脉冲产生与整形电路

总结 施密特触发器是一种双稳态触发电路,输出有两个稳定 的状态,但与一般触发器不同的是: 施密特触发器属于电平触发； 对于正向增加和减小的输入信号,电路有不同的阀值电 压UT＋和UT－,也就是引起输出电平两次翻转(1→0和0→1)的 输入电压不同,具有如图所示的滞后电压传输特性,此特性又 称回差特性。
n 当 从0逐渐升高并达到 = VTH时，由于G1进入了 电压传输特性的转折区（放大区），所以 的增加
将引发如下的正反馈过程。
n 当 从高电平VDD逐渐下降并达到时， 的下降会引 发又一个正反馈过程。
n 通过改变R1和R2的比值可以调节 、 和回差电压 的大小。但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁 状态，不能正常工作。
多谐振荡器是一种无稳态的自激振荡电路，不需要 外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。 单稳态触发器具有一个稳态，施密特触发器是具有 回差特性的双稳态触发器。它们不能自动地产生出矩 形脉冲，但却可以把其他形状的信号变成矩形波。
重点：555的各种电路构成，参数计算，应用场合。
00
不定
RD(4) 0 1 1 1
输入
UTH(6)
>2VCC/3 <2VCC/3 <2VCC/3
UTR(2)
>VCC/3 >VCC/3 <VCC/3
输出
uO(3) TD状态
低
导通
低
导通
不变 不变
高
截止
6.2.2 由555定时器构成输的入施密特触发器 输出
RD(4)
UTH(6)
UTR(2)
uO(3)
CMOS多谐振荡器
若UT=0.5UDD，则振荡周期为：
T≈ 1.4RC
6.3.3 石英晶体多谐振荡器
以上振荡器的频率稳定性不高，在要求振荡频率精确的场合， 常采用石英晶体多谐振荡器
石英晶体电抗频率特性：外加电压频率为f0时阻抗最小。
所以频率为f0的电压信号最容易通过它，并在电路中形成正反馈， 而频率不是f0的电压信号被衰减。
6.3.1 用555定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成
TD
R1、R2、C是外接定时元件，改变 其值，可以改变振荡频率。
三、振荡频率计算
T
第一个暂稳态的脉冲宽度tw1， 即uc从UCC/3充电上升到2UCC/3
所需的时间：
tw1=0.7(R1+R2)C
第二个暂稳态的脉冲宽度tw2， 即uc从2UCC/3放电下降到UCC/3
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。
△U＝ UT＋－ UT－＝ － ＝
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。
此时，UT＋=UM,UT－=UM/2
6.2.4 集成施密特触发器
国产CMOS集成施密特触发器常用电路有 CC40106（六反相器）和CC4093（四2输入与非 门）。
国产TTL集成施密特触发器常用电路有7414、 74LS14（六反相器）和74132、74LS132（四2 输入与非门）及7413、74LS13（二4输入与非门 ）。
(a)逻辑图
解：由CB555的特性参数可知，当电源电压取5V时，在100mA的 输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取VCC=5V可以满足对 输出脉冲幅度的要求。
四、占空比可调电路
UDD
R1
R2
i放
RA Rw
V1 RB
V2 +
C
84
T7D
3
6
5
2
1
i充
uo 0.01m F
将前边电路稍加改 动 ,就 可 得 到 占 空 比 可 调 的 多 谐 振 荡 器 ,如 图
输入 UTH(6)
>2VCC/3 <2VCC/3 <2VCC/3
UTR(2)
>VCC/3 >VCC/3 <VCC/3
稳态 暂稳态
输出
uO(3) 低
TD状态 导通
低
导通
不变
不变
高
截止
暂稳态时间(输出脉冲宽度 tp ≈ 1.1 RC
为了使电路能正常工作，要求外加触发脉冲的宽 度τCP小于tP。且负脉冲的数值一定要低于UCC/3。为此
微分型单稳态触发器
由与非门构成的微分型电路
若UT=0.5UDD，则暂稳态的脉冲宽度为： 要求输入触发信号
ui的脉冲宽度小于
