脉冲波形(精)

有三个输入端：
A1,A2为下降沿触发输入端； B为上升沿触发输入端。
有两个互补的输出端VO、VO。 电容需外接；电阻可选择内部 的，也可外接。接法如图。
可用功能表或波形图说明起工作原理。
15
保
持
A 端 触 发
B 端 触 发
16
工作波形：
输出脉宽的计算：
从器件手册可查到计算公式。 74121的公式如下：
R1=48K
•过大则漏电流大 •过小则电阻太大
R2=R1=48K 二者均可使周期不准
22
（五）用门电路构成的多谐振荡器
1.非对称式多谐振荡器
i充 －＋
(1)工作原理 •采用CMOS门；
－＋
0
VDD
•RF使门1工作在转折区。
设t1时刻G1输出低电平、G2输 出高电平。定为暂稳态2。
C充电
I1
当 I1＝VTH时，产生连锁反应：
I =VH ,
R
设TD工作在饱和状态，则： 0.01F
VC=VTH=0V, 555电
路处于保持状态，且 一定是VO=VL，
这是因为若假设TD 截止，则不合理。
2.触发 I =VIL
I
i充
C+
555电路状态翻转为VO=VH
此时TD截止，VC保持0V不变。
3.暂稳态
电容C充电
C
其三要素为：
电源电 最大负 压范围 载电流
双极型 555电路 5—16V
CMOS型 555电路 3—18V
200mA 4mA
清零端
3
CB555电路结构图
电路的功能： 有两个阈值电压：
VR1=2VCC / 3 VR2=VCC / 3
2VCC / 3
随着TH端和TR端的电压不同， 其工作状态将发生变化： VCC / 3
tW 0.69RextCext
Rext的取值在2K 到30K 之间；
Cext的取值在10pF到10 F之间。
tW的范围在20nS到200mS之间。 也可使用内部电阻Rint代替外
接电阻Rext。Rint约为2K 。
74121是不可重复触发的。而 74122是可重复触发的。见图示。
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2.CMOS微分型单稳态触发器 （1）工作原理
第六章 脉冲波形 的产生和整形
本章的重点：
1.施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路 的工作原理，以及电路参数和性能的定性关系；
2．555定时器的应用； 3．脉冲电路的分析方法。
本章的难点：
分析脉冲电路时使用的是分析非线性电路过渡过程的方 法，而且在分析电路时必须考虑集成电路在不同工作状态 下输入端和输出端的等效电路。因此，脉冲电路的分析方 法是本章的难点。
用TTL或CMOS门都可构成石
英晶体多谐振荡器。
26
3.环形振荡器
利用闭合回路中的正反馈作用可以产生自激振荡，利用闭 合回路的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡，只要负反 馈信号足够强。
利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首 尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:
& uo1 & uo2 &
0
例2：延时触发
O1
t
I 单 O1 单 O
稳
稳
一
二
tW1
0
O
t
tW2
14
延迟时间为tW1，输出脉宽为Tw2.
