第10章 脉冲波形的产生和整形.ppt
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第十章 脉冲波形的产生和整形
进入传输特性的放大区，因而： vA ↑ vO1↓ vO↑
使输出vO 迅速跳变到vO = VOH≈VDD 西安工程大学
数字电子技术基础
求vI 在上升过程中电路
状态发生转换时对应的输入 电平VT+
v A VTH v I VT R2 vI R1 R2 R1 R 2 R1 VTH 1 VTH R2 R2 VT ：正向阈值电压
10.3 单稳态触发器
特点：
①有一个稳态和一个暂稳态。 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态，在暂稳态维持一段时间 tw后自动返回稳态，并在输出端产生一个宽度为tw的矩形脉冲。 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，而与触发脉冲的宽度和 幅度无关。 可广泛应用于脉冲整形、延时以及定时电路。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器 一、积分型
R1>R2 ，VT+>VDD,VT-为负 R1<R若 ，否则电路将进入自锁状态， 2 值，而 v I 变化范围在 0~VDD 之间， 不能正常的工作 ? 即达不到阈值而使电路不能翻转。 西安工程大学
数字电子技术基础
【10.2.1】在CMOS反相器构成的施密特触发器中，要求
VT+=7.5V，ΔVT=5V，试求R1、R2和VDD的值 。 R1 R1 解：由 VT (1 )VTH 7.5V 和 ΔVT 2 VTH 5V R2 R2
数字电子技术基础 2. 性能参数计算 输出脉宽：
v C ( ) v C ( 0) VOH t w RCln RCln vC ( ) vC ( t ) VTH )C t re ( 3 ~ 5)( R RO 恢复时间
t d t TR t re
脉冲波形的产生与整形优秀课件
三、阈值电压 集成门电路的输出状态发生翻转时，所对应
的临界输入信号电压，用VTH 表示。 通常将转折区中点所对应的输入电压称为阈
值电压。一般TTL门电路取1.4V作为阈值电压， CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。
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三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理 前述的微分电路和积分电路虽然可对波形进
后特性。
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施密特触发器 a）电路图 b）传输特性 c）波形图
由于该施密特触发器两阈值电平为1/3VCC和 2/3VCC，
因而该电路存在1/3VC脉C冲的波形回的产差生与电整形压优秀。课件
思考题与习题
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暂稳态：
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +) vC ( ) - vC ( t )
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6.2 555定时器
555定时器是将模拟电路和数字电路集 成于一体的电子器件。它使用方便,带负载 能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。
单定时器 型号：
双极型——555 单极型——7555
多谐振荡器波形图 脉冲波形的产生与整形优秀课件
（1） 工作原理
1► 0
0► 1
+
1正. 反第馈一过暂程稳：态及其自动翻转的过程 假定在接通电源的瞬间， 电暂路稳最态）初，处即于u┗I━Gu↑━0→11━关=━u1闭0━，1┛↓、u→0G2u=20打02↑。开状此态时（，设uO这1经时电为阻电R路到的u第O2一对 电u发I的结暂容生电果稳C下充位导态述电不致，正，断G即反1u上u馈门I0的升1过迅=电，0程速脉，位冲当：打波u等形u0开的2I于上产=，生1u升与。CG整到与形2优门Gu秀0课迅12件门之速的和关阈。闭值随，电着电压充路V电进TH的入后进第，行二电，路
第十章 脉冲波形的产生与整形.ppt
双CM极O型S型：：5～3～161V8，V，ILmIaLxm=a2x=040mA
集成555电路的八个 引脚的作用及名称为：
脚1 接地端
GND
脚2 触发器输入端 TR'
脚3 输出端
OUT
脚4 复位端
R'D
脚5 控制电压输入端 VCO
脚6 阈值输入端 TH
脚7 放电端
DISC
脚8 电源端
Vcc
二、功能
第十章 脉冲波形的产生与整形
10.1 概述 10.2 555定时器电路及其功能 10.3 施密特触发器 10.4 单稳态触发器 10.5 多谐振荡器
10.1 概 述
数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，
还有一种脉冲电路。
脉冲电路主要的作用是
产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换，本章就是叙
述这方面的内容。
在触发信号作用下vC和vO相应的波形
如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图 中虚线所示则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。
3、输出脉冲的宽度Tw
Tw等于暂稳态的持续时间，持续时间取决于外接电阻R和电
容C的大小。Tw等于电容电压在充电过程中从0上升2/3Vcc所
需要的时间：
t ln x() x(0)
555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出 多种多样的实用电路。本节介绍其电路原理、功能及应用。
一、电路的组成
它有两个比较器C1和 C2，每个比较器的一个输 入端接到三个R电阻组成 的分压器上，输出分别接 SR锁存器输入端。
555集成电路的输出级 为推拉式结构， 此外芯片 内部还有一个集电极开路 的放电晶体管TD。
10.3 施密特触发器
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脉冲宽度 tw 下降时间 tf