Tp≈ 0.7RC
输出脉冲u02的宽 度，否则会使u02
的下降沿变缓。
积分型单稳态触发器
由与非门构成的电路
若UT=0.5UDD，则暂稳态的脉冲宽度为：
要求输入触发
Tp≈ 0.7RC
第6章 脉冲产生与整 形电路
内容提要：
本章在简单介绍555定时器后，主要讲述了由 555定时器构成的施密特触发器、多谐振荡器和单稳 态触发器，简要的介绍了由逻辑门电路构成施密特 触发器、多谐振荡器和单稳态触发器的三种脉冲产 生和整形电路，并对上述电路的数字集成芯片和相 关应用进行了详细的说明。
6.1 概 述
比较器C2的基准电平为 。
工作中若不使用控制端，应通过0.01μF电容接地。
比较器
比较器C1、C2是两个结 构完全相同的高精度电压 比较器。当U+>U-时，输出 为高电平“1”，当U+<U-时，
输出为低电平“0”。
基本RS触发器
由两个与非门组成， 它的状态由两个比较器输 出控制。
01
0
10
1
11
不变
一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直 接产生所需要的矩形脉冲；
另一种则是通过各种整形电路把已有的周 期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲，如 施密特触发器、单稳态触发器等整形电路。
6.2 施密特触发器
1、定时器电路结构
复位端 低电平有效
双极型：5～16 V CMOS：3～18 V
输出缓冲级
电压 控制端
所示。在图中加了电位 器 Rw,并 利 用 二 极 管 V1 和 V2将 电 容 C的 充 、 放 电 回 路 分 开 ,充 电 回 路 为R1、V1和C,放电回路 为C、V2和R2。
6.3.2 由逻辑门电路构成的多谐振荡器
图中G1、G2两个反相器之间经电容C1和C2耦合形 成正反馈回路。使G1和G2工作在电压传输特性的转折 区，这时，两个反相器都工作在放大区。由于G1和G2 的外部电路对称，因此又称为对称多谐振荡器。
手控蜂鸣器
电路的振荡是通过控制555的复位端4脚实现的。按下S，4脚接高电 平，电路产生振荡输出音频信号，扬声器发声。松开S后，电容C3通过 R3放电，直到复位端4脚变为低电平时电路停振。R3、C3为延时电路， 改变它们的值可以改变延迟时间。该电路可用作电子门铃、医院病床用 呼叫等。
时钟脉冲信号
如图示彩灯循环控制电路。CD4017是一块十进制计数/分配器。随 着时钟脉冲的输入，IC2的输出端Q0~Q9一次出现高电平，所以发光二
极管LED1~LED10依次点亮形成移动的光点，并不停地循环下去。
6.4 单稳态触发器
6.4.1 用555定时器构成单稳态触发器
单稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉 冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后， 自动返回到稳态。
一、电路组成及工作原理
触发脉冲
TD
RD(4) 0 1 1 1
00
不定
输出缓冲级
由反相器构成输出缓 冲级，其作用是提高定时 器的带负载能力，一般可 驱 动 两 个 TTL门 电 路 。 同 时输出级还起隔离负载对 定时器影响的作用。
晶体管开关
由晶体管TD构成，它的状态受Q控制， 当Q=0时TD截止，当Q=1时，TD导通。
2、电路基本功能
01
0
10
1
11
不变
上限阈值电压
下限阈值电压
回差电压（滞后电压）： ΔUT＝ UT＋－UT－
6.3 多谐振荡器
是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要 外加触发信号，电路状态能够自动地不断变换，产 生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量很多， 因此又常称为多谐振荡器。
获取矩形脉冲波形 的方法
利用多谐振荡器直接 产生
利用整形电路把周期性 变化波形变换为符合要 求的矩形脉冲
(b)7414引脚排列图
TTL与非门施密特触发器有一下几个特点： （1）即使输入信号的边沿变化非常缓慢，电路也 可以正常工作； （2）对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿； （3）带负载能力和抗干扰能力强。
6.2.5 施密特触发器的应用