0
t
（六）其他类型的单稳态触发器
• 用门电路可构成单稳态触发器； • 也有集成的单稳态触发器。 1.集成单稳态触发器
既有TTL电路产品，也有 CMOS电路产品。介绍74121。 只介绍如何使用。
V T+:正向阈值电压或上限阈值电压 VT- :负向阈值电压或下限阈值电压
V= VT+ - VT- ： 回差
若改变VCO值VT+,VT-的值将改变。
电压传 输特性
6
（二）施密特触发器的应用
1.波形变换 2.脉冲整形
波形变换
3.脉冲鉴幅
脉 冲 整 形
脉冲鉴幅
7
（三）其他类型的施密特触发器 用门电路也可构成施密特触发器； 还有集成的施密特触发器。
第二节 555定时器及其应用 一、555定时器的电路结构与功能
555电路又称为集成定时器。
1972年由 Signetics公司
控制电压
推出。既有双
极型产品，也 有MOS型产品。 它们产品型号
阈值端、 高触发端
的最后3位数码 触发端、
都是555.如： 低触发端
放电端
CB555 是国产双极型电路； CH7555是CMOS型电路。
RC ln VDD 0
VDD
VDD VTH
0.5VDD
0.7RC
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取消输入微分电路会使输出后沿变坏。
三、构成多谐振荡器
（一）电路的特点
i充
不需输入信号即可产生矩形脉冲。
（二）电路的原理
刚接通电源：
C =0V, O =VH ，TD截止。
此时为暂稳态1：
C充电 C
三要素为：
C (0)=0V [1/3VCC] C( )=VCC 充 =(R1+R2)C
T=2.2RFC
I1 ()=VDD，
放=RFC。
暂稳态2，C充电的三要素为：
I 1(0)=VTH＋VDD，
I1 ( )=0
充＝RFC
思考：若将RP短路，会发生什么情况？
用TTL门构成这种单稳电路也可，但分析较复杂。
25
2.石英晶体多谐振荡器 符 号
构成：在对称式多谐 振荡器的反馈回路中串 入石英晶体。
因此门2也工作在转
I1
O1
O2
折区，电容C引入正反馈， 使电路振荡。
随之电路进入暂稳态1。见下页图。23
在O1t2=时V刻DD：，O2 =0，
I1 =VTH－VDD。
在暂稳态1：
C放电 I1 I1 三要素为：
I1(0)=VTH－VDD，I1 ( )=VDD，
放=RFC。
1
2
A RS
3
100 R
uo
i放 +
在t1时刻 C =2/3VCC，555电路翻转。
进入暂稳态2— O =VL，TD导通。
VCC
0
C放电
C
20
t1 t2
三要素为： C (0)=2/3VTC1C，充ln
c () c ()
c (0) c (T1)
i充
C ( )=0V，
放=R2C
在t2时刻 C =1/3VCC，
用门电路构成的施密特触发器已很少使用， 这里不作介绍。
集成施密特触发器既有TTL型，也有CMOS型。 如74LS14是集成施密特触发六反相器；74LS132是
施密特触发的四－2输入与非门。 如CC40106是集成施密特触发六反相器；CC4093
是施密特触发的四－2输入与非门。
8
三、构成单稳态触发器
触发脉冲宽度要小于输出
窄脉冲触发。
脉冲宽度
12
若条件不满足可在输入端
加微分电路：
R
0.01F
2
VCC
I 2
0
t
C
13
（五）应用 1.整形——改变输入脉冲的占空比。
2.定时（延时） 能输出固定宽度的脉冲。
例1：数字频率计。
控制脉冲 单
输出频率值
宽度为 稳 1秒的
正脉冲
&
计数器
I
CP
被测脉冲
石英晶体电抗的频率特性 如图。f0 称为固有频率。
特点： f0的稳定度极高～可达 10－10～10－11（ f0/ f0）。因 此可构成高精度多谐振荡器。 从而克服了其他振荡器频率稳 定度低、抗干扰能力差的缺点。
原理： 只有振荡频率
等于f0时，晶体的阻抗为0 （最小），电路才能产生振
荡。因此输出频率一定为f0。
（一）电路的特点
1.有两个状态——稳态、暂稳态；
2.在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在 暂稳态维持一段时间后，再自动返回；
3.暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与
触发脉冲的宽度和幅度无关。
暂
I
I
O
稳 态
单稳态触发器
O
稳 态
tW tW由电路内
部参数决定
9
（二）工作原理
1.稳态
I
i充
Leabharlann BaiduVCC
C+
11
（三）参数计算
tre
1.脉冲宽度tW
t
(t) () [(0) ()]e
tW
得到公式： RC VCC
0V
VCC
tW

C (t) 2/3VCC
2.恢复时间tre: tre=(3~5)rcec
触发脉 冲的最
3.分辨时间td: td=tw+tre
小周期
（四）电路特点：
输入端微分电路提取 I
