脉冲信号的产生电路

第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程
G1 ui 1 & uo1 ui 2 R (a) G2 & C uo
uo 0 ui 2 (uo1 ) 0 ui 1 UT 0 t1 t2 t3 t
t
t (b) 波形图
电路图
在t2 时刻，uo1 变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。 随着放电的进行，ui1 逐渐上升。在t3 时刻，ui1 上升到UT ，使uo （ui1 ）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂 稳态，又开始重复前面的过程。
阻R1 CMOS
R2 TTL
石英晶体
器 器 R1 R2 R 0.7 k R1 R2 R 10k 100k 抗 石英晶体谐振频率f0 频
性 2k C1 C2 C
振荡频率
石英晶体 谐振频率f0
本节小结：
多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输 多谐振荡器是一种自激振荡电路， 入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。 入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。 多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时 多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由 定时 器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器 器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本 触发器 在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。 在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。 RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以 触发器具有两个稳态， 触发器具有两个稳态 多谐振荡器没有稳态， 又称为无稳电路。 又称为无稳电路。 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂 在多谐振荡器中， 稳态， 触发”信号是由电路内部电容充（ 稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电 提供的，因此无需外加触发脉冲。 提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡 周期与电路的阻容元件有关。 周期与电路的阻容元件有关。 555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件， 定时器是一种应用广泛、 定时器是一种应用广泛 使用灵活的集成器件， 多用于脉冲产生、整形及定时等。 多用于脉冲产生、整形及定时等。
若 UT＝0.5VDD ，振荡周期为： T≈1.4RC
*
5.3.3 用施密特触发器组成多谐振荡器 用施密特触发器组成多谐振荡器 (本小节为参考内容)
石英晶体多谐振荡器 5.3.4 石英晶体多谐振荡器
X
电 感 电
f0
R1 &
C2 C1
R2 0 容 & uo (b)
性
f
性
石英晶体阻抗频率特性
(a) 石英晶体多谐振荡器
5.2 施密特触发器
5.2.1 由门电路构成的施密特触发器 5.2.2 集成施密特触发器 退出
5.2.1 由门电路构成的施密特触发器
施密特触发器是一种能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。
ui
0
G1 1 R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
5.2.2 集成施密特触发器
VDD 4A 4Y 14 13 12 5A 5Y 6A 6Y VDD 3A 3B 14 13 12 3Y 4Y 4B 4A 11 10 40106 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 9 8 11 4093 4 5 6 7 10 9 8
1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS (a) 40106 的引脚排列图 VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y
wk.baidu.com.1 概述
在数字系统中， 获得脉冲波形的方法主要有两种： 一种是利用多谐振荡器直接产生；另一种是利用施密 特触发器和单稳态触发器构成的整形电路对已有波形 进行整形、变换得到。 555定时器是一种多用途的集成电路。555定时器 只要其外部配接少量阻容元件就可构成施密特触发器、 单稳态触发器和多谐振荡器。
（1）ui＝0 时，R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。
（ 2 ） u i 上升到 UD =0.7V 时， R ＝ 1 ， S ＝ 1 ， RS 触发器不翻转， u o 仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （ 3 ） u i 继续上升到 UT+=UT=1.4 V 时， R ＝ 0 ， S ＝ 1 ， RS 触发器翻转 ， u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。
5.4 单稳态触发器
5.4.1 微分型单稳态触发器 5.4.2 集成单稳态触发器 5.4.3 利用施密特触发器组成单稳态触发器 5.4.4 单稳态触发器的应用 退出
5.4.1 微分型单稳态触发器 单稳态触发器在数字电路中一般用于定 定 整形（把不 时 （产生一定宽度的矩形波）、整形 整形 规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形） 以及延时 延时（把输入信号延迟一定时间后输出） 延时 等。 单稳态触发器具有下列特点： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻 转到暂稳态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经 过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳 态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路 本身的参数。
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
ui
0
G1 1 R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
D S
& G3 电路
0
(a)
1
t
（1）ui＝0 时，R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。
（ 2 ） u i 上升到 UD =0.7V 时， R ＝ 1 ， S ＝ 1 ， RS 触发器不翻转， u o 仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （ 3 ） ui 继续上升到 UT+=UT=1.4 V 时， R ＝ 0， S ＝ 1， RS 触发器翻转 ， u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。 （4）ui 上升到最大值后下降时，若 ui 下降到 UT， R ＝1。 S =1，RS 触发器不
ui 0 VDD ui VDD t uo1 t uA t uo2 (a) 电路 0 tP (b) 波形 t
0 G1 1 C
≥1 uo1
R uA
1
G2 ≥1
0
0 uo2
VDD 0