1.波形变换
波形变换
2.脉冲整形
3.脉冲鉴幅
脉 冲 整 形
脉冲鉴幅
555定时器是一种多用途的中规模单片集成 电路，它由美国Sginetics公司于1977年最早开 发研制的。它是将模拟功能和逻辑功能巧妙地结 合在一起，具有功能强大、使用灵活、应用范围 广等优点，广泛地用于工业控制、家用电器、仪 器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等 领域，俗称“万能块”。
获取矩形脉冲波形的途径主要有两种：
信号ui的脉冲宽度 大于输出脉冲u02的
宽度，否则就成了
反相器。
微分型单稳态触发器电路和积分型单稳态触 发器电路对输入触发脉冲宽度的要求是不同的， 对于微分型单稳态触发器要求输入触发脉冲宽度 较狭，对积分型单稳态触发器则要求输入脉冲较 宽。另外，这两种电路对输入脉冲信号的极性要 求也不同，前者负脉冲是有效触发，后者则是正 脉冲为有效触发。
输出端
高电平 触发端
分压器
低电平 触发端
放电端比较器
参考点“地基触” 本发R器S
晶体管开关
分压器
由3个5kΩ电 阻组成，它为两个比较 器提供基准电平。如5脚 悬 空 ， 则 比 较 器 C1的 基 准电平为 ，比较器C2 的基准电平为 ，
改变5脚的控制电压，可改变C1、C2的基准电平。 若5脚外接电源电压为Vco，则比较器C1的基准电平为Vco，
74121是TTL非重触发单稳态触发器。 74122是TTL可重触发单稳态触发器。
6.4.4 单稳态触发器的应用
延迟与定时
整 形
利用74LS121连接的延时电路
这里第1个74LS121就起到延时的作用，而第2个 74LS121可以用作定时信号
本章小结
555集成定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，利 用555定时器和少量的外围器件可以方便的构成多谐振荡器、单 稳态触发器和施密特触发器。多用于脉冲产生、整形及定时。
所需的时间：
振荡周期T为： 振荡频率f为：
tw2=0.7R2C
T=tw1+tw2=0.7(R1+R2)C+0.7R2C=0.7(R1+2R2)C f=1/T=1/ 0.7(R1+2R2)C
百度文库
占空比q为：
例：试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1S， 输出脉冲幅度大于3V而小于5V，输出脉冲的占空比q=2/3。
△Ｕ＝ UT＋－ UT－＝ UM/2
三、施密特触发器的符号
6.2.3 由逻辑门电路构成的施密特触发器
该电路是由反相器和电阻组成的。将两级反相器 串接起来，同时经过分压电阻将输出端的电压反馈到 输入端，就形成了一个具有施密特触发特性的电路。
n 当 =0时，因G1、G2接成了正反馈电路，所以 vo=VOL≈0。这时G1的输入 ≈0。
6.3.4 多谐振荡器的应用 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。
通断监测器
将探头A、B接通，则电路扬声器发声，A、B断开，扬声器无声。 该电路应用十分广泛，如检测电路的通断、水位报警等。
6.4.3 集成单稳态触发器
集成单稳态触发器，按能否被重触发，可以分成两类： 可重触发：在暂稳态期间能够接收新的触发信号，重新开始暂稳态的
过程。 非重触发：在暂稳态期间不能够接收新的触发信号，即非重触发的触发 器只能在稳态时接收信号，一旦被触发翻转到暂稳态后，即使再有新的 触发信号到来，其既定的暂稳态过程也会照样进行下去，直至结束为止。
TD状态
0
低
导通
一、电路结构及工作1 原理 >2VCC/3 >VCC/3
低
导通
1
<2VCC/3
>VCC/3
不变
不变
1
<2VCC/3
<VCC/3
高
截止
uo
UＯＨ
UＯＬ
０
ui
(b) 电压传输特性
uo
二、电路特点
UＯＨ
△U
施密特触发器是具有 UＯＬ 滞后特性的数字传输门。 ０
UT－
UT＋
ui
特点：
(b) 电压传输特性
常在输入信号uI和触发电路之间加一微分电路，
τCP
例：用集成芯片555所构成的单稳态触发器电路及输入波
形Vi如题图6.5（a）、（b）所示，试画出对应的输出波 形VO和电容上的电压波形VC，并求暂稳态宽度tW。
（a）单稳态触发器电路图
（b）输入波形图
解：
6.4.2 用逻辑门电路构成的单稳态触发器