的上升沿。
稳态：
O=0， O1=VDD， I 2=VDD。 触发：D O1 I 2 O
暂稳态：
O=VDD， O1=0， I 2=0。
C充电 I 2 三要素为：
I 2(0)=0，I 2( )=VDD， =RC。
自动返回： 条件：I 2 ＝VTH。
C (0)=0V, C ( )=VCC， =RC
4.自动返回
VCC
10
t
(t) () [(0) ()]e
4.自动返回
当 C =2/3 VCC时，555电 路翻转为输出VL,而 C保持
不变。
5.恢复
由于TD导通，电容C向TD放
R
电，使 C 迅速下降为0V。0.01F
uo3
27
设 uo3 的初始状态为0:
& uo1 & uo2 &
uo3
1 1 02 0
3
1
0
1
用波形图来表示,则为:
uo3
t
0
优点: 电路结构简单,所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整。
28
1 uo1 2 uo2 3
uo3
在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服 上图的不足:
uo1
uo2
tW

ln
I1 ( ) I1 (0) I 1 ( ) I 1 (tW )
暂稳态1中，C放电三要素：
I 1(0)=VTH－VDD，
T1
RFC
lnVDD－VTH+VDD VDD VTH
1.1 RFC
T2
RFC
ln0－VTH－VDD 0 VTH
1.1 RFC
2 3
VCC
变为VCO;
1 3
VCC
变为VCO/2。4
二、构成施密特触发器（Schmitt Trigger） （一）电路的特点：
1.输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输 入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入电平不同。
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
555电路翻转。
i放 +
（三）计算周期—T=T1+T2 1/3vcc
2/3vcc
VCC 0
f = 1/T
占空比：
q T1 R1 R2
(#)
t1 t2
21
T R1 2R2
（四）改进电路
上述电路占空比始终大于50%,且不可调。
•占空比可调的多谐振荡器
T1=R1Cln2 T2=R2Cln2 T=(R1+R2)Cln2
在t3时刻I1 ＝VTH，又发生
连锁反应，进入暂稳态2：
I1
O1
O2
－－
＋ ＋
i放
t1 t2 t3
VDD 0
在暂稳态2，C充电的三要素为：
I 1(0)=VTH＋VDD，
I1 ( )=0 充＝RFC
24
(2)周期计算：
T=T1+T2
将前面的三要素代入下面的公式，即可求出T1和T2：
1
第六章 脉冲波形 的产生和整形
第一节 概述 本章只讨论矩形脉冲。
矩形脉冲的主要参数： 脉冲周期T；
脉冲频率： f = 1/T 脉冲幅度VM； 脉冲宽度tW； 上升时间tr； 下降时间tf； 占空比q： q=tw /T . 本章讨论三种脉冲电路：施密特触发器；单稳态触发器；多谐 振荡器。
每种电路都有三种构成方式：集成；用门电路构成；用555电2 路构成。 本章主要介绍用555电路构成的脉冲电路。
q= R1 R1 R2
例：用CB555设计多谐振荡器。要求
T=1s,3v<vM<5v,占空比q=2/3。
解： 可选VCC=5V 由(#)式，且q=2/3可求出： R1=R2
由于 T=(R1+2R2)Cln2
选C=10 F代入上式C求选出择原则:
q T1 R1 R2 T R1 2R2
I 2 O O1
i充 +
VDD
18
O=0，O1=VDD， I 2 VDD。
i充
恢复过程：
电容C放电至起始状态。
所用时间为：
门G1的输
+
Tre=(3~5)CRON 出电阻
（2）计算脉宽tW
等于I 2 由0V上升到
VTH所用的时间：
tW
ln I 2 () I 2 (0) I 2 () I 2 (tW )
VCO
VCO 2
RD
TH
TR
o
TD状态
0


低 导通
1
V 2
> 3 cc
V 1
> 3 CC
低
导通
当在VCO端外接控 制电压时，阈值电
压将变化：
1 1 1
V 2
< 3 cc
V 1
> 3 CC
低
V 2
< 3 cc
V 1
> 3 CC
高
V V 2
1
< 3 cc < 3 CC
高
导通（不变） 截止（不变） 截止
很陡。 工作原理：
I
将TH端和TR端并联作
输入端，接输入电压 I
分析输入电压 由0V上升到VCC和 由VCC下降到0V时， 电路状态如何变化。
5
I
VCC
2VCC/3
VCC/3
0
O
VOH
V T+
V T-
t
I
t 0
特点：
•由于有比较器，允许输 入信号慢变化；
0.01F
•由于有触发器，输出端 边沿好。