3
10.2 施密特触发器 （常用的一类脉冲整形电路）
特点：
1、输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换时对应
的输入电平不同。 （VT+≠VT-） 2、电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。
符号：
vO
施密特传输门
′ 施密特非门
应用：
施密特与非门
0 VT-
VT+
5
1、当VI从0逐渐升高到使得VA ≥VTH时， 电路发生正反馈，如图所示:
0
VA
Vo1
Vo
VT+
VTH
电路状态迅速转换为Vo=VOH VDD
正向阈值电压VT+ ： VI上升过程中电路状态发生转换时对应 的输入电平。即VA = VTH时的VI=VT+
VI 0,VO 0
VI
V T
VA
VTH ,
输出脉冲宽度：
tw
RCln VC ( ) VC ( 0 VC ( ) VTH
)
RC ln VDD 0 VDD VTH
ln 2RC
0.7 RC
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二、积分型单稳态触发器: 采用TTL门电路
稳态下：VI 0,VO 1, (VO1 VOH ),VA VOH；
VI 后，VO 0 ,进入暂稳态， VO1 0 ,C开始放电；
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 （特点及其应用） 10.3 单稳态触发器 （特点及其应用） 10.4 多谐振荡器（特点及其应用）
10.5 555定时器及其应用 *****
1
10.1 概述 获取矩形脉冲波形的途径有两种：
1、脉冲波形发生电路：利用多谐振荡器直接产生。 2、脉冲波形整形电路：利用整形电路把周期性变化的
脉冲波形的产生和整形阎
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器 一、积分型
G1和G2为TTL门
1、原理分析
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10
* 稳v 态 I 0 ,v O 下 1 ,( v O 1 V O ： )v H A , V O ； H
* 输入正 vO0 ,脉 进冲 入后 v 暂 O 10 ,C ， 稳 开态 始
*当放 vA至 VTH 后v， O1,返回稳态；
二、微分型 G1和G2为CMOS门
1 VOH VDD ,VOL 0,VTH 2VDD
1、原理分析
* 稳态 v I 0 ,v 下 d 0 ,v I2 ： V D,v D O 0 ,(v O 1 V D)D C ,上无
*加 触 发 信 vI ,号 vd vO1 vI2 vO 电路迅速进入编v暂 辑Oppt1稳 ,vO态 1 0,C开始13充电
使VO1迅 速 跳 变 为 高V， O2迅而速 跳 变 为 低 。 电 路 进 入 第 二 个 ,暂 C2开 稳始 态充 电C1， 开 始 放 电 。
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二、电压波形
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20
三、振荡频率计算
TV I1从 充 电V 开 T的 H 始 时 V 到 I2从 间 充 充至 电V 开 T的 H 始 时
*VE VOH(VCCVBEVOH)R1R FR 2F2
*RE R1 //RF2
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T2RECl
nVE VE
VIK VTH
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10.4.2 非对称式多谐振荡器 一、工作原理（CMOS）
(1)由 于 “ 扰 动V”I1有 使微 小 ， 则 有 ： VI1 VI2 VO2
使VO1迅 速 低 ， 而 VO2迅 速高 。 电 路 进 入 第 一 个 暂 稳 C开态始 放,V电I1
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图10.2.7 用施密特触发器实现波形变换
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2. 脉冲整形
在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波
形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器
整形，可以获波得形比较理想的矩形边脉沿冲波形。
畸变
振荡
图10.2.8 脉冲整形
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3．脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发
器的输入端，只有那些幅度大于VT+的脉冲才会在输 出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲
3
常用脉冲波形及参数
返回
脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
图10-1 常见的脉冲波形图
4
返回
周期性矩形波的周 期用T表示，有时也用频 率f表示（f =1/ T）。
矩形波的另外几个 主要参数：
（1）脉冲幅度Vm
（2）脉冲宽度tw （3）上升时间tr
图10.1.1 矩形波的主要参数
（4）下降时间tf
7
2. 工作原理ຫໍສະໝຸດ 返回（1）工作过程 设CMOS反相器的阈值电压VTH=VDD/2，输入
信号vI为三角波。
8
返回
当vI=0V时， G1输出VOH、G2输出VOL，即vO=0V。 只要满足vA＜VTH，电路就会处于这种状态（第一稳 态）。当vI上升，使得vA =VTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
电路会迅速转换为G1输出VOL 、G2输出为VOH， 即vO=VDD的状态（第二稳态）。此时的vI值称为施密 特触发器的正向阈值电压VT+ (又称上限触发转换电平) 显然，vI继续上升，电路的状态不会改变。
9
返回
如果vI下降，vA也会下降。当vA下降到VTH时， 电路又会产生以下的正反馈过程：