（1）没有触发信号时电路工作在稳态 当没有触发信号时，ui 为低电平。因为门G2 的输入端经电阻R接 至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1 的两个输入均为0， 其输出uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳 态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo1＝1，uo2 ＝0。
1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND (b) 74132 的引脚排列图
施密特触发器的应用
CMOS MOC 等 正弦波 振荡器 UT+ UT－
1
输入 输出
1
(a) 慢输入波形的 TTL 系统接口
(b)
整形电路的输入、输出波形
R
输入 输出 (c) 幅度鉴别的输入、输出波形
UT+ UT－
uc C (d)
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（5）ui 继续下降到 UT-=UT- UD =0.7V 时， R ＝1， S ＝0，RS 触发器翻转， uo 为高电平，电路返回到第一种稳态。
uo ui 0 UT－ UT+ (a) 传输特性
下限阈值电压
uo
ui (b)
上限阈值电压
逻辑符号
回差电压（滞后电压）： ∆UT＝ UT＋－UT－ 前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ∆UT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V 缺点是回差太小，且不能调整。
第5章 脉冲信号的 产生与整形
学习要点： 学习要点： •施密特、多谐、单稳态触 发器的工作原 理及逻辑功能 •555定时器的工作原理及逻辑功能 •由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法
第5章 脉冲信号的 产生与整形
5.1 概述 5.2 施密特触发器 5.3 多谐振荡器 5.4 单稳态触发器 5.5 555定时器及其应用 555定时器及其应用 返回主目录 退出
ui
0
G1 1 R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
D S
& G3 电路
1
(a)
0
t
（1）ui＝0 时，R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。
（ 2 ） u i 上升到 UD =0.7V 时， R ＝ 1 ， S ＝ 1 ， RS 触发器不翻转， u o 仍为 高电平，电路仍维持在第一种稳态。 （ 3 ） ui 继续上升到 UT+=UT=1.4 V 时， R ＝ 0， S ＝ 1， RS 触发器翻转 ， u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 ui 再上升，电路状态不变。 （4）ui 上升到最大值后下降时，若 ui 下降到 UT， R ＝1。 S =1，RS 触发器不
（ 2 ） u i ＝ UD =0.7V 时， R ＝ 1 ， S ＝ 1 ， RS 触发 器不翻转， u o 仍为高 电 平，电路仍维持在第一种稳态。
ui
1
G1 1 R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
0
D S
& G3 电路
1
(a)
0
t
u' o
1
uo
多谐振荡器
5.3 多谐振荡器
5.3.1 对称多谐振荡器 5.3.2 不对称多谐振荡器 5.3.3 用施密特触发器组成多谐振荡器 5.3.4 石英晶体多谐振荡器 退出
*5.3.1
对称多谐振荡器 对称多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。 (本小节为参考内容)
不对称( 5.3.2 不对称(CMOS)多谐振荡器 多谐振荡器 第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程
1
D S
& G3 电路
0
(a)
1
t
（1）ui＝0 时， R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。
ui
0
G1 1 R
G2 & uo
ui (V) 1.4 0.7 0 uo 0 (b) 工作波形 UT+ UT－ t
1
D S
& G3 电路
1
(a)
1
t
（1）ui＝0 时，R ＝1， S ＝0，uo 为高电平，这是第一种稳态。
ui 0 VDD ui VDD G2 ≥1 0 t uo1 t uA t uo2 (a) 电路 0 tP (b) 波形 t
1 G1
≥1
0 C
uo1
R uA
1 uo2
VDD 0
（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态 当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不 能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个 高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能 维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的， 所以称为暂稳态。暂稳态时，uo1＝0，uo2＝1。
VDD ui
0
G1
1 ≥1
C
R uA
1
G2
ui 0 VDD 0 VDD 0 t uo1 t uA t uo2 0 tP (b) 波形 t
uo1
0 uo2 1 ≥
(a) 电路
脉冲宽度：tp=0.7RC
（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态 在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的 进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT 时，G2 的输出uo2 由1变为0。由于这时G1 输入触发信号已经过去， G1 的输出状态只由uo2 决定，所以G1 又返回到稳定的高电平输出。 uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电 路退出暂稳态而进入稳态，此时uo1＝1，uo2＝0。
G1 ui 1 & uo1 ui 2 R (a) G2 & C uo uo 0 ui 2 (uo1 ) 0 ui 1 UT 0 t1 t2 t3 t
t
t (b) 波形图
电路图
在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随 uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo 为1， 以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电 阻R放电，使ui1 逐渐下降。在t2 时刻，ui1 上升到门电路的开启电 压UT ，使uo1 （ui2 ）由0变为1，uo 由1变为0。同样由于电容电压 不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这 个高电平保持uo 为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二 个暂稳态。
14 13 12 11 10 7414 1 2 3 4 5 6 7 9 8
1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS
VCC 14
(b) 4093 的引脚排列图 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y
13 12 11 10 74132 9 8
1
2
3
4
5
6
7
1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND (a) 7414 的引脚排列图