数字电子技术基础 第10章

图10.2.2
图6.2.1电路的电压传输特性
（a）同相输出 （b）反相输出
例 10.2.1 P459-460


根据已知条件先求VTH。 然后推出VDD。 然后根据器件负载电流的最大允许值求出R2最小 允许值。 最后根据R2得到R1。
10.2.2 集成施密特触发器
图10.2.3
用TTL门电路接成的施密特触发器
三、用于脉冲鉴幅
图10.2.10
用施密特触发器鉴别脉冲幅度
10.3 单稳态触发器




单稳态触发器（Monostable Multivibrator,又称Oneshot）工作特点： 1、有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。 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以后，再自动返回稳态。 3、暂稳态维持时间的长短取决与电路本身的参数，与触 发脉冲的宽度和幅度无关。 被广泛应用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的 输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号） 等。
T1 R1C ln 2 T2 R2C ln 2 R1 q R1 R2
图10.5.8 用555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器

一、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， 可以将边沿变化缓慢的周 期性好变换为边沿很陡的 矩形脉冲信号。（同频 率）。
图10.2.8
用施密特触发器实现波形变换
二、用于脉冲整形
数字系统中产生波形畸变的原 因。 1、传输线上电容较大时，上升 沿和下降沿将明显变坏。 2、当传输线较长时，且接收端 的阻抗与传输线的阻抗不匹配 时，在波形的上升沿和下降沿 将产生振荡现象。 3、当其他脉冲信号通过导线间 的分布电容或公共电源线叠加 到矩形脉冲信号上时，信号上 将出现附加的噪声。 图10.2.9 用施密特触发器对脉冲整形
图10.4.4
图6.4.1电路中电容的充、放电等效电路 （a）C1充电的等效电路 （b） C2放电的等效电路
根据戴维宁定理求得等效电 阻和等效电压源。 RE1=R1RF2/(R1+RF2) VE1=VOH+RF2(Vcc-VOHVBE)/(R1+RF2) 振荡周期为 T=2T1=2RECln((VEV1k)/(VE-VTH))
图10.4.5
图6.4.1电路中各点电压的波形
例 10.4.1 P480

先根据已知条件求出RE和VE值。 再将条件代入计算得到振荡周期T。 最后得到振荡频率。
10.4.2 非对称多谐振动器 将对称式多谐振荡器电路简化后的到。
图10.4.6
非对称式多谐振荡器电路
图10.4.7
图6.4.6电路中CMOS反相器静态工作点的确定
图10.3.2
图6.3.1电路的电压波形图
图10.3.3
图6.3.1电路中电容C充电的等效电路
图10.3.4
图6.3.1电路中电容C放电的等效电路
二、积分型单稳态触发器
R的阻值不能取得很大。 此电路用正脉冲触发。
图10.3.5
积分型单稳态触发器
tw=（R+Ro）Cln((VoLVoH)/(VoL-VTH))，电容开始 放电到VTH的时间。 Vm=VOH-VOL，输出脉冲的 幅度。 tre=(3~5) (R+Ro’ )C,恢复 时间。 td= ttr+tre,分辨时间, 触发 脉冲宽度和恢复时间之和。
图10.2.4
带与非功能的TTL集成施密特触发器
图10.2.5
集成施密特触发器7413的电压传输特性
图10.2.6
CMOS集成施密特触发器CC40106
图10.2.7
集成施密特触发器CC40106的特性（ a）电压 传输特性（b）VDD对VT＋、VT－的影响
10.2.3 施密特触发器的应用
图10.4.2
TTL反相器（7404）的电压传输特性
求得Vo与VI的关系，是线性关 系。 其斜率为（R1+RF1）/R1 当Vo=0时与横轴相交的VI值为 VI=RF1(Vcc-VBE)/(R1+RF1) 就是反相器的静态工作点。恰 当选取RF1值，使静态工作点位 于电压传输特性的转折区。 对74系列门电路，RF1的阻值在 0.5~1.9k欧之间。 图10.4.3 计算TTL反相器静态工作点的等效电路
R ( R1 RS ) RE R R1 RS
2VOH VTH VOH VTH T T1 T2 RC ln VTH VOH VTH
图10.4.13
R R R1 RS
2.2RC
图6.4.12 （b）电路的工作波形
图10.4.14 图6.4.12 （b）电路中电容C的充、放电等效电路 （a）充电时的等效电路 （b）放电时的等效电路
图10.3.6
图6.3.5电路的电压波形图
图10.3.7
图6.3.5电路中电容C的放电回路和vA的波形 （a）放电回路 （b） vA的波形
积分型单稳态触发器的特点

