脉冲波形讲义

tr——上升时间。是指从脉冲幅值的10%上升到90%所需要的时间。
tf——下降时间。是指从脉冲幅值的90%下降到10%所需要的时间。
tW——脉冲宽度。为脉冲幅值的50%的两个时间点之间的时间。
功能特点：
10.2 施密特触发器
1.输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时
的转换电平不同。
2.在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出 电压波形的边沿变得很陡。
再求出 即可。

VDD G2 vI2
1
充电等效电路： VDD 充 R
C vI2 G2 RON<<R
vI
VDD R
G1
≥1
vO1
充 R C
vO
vI vI2 vO1 vI2 VTH vO
tW
RON G1
t t
充 放 t t
RC v I 2 ( ) v I 2 ( 0) t w RC ln v I 2 ( ) VTH
程来维持的，根据 RC 电路的不同接法，分为
微分型和积分型。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
一、微分型单稳态触发器 工作原理（暂不考虑Rd、Cd ） vI G1
≥1
VDD vO1 R CMOS门 G2 vI2 vI t
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1）稳态 （2）暂稳态 vI （3）恢复过程： 当vI=VTH 时， 引发正反馈，使vO迅速上升到
C
vO
vO1 v ↓ → v ↓ → v ↑ v =1， C vO1 =0 v O1 I2=0； vO v 开路， 进入暂稳态 ，C上无电荷。 O I=0 I2=1，vO O1=1 vO1 ┛ → vI2┛， C放电， vI2↓， vI2 C充电， vI2↑（指数规律），当 vI2=VTH 时， 很快放完电后， vI2=1，恢复到稳态。 VTH 引发正反馈，使vO迅速下降到vO=0， vO1=1 vO vI2↑ → vO ↓ → vO1 ↑ 暂稳态结束
vI
t d t w t re
vO1
t 放t Tre
vI2
VTH vO
tW
但vO1由于vI 的作用还保持0，工作不正常。
措施：在输入端加微分网络Rd、Cd，
t
VDD t
将宽脉冲变为窄脉冲。
vI vd t vI t Cd vd Rd G1
≥1
vO1 C
R vI2
G2
1
vO
二、积分型单稳态触发器 1. 电路及工作原理 工作过程： vI
C
VDD 0 RC ln RC ln 2 0 . 69 RC VDD 1 2 VDD
(2)输出脉冲幅度Vm 从图中可知
VDD vI G1
≥1
Vm VOH VOL VDD
VDD
vO1
R
G2 vI2
1
(3)恢复时间Tre
恢复时间即C放电的时间
放电电路： RON G1 放 R C
就为你解答这些问题。脉冲信号的获取，通常采用两种方法：一是利 用多谐振荡器直接产生；二是通过对已有信号进行整形与变换得到。
本章将围绕这两种方法，重点讨论用于脉冲整形与变换的施密特触发
器，能直接产生脉冲波形的多谐振荡器和用于定时、延时、调整信号 脉宽的单稳态触发器以及它们的典型应用。本章介绍的中规模集成电
C vI
D1 vO1 vI2 VTH vO
vO
t 放t Tre t
tW
vI2
G2
R与D1并联，R可忽略， RON与D1并联， D1可忽略
时间常数 RON C
一般认为，经过3~5倍的时间常数以后电路基本已达到稳态。
t
Tre (3 ~ 5) (3 ~ 5) RON C
(4)分辨时间Td 相邻触发脉冲最小间隔 3. 输入微分电路的作用 若vI 脉冲宽度>tW，则vI2↑=VTH 时， vO ┓,
如图示： vI
1 vO
vO
VT- VT+ vI从低电平上升到VT+时，vO由高变低； vI从高电平下降到VT-时，vO由低变高.
