第8章 脉冲波形的变换与产生 电力数电教学课件

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2. 工作原理
C充电
C放电
图8.1.2 微分型单稳态触发器工作波形
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3. 主要参数
（1）输出脉冲宽度tw
输出脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间。根据 uI2的波形可以计算出：
tw ≈0.7RC
（2） 恢复时间tre
暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初
始状态。一般，恢复时间tre为（3~5）放电时间
1. 施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换成 上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲。
2. 单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合要求 的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲。
3. 多谐振荡器：产生矩形脉冲。
4. 555定时器:（可构成电路1、2、3）。
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8.1 单稳态触发器
工作特点： ⑴ 它有稳态和暂稳态两种工作状态。 ⑵ 在外加触发脉冲信号作用下，触发器能从
电
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2. 工作原理
使G1迅速导通（uO1=0）、 G2迅速截止（uO==1）。 然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态（1）。
（3）电容C充电，电路由暂稳态（1）自动返回到稳态（0） 在暂稳态期间，VDD经R、门G1的饱和导通管TN1的漏极和
源极到地对C充电，使uI2上升。当uI2上升到G2的开启电压UTH时， 电路又产生以下正反馈过程：
脉冲宽度tw仍从第一次触发 的基础上再展宽tw。
开始计因算此。，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得
20到20/1持0/3续时间更长的输出脉冲宽度。
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3. TTL集成单稳态触发器电路74121的功能及其应用
用阻触入R上发i端n升输t7(4约沿12为触1是2发k一Ω，种)又。不可可采重用复下触降发沿的触单发外稳，接件态其定引触内时脚发部元器还，设有它内定既部时可电电采
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2. 工作原理
使电路迅速由暂稳态（1）返回到稳态（0），即uO1=1、uO= 0 。
从暂稳态自动返回稳态之后，电容C将通过电阻R放电， 使电容上的电压恢复到稳态时的初始值（0）。
总之，外加信号为0时，电路为稳态0； 外加信号跳变开启电压时，触发单稳电路翻转为1； 输出为1时，电容充电，充到开启电压时，电路回到0； 电容器放电，电路恢复为初态。
第8章 脉冲波形的变换与产生
§8.0 复习及预备知识
一、CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性
二、CMOS反相器的工作原理
三、常用脉冲波形及参数
四、RC电路的应用
五、获得脉冲波形的方法及电路种类
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一、 CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性
AB段：截止区 iD为0
BC段：转折区 阈值电压UTH≈VDD/2 转折区中点的电流最大
图8.1.1′CMOS门电路构成的微分型单稳态触发器
2. 工作原理
暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。
（1）初态时，uI为0；此时接通电源， uI2=VDD，uO=0， 使uO1＝VDD。电路处于稳态（0）
（2）uI正跳变为1（由微分电路产生正的窄脉冲且升到阈值UTH）时, uO1负跳变为0，因电容器C两端的电压不能突变，G2的输入信号 也随之为0，于是uO正跳变为1；uO的正跳变反馈到G1输入端，产 生以下正反馈过程：
1. 输入脉冲触发方式
上升沿触发 下降沿触发
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2. 不可重复触发型与可重复触发型
图（a）为不可重复型触
图（b）为可重复触发型单
发单稳态触发器
稳态触发器
该电路在触发进入暂稳态
该电路在触发进入暂稳
期间如再次受到触发，对原 态期间如再次被触发，则输出
暂稳态时间没有影响，输出 脉冲宽度可在此前暂稳态时间
常数（通常放电时间常数远小于RC）。
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3. 主要参数
（3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）
设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能够 正常工作，应当满足T＞tw +tre的条件，即Tmin= tw +tre。因此， 单稳态触发器的最高工作频率为
fmax = 1/ Tmin = 1/（tw +tre） 注意: 对输入触发脉冲宽度的要求
在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的宽度tw1 应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1＜tw，否则电路不能正常工作。
如出现tw1＞tw的情况时，可在触发信号源uI和G1输入端之间接 入一个RC微分电路，如图8.1.1所示。
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8.3.2 集成单稳态触发器
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输 出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。 因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。
CD段：导通区
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二、 CMOS反相器的工作原理
UIL=0V
导通 UOH≈VDD
UIH= VDD
截止
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截止 UOL≈ 0V 导通
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2. 积分电路
Байду номын сангаас
（b）如果满足积分电路的条件RC＞＞t w，则积分电路可将 矩形波变换为三角波。
（c）如果RC＜＜t w，即不满足积分电路的条件，则输出波 形uO的边沿比输入波形变差了。
稳态翻转到暂稳态。 ⑶ 在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳
态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本 身的参数，与外加触发信号无关。 例：楼道的路灯 。
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8.1.1 用CMOS门电路构成的单稳态触发器
1. 电路组成的思路 通常，为了保证电路能够正常工作（整形或变换），输入
触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲u0的宽度tw，即tw1＜tw。 因此，单稳态触发器中各门电路的输入端都接有微分电路 （CR电路 ），故该电路又被称为微分型单稳态触发器。 也有如图8.1.1所示。如果已 满足tw1＜tw这一条件，则信 号源到第一个门电路输入端 的微分电路可以省去，如下 图所示。两种电路的工作原 理基本一样。
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五、获得脉冲波形的方法及电路种类
（ 一）获得脉冲波形的方法
1．利用振荡电路产生脉冲波形。
（如多谐振荡器、石英晶体振荡器等）
2．通过变换和整形电路对已有其它波形 进行整形 和变换，从而输出脉冲波形。
（如单稳态触发器、施密特触发器等）
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（二）常用脉冲波形的产生与变换电路