第一节 几种常用的脉冲波形的产生与整形电路

变换为符合要求的矩形脉冲。 但以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有 电压信号为前提。 在同步时序电路中， 时钟脉冲控制和协调着整个系统的工作，
因此时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常工作。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
矩形脉冲的特性：
为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。
有时还可能有一些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的稳定性等， 这时还需要增加一些相应的性能参数来说明。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
二、施密特触发器
它在性能上有两个重要的特点： 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。 利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整 形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲 高、低电平上的噪声有效地消除。
到脉冲后沿到达0.5 Vm为止的一段时间。
上升时间tr — 脉冲上升沿从0.1 Vm上升到0.9 Vm 所需要的时间。 下降时间tf — 脉冲上升沿从0.9 Vm下降到0.1 Vm 所需要的时间。 占空比q — 脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q = tw /T 。 在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，
vO1
O
在 RF1 = RF2 = RF、
vI2
t
VTH VIK t
C1 = C2 = C的条件下，
VE1 VIk T 2T1 2 RE C ln VE1 VTH
B
vI
3 A 1 4 A 2 5
B
74121 vO 6
v O
74121 vO 6
v O
1
GND 7
1
vI
GND 7
1
使用外接电阻Rext (下降沿触发）
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使用内部电阻Rint (上升沿触发）
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
四、多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源以后，
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
微分型单稳态触发器 1. 电路结构
RC微分 电路 Cd v d G1 vO1 C VDD R vI2
vI
--
G2
Rd
vO CMOS 或非门
微分型单稳态触发器
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 工作原理
Cd v d
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI VDD vO1
O
T
t vI
vO1
+VDD C + R A
vO
vA
O
t
暂稳态
vI = 0
vO1 = 1
UTH
O
vO = 1 C放电
暂稳 态
vO
tp
O 稳态
t
恢复
t
vO = 0
vI = 1 vO1 = 0 C充电
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要求 T > tp
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集成单稳态触发器
集成单稳态触发器74121的功能表
输入 10 11 9 14 C ext R ext R intVCC C ext 3 A 1 4 A 2 5
B
输出
A1
0 ×
A2
× 0
B
1 1
vO
0 0
vO
1 1
74121 vO
v O
×
6 1 1 1
×
1 1
0
× 1 1 1
0
0
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1
GND 7
7
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT-
R1
vI
VTH G 1
vI
vo1
G2
vo
VDD
vo
当vI从高电平逐渐下降并达到v'I = VTH时，
v'I的下降引发又一个正反馈过程。
v I
vO1
vO
电路的状态迅速转换为vO= vOL ≈ 0。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI Rd
VDD
G1
vO1 C
R vI2
G2
vO
微分型单稳态触发器
当触发脉冲vI加到输入端时，在微分电路输出端得 到很窄的正负脉冲vd，当vd上升到VTH以后，将引发 如下的正反馈过程
vd
vO1
vI2
vO
使vO1迅速跳变为低电平。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 工作原理
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
电压传输特性
R1
R2
vI
vo
2 R1 VTH R2
vI
vo1
G1
2
G2
R1 VTH R2
vo
vo
vo
O
VDD (a)同相输出
VTH
vI
O
VTH
VDD
vI
(b)反相输出
通过改变R1和R2的比值可以调节VT+、VT-和回差电压的大小。
vO
CMOS 或非门
CMOS积分型单稳态触发器
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 工作原理 稳定状态 “1”
vI
vO1 C R
+VDD
+
A
vO
“0”
CMOS积分型单稳态触发器
vI ≈ UDD（为“1”）， vO1 ≈ 0V（为“0”），
vA 为“0”，输出vO 为“0”。
vI
vO1
vO
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电路状态迅速转换为vO= vOH ≈ VDD 。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT+ vI
R1
VTH G 1
vI
vo1
G2
vo 0
vo
v I VTH
R2 VT R1 R2
得正向阈值电压：
VT
R1 R2 R1 VTH (1 )VTH R2 R2
0 ×
× 0 上页 下页 返回
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
集成单稳态触发器74121的外部连接方法
Cext
Rext VCC
Cext
VCC
10 11 9 14 C ext R ext R intVCC C ext
10 11 9 14 C ext R ext R intVCC C ext 3 A 1 4 A 2 5
可通过施密特触发器整形获得比较理想的矩形脉冲波形。
3. 用于脉冲鉴幅
施密特触发器能将幅度大于VT+的脉冲选出，具有脉冲鉴幅能力。 4. 构成多谐振荡器
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
三、单稳态触发器
单稳态触发器的特点：
有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。
在触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI vd
O O
VDD 0 t W RC ln VDD VTH
t t
RC ln 2 0.69 RC
输出脉冲的幅度
Vm VOH VOL VDD
恢复时间
vO1 vI2
O
t re (3 5) RONC
t VTH t
Cd v d vI Rd G1 vO1 C
VDD
R
vI2
G2
vO
微分型单稳态触发器
vI2同时跳变至低电平，并使vO跳变为高电平，电路 进入暂稳态。这时即使vd回到低电平， vO 的高电平 仍将维持。 同时，电容C开始充电。 vI2逐渐升高，当升至vI2 = VTH时，又引发另外一个正反馈过程 vI2 vO
暂稳态维持一段时间后，自动返回到稳态，
暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，
与触发脉冲的宽度和幅度无关。
（触发脉冲应满足电路要求）。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
单稳态触发器在数字电路中的作用：
定时（产生一定宽度的矩形波）。 整形（把不规则的波形变为规则的脉冲波形）。 延时（将输入信号延迟一定时间后输出）。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI
VDD
vO1
O
要求 T > tp 的原因
+VDD
t C R t vI vO1 A +
vA
O
vO
UTH
O
vO
O
t
若不满足 T > tp ，则： vO随着vI的变化而变化。
t
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
暂稳态状态持续时间
tW tW
vO
O
O
分辨时间td是指在保证电 路能正常工作的前提下， 允许两个相邻触发脉冲之 间的最小时间间隔。
t
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td t W t re
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
CMOS积分型单稳态触发器 1. 电路结构
+VDD C R vI vO1 + A 积分型延 时环节
vI2
vO2
vI1
vO1
使vO2 迅速跳变至低电平、 vO1 迅速跳变为高电 平，电路进入第二个暂稳态。 同时电容 C2 开始充电而 C1 开始放电。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI1
O VTH VIK t
VE1 VIk T1 RE1C1 ln VE1 VTH
下降时间 脉冲幅度
上升 时间
0.9Vm
tτ
0.5Vm 0.1Vm
tf
Vm
tw
T
脉冲宽度 脉冲周 期
3
占空比 q = tW / T
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
脉冲周期T — 周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲之间的时间间隔。 脉冲幅度Vm — 脉冲电压的最大变化幅度。 脉冲宽度tw — 从脉冲前沿到达0.5 Vm起，
但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 集成施密特触发器
仿真
带与非功能的TTL集成施密特触发器
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
3. 施密特触发器的应用
1. 用于波形变换
利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用， 可把边沿变化缓慢的周期性信号变成边沿很陡的矩形脉冲信号。 2. 用于脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，
R2
VT-
R1
vI
VTH G1
vI
vo1
G2
vo V DD
vo
R2 R1 R2
v I VTH VDD (VDD VT )
得负向阈值电压：
VT
已得知正向阈值电压：
R1 R2 R1 VTH VDD VT R1 R2 VTH (1 R1 )VTH R2 R2 R2 R2 R1 回差电压VT VT VT 2 VTH R2
vA UTH
O
v(t ) v() [v(0 ) v()]e
t tp

