脉冲波形原理与产生与整形

脉冲波形的原理和产生与整形
本章要求
一、学习目的:脉冲信号的产生与整形是在实际工作和较大规
模的电路系统中经常遇到的技术环节。通过本章的学习要掌握脉 冲信号产生与整形的原理、方法以及用于脉冲信号整形和产生的 器件的工作方式和实际应用。
二、内容概要:本章讨论的施密特触发器和单稳态触发器是常用
的脉冲整形电路，主要介绍它们的工作原理和应用。多谐振荡器 的电路有多种形式，这里只介绍常用的对称式和非对称式多谐振 荡器，并介绍石英晶体振荡器。还讲述555定时器的电路结构及其 构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法与工作原 理。
施密特触发器的工作波形及电压传输特性
（a）工作波形
（b）电压传输特性
21回 改3.差变重ΔRU1要和T 参=RU2数的T+大－小UT可－20以（20/1改通1/24变常回UT差+＞ΔUUTT－）
三、回差电压
1 →0
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电路的正反馈过程：
′
′
（5）当uI小于UT－时，电路转到第一稳态：uO1≈ VDD ， uO ≈ 0V。
uI再下降，电路将保持状态不变。
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（６）工作波形与电压传输特性
施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。
下限触发转 换电平UT－
上限触发转 换电平UT+
一、电路结构 两个CMOS反相器，两个分压电阻，Ｒ1＜R2。
用CMOS反相器电路构成的施密特触发器
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（a） 电路 2020/11/24 （b）逻辑符号
二、工作原理 CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入
信号uI为三角波，Ｒ2＞R1。
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G1、G2为CMOS门电路。电路中R1＜R2 。
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5.2 施密特触发器
主要要求：
了解施密特触发器的电路结构; 理解施密特触发器的工作原理 ; 掌握集成施密特触发器的应用 。
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5.2 施密特触发器
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UT+和下限触发转换电平UT－）。 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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三、学习指导:
重点：施密特触发器的工作原理和应用，单稳态触发器 的工作原理和应用，555定时器的工作原理和应用，多 谐振荡器的工作原理，各种信号参数的计算。
难点：555定时器的应用。
提示: 对于施密特触发器和单稳态触发器要掌握其工作 特性和外部元件的配合关系。而对于555定时器则最好 掌握其内部的电路组成和工作原理，这样才能更好地应 用它。要始终把握本章讨论的电路都是在充放电的影响 下工作的。
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5.1 概述
主要要求：
了解波形发生电路的基本情况。
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5.1 概述
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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电压传输特性和电流传输特性
AB段：截止区
iD为0
CD段：导通区
BC段：转折区 阈值电压UTH≈VDD/2 转折区中点：电流最大
CMOS反相器 在使用时应尽 量避免长期工 作在BC段（放 大区）。
CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性
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5.2.1 用门电路构成的施密特触发器
0
0
1
0
（1） 当uI=0V时，uO1 ≈ VDD ， uO ≈ 0V， uI＇ ≈ 0V；
思考：为什么要求R1<R2？
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UTH=VDD/2
′
uI上升,只要满足uI′＜UTH，电路就会处于这种
状态 uO ≈ 0V （第一稳态）。
（2）当uI上升，使得
′
uI′ =UTH时,有：
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CMOS反相器的工作原理(教材P66页) 基本电路结构
PMOS管 负载管
NMOS管 驱动管
CMOS反相器
开启电压|UGS(TH)P|=UGS(TH)N，且小于1/2VDD。
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工作原理
UIL=0V
导通
当uI= UIL=0V时， VTN截止，VTP通，
uO = UOH≈VDD
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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电路：可构成上述三种电路 。
′
显然，uI继续上升，电路的状态不会改变。
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（4）当uI由高变低时，uI ’ 也由高变低。当uI’ =1/2VDD时
，电路又将发生转换。此时对应的uI称为UT－。称为下限触
发转换电平UT－(也称为负向阈值电压）。
UTH=VDD/2
uO ≈ VDD
↓ UT－
↓
=1/2VDD
0 →1 ′
电路会产生如下正反馈过程： ′
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当uI’ 达到1/2VDD时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应 的uI值称为UT+。称为上限触发转换电平，也称正向阈值电压。
UTH=VDD/2
0↑
0↑
1→0
UT+ =1/2VDD
0 →1
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（3）当uI大Biblioteka BaiduUT+时，电路转到另一稳态：uO1 ≈0V ， uO ≈ VDD 。
UOH≈VDD 截止
CMOS反相器
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UIH= VDD
截止
当uI =UIH =VDD ， VTN导通，VTP截 止， uO=UOL≈0V
UOL≈ 0V 导通
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逻辑功能 实现反相器功能（非逻辑）。
工作特点 VTP和VTN总是一管导通而另一管截止，流过 VTP和VTN的静态电流极小（纳安数量级），因而 CMOS反相器的静态功耗极小。这是CMOS电路最突 出的优点之一。