vI
若vI为低电平，则vO为高电平；若vI为高电平，则vO为低电平。
VT+ >VT-
§10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
设G1、G2阈值电 压VTH≈VDD/2，
0
（c）微分波
（d）钟形波
二 、典型的数字信号
U(V) 5 Vm t(ms)
0
tw
T
一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘： Vm——信号幅度。
T——信号的重复周期。
tW——脉冲宽度。 q——占空比。其定义为：
tW q(%) 100% T
三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字
够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形
脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰
能力也很强。
施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由
门电路及555定时器构成。
施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用
很广。
10.3 单稳态触发器
单稳态触发器的特点： 1.电路有稳态和暂稳态两个状态。 2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持
0，电路的状态也不会发生变化，电路处于
“自锁状态”，不能正常工作。
VDD 或下降到
例：已知VT+=7.5V, △VT=5V,求R1、R2和VDD的值 解：代入公式 VT (1 R1 )VTH 7.5 R2
R1 VT 2 VTH 5 R2 R1 0.5 VDD 10V 解得： R2
第十章 脉冲波形的产生与整形
主要内容： 介绍用于脉冲信号产生、整形和定时的几种基本电路。 1.施密特触发器。 2.单稳态触发器。 3.多谐振荡器。
4.555定时器 。*
引
言
在前几章的学习中，我们常说：“在输入端加一个方波。”或者 说：“给计数器加一个时钟脉冲。” 也许，你早就有个疑问了，这些
脉冲信号是怎么来的呢？它们的频率和脉宽又是怎样调整的呢？本章
b) vI 从vDD下降至vA= VTH时， 由于R1、R2作用，引发正反 馈过程，使vO急剧下降为vO =vOL =0，且下降沿很陡峭。 求VT-：定义vI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电 平vI = VT-，叫负向阈值电压。 计算过程：忽略G1、G2门输入电流，又跳变前有vO= vDD ， iR1=iR2 (VI -vA)/ R1 = (vA -vDD )/ R2 又vDD =2 VTH 得 VT- = VI =（1-R1/R2）VTH 回差电压Δ VT： Δ VT = VT+ - VT- = 2（R1/R2）VTH
vI VTH v'I
1
R2 IOH vO1
1
VOH vO v' O
注意：R1、R2的取值不能太小，保证 G2输出高电平时的负载电流小于允许值
G1
G2
I OH
VOH VTH I OH (max) R2
VOH VTH R2 I OH (max)
CC4096的IOH(max)=1.3mA
1
0
R1<R2（否则电 路进入自锁状态, 不能正常工作）
vI 1
vI vA vO1 vO
VT R1 (1 )VTH R2
二、原理及主要参数计算
G1、G2是CMOS构成，阈值电压为VTH约为1/2VDD，且 R1<R2。
1）vI=0时，vO=0=vOL，vA=0
以v'O做输出得到反向输出的施密特触发特性
R2 vI
1
vO1
1
v'I vO
vO v' O
vI
1
v' O
G1
G2
R1 2 VTH R2
v' O
R1 2 VTH R2
VTH
VDD
vI
VTH
VDD
vI
自锁状态
• 如果R1〉R2那么有 VT 2VTH , VT 0 • 这说明，即使
VI
上升到
vI
VT+ VTt
vO 寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲
vI vI VT+ VTt 1
vO
vI
t
vO
vO
VT+ VTt
t
t
三、用于脉冲鉴幅
将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有
那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。 vI VT+ vI 1 vO vO VTt
