1.1中 所标注的几个主要指标。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.1.1 矩形脉冲波形及主要参数
第6章 脉冲波形的产生与变换
3. 脉冲波形产生的机理 脉冲波形是通过惰性电路(如RC电路)的充放电过程而形 成的。图6.1.2给出了两种RC电路的工作情况，图中τ=RC为 RC电路的时间常数，Ts为开关转换时间。当τ<<Ts时，图 6.1.2(a)的输出端就得到一个尖脉冲；当τ<<Ts时，在图 6.1.2(b)的输出端就得到一个矩形脉冲。
=1U。 o1
当
U
i
从0逐渐升高，
U
随之升高且达到
A
(放U大th区)，12 U因 D此D，时U， A由的于增加G将1进引入发了如电下压的传正输反特馈性过的程转：折区
第6章 脉冲波形的产生与变换
于是电路的状态就迅速地转换为Uo=UoH≈UDD。由此可以求 出输入信号正向增长过程中，电路从低电平翻转到高电平时，
第6章 脉冲波形的产生与变换
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.1 概述 6.2 施密特触发器 6.3 单稳态触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用 6.6 本章小结 6.7 例题精选 6.8 自我检测题
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.1 概 述
1. 获取矩形脉冲波形的途径 获取矩形脉冲波形的途径有两种：一种是直接产生所需要 的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变 化波形变换为符合要求的矩形脉冲。 2. 时钟脉冲信号的主要指标
电路。其结构特点是： (1) 它是由两级反相器串接而成的。 (2) 电路通过分压电阻将输出端的电压反馈到输入端，
即有一个正反馈电路。
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.2.2 用CMOS反相器构成的施密特触发器的电路及符 (a) 电路图；(b) 符号
第6章 脉冲波形的产生与变换
2. 工作原理及参数计算
第6章 脉冲波形的产生与变换
图 6.1.2 RC暂稳态波形
第6章 脉冲波形的产生与变换
由上述可知，产生脉冲波形的电路必须由两大部分组成： 一部分是惰性电路，另一部分是开关电路。其中开关电路部分 可用来使电路从稳态进入到暂态，惰性电路部分用来产生暂态 的过程，由电路知识，不难得到暂稳态的时间(脉冲宽度tw)的 计算公式。