第7章 脉冲信号的产生与整形

vI
当vI逐步上升时，vI
R2 R1 R2
vI
也升高，只要 vI VGS(th)，电路保
R2
R1
1
v'I
1
vO
G1
G2
vO
两级CMOS反相器
构成施密特触发器
持在vO 0的稳定状态。
当vI上升使vI ≥ VGS(th)时，G1导通，G2截止，vO VDD，触
发器状态发生翻转，施密特触发器进入第二种稳定状态。此时，
利用施密特触发器可以从输入幅度不等的一串脉冲中去掉 幅度较小的脉冲，保留幅度超过V+的脉冲。只有当输入脉冲信 号的幅度大于施密特触发器上限触发电平时，在输出端才产生 输出信号。
vI
VT＋ VT－
O
t
vO
O
t
用施密特触发器实现脉冲鉴幅
(4) 施密特触发器的特点
施密特触发器属于双稳态触发电路，它具有两个稳定状态。 两个稳定状态的转换都需要外加触发脉冲的推动才能完成。
VT
VT
VT
2
R1 R2
VGS(th)
vI VT－ VGS(thV) T+
施密特触发器 电压传输特性
§7.2.2 集成施密特触发器
VDD
TP1
TP4
TP3
vI
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
TP2 vO'
●
TN1
TN3
TP5
vO''
TN2
VDD
TN5
TP6
1
TN6 vO vI
vO
(b)
(a) 施密特触发器
整形
缓冲输出
CMOS集成施密特触发器电路
vI值为施密特触发器的上限触发电平
VT
R1 R2 R2
VGS(th)
(1
R1 R2
)VGS(th)
只要满足vI VT，电路就稳定在vO VDD的稳定状态。若
vI由最大值下降，则vI
(VDD
vI
)
R1 R1 R2
vI随vI下降而减小。
当vI下降使vI ≤ VGS(th)时，电路发生翻转回到第一种稳定状
态。此时的vI值为施密特触发器的下限触发电平
VT
R1 R2 R2
VGS(th)
R1 R2
VDD，若VGS(th)
12VDD，则
VT
(1
R1 R2
)VGS(th)
vO
只要满足vI VT，触发器就稳定在
2RR12VGS(th)
vO 0的状态。
施密特触发器的上、下限触发电平
的差值称为回差电压(迟滞特性)VT，
vI VT＋ VT－
O
vO
vI
VT＋ VT－
vI
VT＋ VT－
t
O
t
O
t
vO
vO
O (a)
t
O (b)
t
O (c)
t
用施密特触发器实现波形整形
(a) 传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏； (b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡； (c) 受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。
(3) 脉冲鉴幅
输入端微分电路 微分型定时电路
反馈线
Ci v1
G1
&
vO1 C
v2
G2
&
vI
5100pF
Ri
R 330
vO2
(a) 微分型单稳态触发器及其工作波形
(a) 0～t1为稳定状态。
输入端无输入信号触发或触发
输入为高电平。当选取Ri大于3.2kΩ 时，使vI高于开门电平，vO1=0.3V； 选取R小于0.9kΩ，使v2低于关门电 平，vO2=3.6V。触发 器处于稳定状 态（vO1=VOL，vO2=VOH ）。
3. 掌握多谐振荡器的振荡频率与定时元件R、C 取值的关系；
4. 掌握施密特触发器和单稳态触发器的输出电压 与输入电压之间的关系；
§7.2 施密特触发器
§7.2.1 用两级CMOS反相器构成的施密特触发器
当vI 0时，G1截止，vO VDD,
G2导通，vO 0。这是施密特触发
器的第一种稳定状态。
2.2 4.6 6.8
0.3 1.2 1.6
TTL施密特触发器阈值数值
最大值/V
3.6 7.1 10.8
1.6 3.4 5.0
参数
VT＋ VT－
CT5413/7413
CT5414/7414
CT54LS132/74LS132
最小值 /V
最大值/V 最小值/V 最大值/V
最小值 /V
最大值 /V
1.5
2
第7章 脉冲波形的产生与整形
§7.1 概述 §7.2 施密特触发器 §7.3 单稳态触发器 §7.4 多谐振荡器 §7.5 555定时器及其应用
本章教学要求
1. 了解555定时器的结构特点、施密特触发器和单 稳态触发器的性能特点;
2. 理解555定时器的基本功能，多谐振荡器、施密 特触发器和单稳态触发器的工作原理;
图中TP4、TP5及TN4、TN5构成两个首尾相连的反相器，用 来改善输出波形(整形)；TP6和TN6组成输出缓冲级，以提高电路 的带负载能力，同时起隔离作用。
集成施密特触发器上、下限触发器电平典型数值：
CC40106阈值数值
参数名称 VT＋ VT－
VDD/V
5 10 15
5 10 15
最小值/V
Ri
R 330
vO2
(a)
3.6V
vI
0.3V
1.4V 0.3V
v1
3.6V vO1 0.3V
3.6V
v2 0.3V
3.6V tw
单稳态触发器具有稳态和暂态两个不同的工作状态。在外 界触发脉冲作用下，能从稳态翻转为暂稳态，维持一段时间后， 电路又能自动地翻转为稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电 路本身的参数，与外界触发脉冲无关。
§7.3.1 集成门构成的单稳态触发器
根据维持暂态的RC定时电路的不同接法，单稳态触发器可
以分为微分型和积分型两大类。 (1) 微分型单稳态触发器
1.5
2
1.4
2
0.6
1.1
0.6
1.1
0.5
1
§7.2.3 施密特触发器的应用 (1) 波形变换 将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变换成矩形波输出。
vI
VT＋ VT－
O
t
vO
O
t
用施密特触发器实现波形变换
(2) 脉冲整形 当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密 特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。
当 t=t1 时 ， 输 入 端 vI 下 跳 变 ， v1 产生一个负尖峰脉冲，vO1上跳至高 电 平 ， v2 随 之 跳 变 为 高 电 平 ， 使 vO2 为低电平，触发器受触发发生一次
翻转，从而进入暂稳态（vO1=VOL， vO2=VOH）。
反馈线
Ci v1
G1
&
vO1 C
v2
G2
&
vI
5100pF
1、输入信号从低电平上升V-或从高电平下降到V+时，电 路状态就会发生转换。因此施密特触发器属于电平触发的双稳 态电路。
2、电路状态转换时，通过电路内部的正反馈是输出淡雅 的波形边沿变得很陡，利用施密特触发器的这一特性可以完成 对信号脉冲的波形变换、整形、幅度鉴别、脉冲展宽。
§7.3 单稳态触发器