电路会迅速转换为G1输出VOH、G2输出为VOL的 第一稳态。此时的vI值称为施密特触发器的负向阈值 电压VT－ (又称下限触发转换电平)。vI再下降，电路 将保持状态不变。
2
返回
以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换 电路：（功能、特点及其主要应用简介）
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。
（5）占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果
q =50%，则称为对称方波。
5
10.2 施密特触发器
返回
主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿
陡峭的矩形波。
特点：
⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持
和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平
触发。
⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平
（上限触发转换电平VT+和下限触发转换电平VT_）。 ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡
峭的矩形脉冲。
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10.2.1 用门电路构成的施密特触发器 返回
1. 电路组成 两个CMOS反相器，两个分压电阻（R1<R2）。
图10.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器 （a） 电路图 （b）逻辑符号
1. 电路组成及工作原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，故
第10章 脉冲波形的产生和整形
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5
概述 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器 555定时器及其应用
1
10.1 概述
返回
脉冲信号：指突然变化的电压或电流。 脉冲电路的研究重点：波形分析。 数字电路的研究重点：逻辑功能。
获得脉冲波形的方法主要有两种： 1．利用脉冲振荡电路产生； 2．是通过整形电路对已有的波形进行整形、变 换，使之符合系统的要求。
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[例10.2.1] 在上图中,如果要求VT+=7.5V, △VT=5V, 试求R1, R2 和 VDD 解: 由上推导的公式可得: VT+=(1+R1/R2)VTH=7.5V △VT=2(R1/R2)VTH=5V 解出 ： R1/R2=0.5, VTH=5V 因此取VDD=10V.
为保证负载电流不超过最大允许值IOH(MAX), 应使(VOH-VTH)/R2<IOH(MAX) ,代入得
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（2）工作波形与电压传输特性
返回
正向施阈密值特触发器将三角波反v向I变阈换值成矩形波vO。
电压 VT+
电压VT－
图10.2.2 施密特触发器的电压传输特性
例回 改1差变0.R电2.1压和1 ΔR已V2的T知=大ΔV小TV+T可－、V以VT+T改和－（变VT－通回,求差常R电V1T,压+R＞2Δ和VVVTTD－D的）值。
鉴幅能力。
图10.2.9 脉冲鉴幅
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10.3 单稳态触发器
返回
工作特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转 到暂稳态； 第三，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。
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10.3.1 用门电路构成的单稳态触发器 返回
下面以CC40106为例说明其功能。
的基础为图上了10，提.2.增高5 加电C了路MO整的S形性集成级能施和，密输电特出路触缓在发冲施器C级密C。特401触06发器 整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭， 输出缓冲级可以提高电路的负载能力。
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10.2.3 施密特触发器的应用
返回
1. 波形变换
将变化缓慢的波 形变换成矩形波（如 将三角波或正弦波变 换成同周期的矩形 波）。
R2>3.85KΩ
故可取R2=22KΩ, R1=11 KΩ
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*10.2.2 集成施密特触发器
返回
集成施密特触发器的VT+和VT－的具体数值可从 集成电路手册中查到。对于每个具体的器件而言是
固定的，不可调节。
如CT74132的VT+＝1.7 v、VT－＝0.9 v，所以， ΔVT＝VT+ － VT－＝1.7 v － 0.9 v＝0.8 v。
图10.2.3 带与非功能的TTL集成施密特触发器
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返回
1. 施密特触发与非门电路 为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采
用了施密特触发形式。 比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施
密特触发的与非门电路。
施密特触发与非门的逻辑符号
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2. 施密特反相器CC40106
返回
TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密 特触发的反相器。