t

vO
O
v() VDD v(0 ) 0
( R RO )C
v(tp ) UTH
t
U DD tp ( R RO )C ln U DD U TH
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
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施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
1. 用门电路组成的施密特触发器
R2
VT+
R1
vo1
vI
vo
vI
vo
vI
VTH
0
vI
G1
G2
用CMOS反相器构成的施密特触发器
vo
vo
G1、G2 的 VTH ≈ 1/2VDD R1<R2 当vI= 0 时 vO= vOL ≈ 0, v 0 I 当vI从0逐渐升高并达到v'I = VTH时， G1进入转折区。
vI1
vO1
vI2
vO2
使vO1 迅速跳变为低电平、 vO2 迅速跳变为高电 平，电路进入第一个暂稳态。 同时电容 C1 开始充电而 C2 开始放电。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路 C2
vI1
G1 vO1 C1 RF1
vI2 G2
RF2
vO
C1 充电速度较快，vI2 首先上升到G2的阈值电压 VTH ，并引起如下的正反馈过程
不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲， 由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量， 所以习惯上把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
对称式多谐振荡器
vI1
C2
G1 vO1
C1 RF1
vI2 G2
RF2
vO
假定由于某种原因使vI1 有微小的正跳变，则必然 会引起如下的正反馈过程
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
第一节 几种常用的脉冲波形的 产生和整形电路
概述 施密特触发器 单稳态触发器
多谐振荡器
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推出 下页 总目录
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
一、概述
获取矩形脉冲波形的途径有两种：
1. 利用多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲。
2. 通过整形电路把已有的周期性变化波形，
vO1
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第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 工作原理
Cd v d G1
VDD
vO1 C
R
vI2
vI
G2
Rd
vO
微分型单稳态触发器
如果这时触发脉冲已消失（ vd已回到低电平），则 vO1 、vI2迅速跳变为高电平，并使输出返回vO=0的 状态。 同时，电容C通过电阻R和门G2的输入保护电路向 VDD放电，直至电容上的电压为0，电路恢复到稳定 状态。