t
本节小结
施密特触发器具有两个稳定的状态，是一种能
一段时间后，再自动返回稳态。
3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽 度无关。 vI vO tW 暂稳态 稳态
§10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
单稳态触发器因为电路具有一个稳定状态 而得名。它由两个门电路、一个 RC 电路组成。
它的暂稳态通常都是靠 RC 电路的充、放电过
VOH VTH R2 I OH (max)
VDD
1 VDD 2 3.85K 1.3
可取R2 22K，R1 11K
6.2.2 集成施密特触发器 集成施密特触发器7413
A BC D
&
Y 等效电路
A BC D
&
1
Y
带与非功能的施密特触发器
VT 1.7V VT 0.8V
路555定时器也是一个学习重点，因为它就像一盒积木中那块“最大
的”，有了它，再稍微搭配上几个“小块”就可以方便的搭成各种常 用的脉冲电路了。
10.1 概述
一、常见的脉冲信号
脉冲信号是指在短时间内出现的电压或电流信号。一般来讲，凡是不
具有连续正弦波形状的信号，都可以称为脉冲信号。
（a）矩形波
（b）锯齿波
G1
VOL R 放
VOL
VOH
vI TTR
vO1 vA VOH VTH vO
t
R1 vA i 2
C G2 i2很小
VOL
t
R+RO vA C
VOL 充 Tre t
RO
tW
t
(2)输出幅度 Vm Vm VOH VOL (3)恢复时间 vI C充电时间，称为恢复时间。
2) vI 上升至vA= VTH时， G1进入放大区，且由于R1、R2作用， 引发正反馈过程，使vO急剧上升为vO =vOH =vDD，使上升沿 很陡峭。
a)求VT+：定义vI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入 电平vI = VT+，叫正向阈值电压。 计算过程：忽略G1、G2门输入电流，又跳变前有vO=0， iR1=iR2 (VT+ -vA)/ R1 = (vA-vO )/ R2 = vA / R2 得 VT+ =（1+R1/R2）VTH
放 充
t
t
tW
t
2. 主要参数
G1
1
(1)输出脉冲宽度tW vI 放电过程中，vA从初始值vA(0+)下 降至VTH时所需时间
vO1 R C
vA
G2
&
vO
v A ( ) v A (0 ) t w ln v A ( ) vTH ( R RO )C VOL VOH t w ( R RO )C ln 放电等效电路： VCC VOL VTH
v I 2 ( ) v I 2 ( 0) 得：t ln v I 2 ( ) v I 2 ( t )
当

VTH vO
t
t tw 时，vI 2 (t ) VTH
★
VI 2 ( ) VI 2 ( 0 ) t w ln VI 2 ( ) VTH
已知 vI 2 (0) 0V , vI 2 () VDD
t
充 放 t t
tW
主要参数 (1)输出脉冲宽度tW
vI t t 充 放 t
tW
vO1 v I 2 从 v I 2 (0)上升到VTH所需的时间。 充电过程中， 根据三要素法： v I 2 (0), v I 2 (),
t
vI2
vI 2 (t ) vI 2 () [vI 2 (0) vI 2 ()]e
VT 0.9V 不可调
集成施密特触发器CC40106
VT 1 V 2 DD
VT 1 V 2 DD
VT
可调
vI
1
vO
10.2.3施密特触发器的应用
一、用于波形变换 将正弦波、三角波等转换成矩形波
vI
1
vO
vI
vO
VT+ VTt
t
二、用于脉冲整形 将不理想的矩形波转换成理想矩形波 如上升沿、下降沿不理想，
信号。
5 (a) 0 10 U (V) 20 30 40 50 t (ms) U (V)
(b)
3.6
0
10 (c)
10 U (V)
20
30
40
50
t (ms)
0
10
20
30
40
50
t (ms)
三 、实际的矩形脉冲信号
Vm 0.9 V m 0.5 V m tw 0.1 V m 0 tr tf t U
G1
1
vO1 R C
vA
G2
&
vO
TTL门
(1)稳态：
(2)暂稳态： (3)恢复过程：
vI
vO1
t
vI → vO1 ┓， vO ┓ 进入暂稳态 vI =0从高电平返回低电平以后， ，vO1=1，C充满电荷，vA为高电平， vO=1 v 当 v ┛ I O1 vA C放电， vA↓，当 vA =VTH时， → vO ┛， vA 恢复到高电平，电路恢复稳态。 C充电，充满后， VTH 暂稳态结束 C继续放电，直至放完。 vO