优点：抗干扰能力较强。

数字电路中的干扰多为尖峰脉冲（幅度较大而宽度极 窄）。 由于电路的状态转换过程中没有正反馈作用。 必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲宽度时方能工作。
图10.5.3
图6.5.2电路的电压传输特性
10.5.3 用555定时器接成的单稳态触发器
图10.5.4
用555定时器接成的单稳态触发器
VCC 0 tw RC ln RC ln 3 1.1RC 2 VCC VCC 3
图10.5.5 图6.5.4电路的电压波形图
10.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
图10.4.15
用施密特触发器构成的多谐振荡器
图10.4.16
图6.4.15电路的电压波形图
VDD -VTVT T=T1 +T2 =RC ln RC ln VDD VT VT VDD VT VT RC ln VDD VT VT
10.4.3 环形振荡器
利用延迟负反馈产生振荡。 利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成。
图10.4.10
最简单的环形振荡器
振荡周期为T=2ntpd 其中n为串联反相器 的个数。
图10.4.11
图6.4.10电路的工作波形图
由于门电路传输时间短，由上述方法很难获得频率较 低的振荡频率。而且频率不易调节。 按下图，电路上附加RC延迟环节。组成带RC延迟电路 的环形振荡器。
集成单稳态触发器CC14528的逻辑图
图10.3.13
集成单稳态触发器CC14528的工作波形
10.4 多谐振荡器（Astable Multivibrator）


是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发 信号，便能自动产生矩形脉冲。 10.4.1 对称式多谐振荡器
为了产生自激振 荡，电路不能有稳 定状态。 设法使G1，G2 工作在电压传输特 性的转折区或线性 区。 图10.4.1 对称式多谐振荡器电路
图10.4.12 带RC延迟电路的环形振荡器 （a）原理性电路（b）实用的改进电路
VE [VTH (VOH VOL )] T1 RE C ln VE VTH
VOH VTH 2VOL T 2 RC ln VTH VOL
VE VOH (VCC VBE VOH )
图10.3.11
集成单稳态触发器74121的外部连接方法（a）使用外 接电阻Rext （下降沿触发） （b）使用内部电阻Rint （上升沿触发）
（a）不可重复触发型
（b）可重复触发型
图10.3.12
不可重复触发型与可重复触发型单 稳态触发器的工作波形
二、CMOS集成单稳态触发器
图10.3.13
数字电子技术基础 第十章 脉冲波形的产生和整形
Pan Hongbing VLSI Design Institute of Nanjing University
10.1 概述


获取矩形脉冲波形的途径： 1、利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所 需要的矩形脉冲。 2、通过各种整形电路将已有的周期性变化波形 变换为符合要求的矩形脉冲。
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
VT+=(1+R1/R2)VTH VT-=(1-R1/R2)VTH 回差电压=VT+-VT-
图10.2.1
用CMOS反相器构成的施密特触发器
（a）电路 （b）图形符号
通过改变R1和R2的比值可以调节VT+和VT-和回差电压的大 小。但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正 常工作。
图10.5.6
用555定时器接成的多谐振荡器
T1 ( R1 R2 )C ln 2 T2 R2C ln 2 T T1 T2 ( R1 2 R2 )C ln 2 f 1/ T
R1 R2 T q T1 R1 2 R2
图10.5.7 图6.5.6电路的电压波形图
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 电容上的电压Vc从充、放电开始至某一数值VTH所经过的 时间可以用下式计算： T=RCln((Vc(X)-Vc(0))/(Vc(X)-VTH))
图10.3.1
微分型单稳态触发器
tw=RCln2=0.69RC，电容 电压从0充至VTH的时间。 Vm=VOH-VOL，输出脉冲的 幅度。 tre=(3~5)RONC,恢复时间。 td= tw+tre,分辨时间，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。

10.5.1 555定时器的电路结构与功能
555定时器是一种多 用途的数字-模拟混 合集成电路。 利用它能很方便地构 成斯密特触发器、单 稳态触发器和多谐振 荡器。 其应用领域广泛。
图10.5.1 CB555的电路结构图
10.5.2 用555定时器接成的施密特触发器
图10.5.2
用555定时器接成的施密特触发器
描述矩形脉冲的主要参数 脉冲周期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 还有些特殊参数： 如脉冲周期和幅度 图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数 的稳定性等。
10.2 施密特触发器



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。 以上两特点能将边沿变化缓慢的信号波形整为边 沿陡峭的矩形拨，还可以将叠加在矩形脉冲高、 低电平上的噪声有效清除。
图10.4.8
图6.4.6电路中电容的充、放电等效电路 （a）放电的等效电路（b）充电的等效电路
电容C的充电时间： T1约等于RFCln(VDD(VTH_VDD))/(VDD-VTH)=RFCln3 电容C的放电时间： T2约等于RFCln(0-(VTH+VDD))/(0VTH) =RFCln3 振荡周期为： T=T1+T2约等于2RFCln3=2.2RFC 输出电压的占空比不等于50%。 图10.4.9 图6.4.6电路的工作波形图

普遍的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体， 组成石英晶体多谐振荡器。 石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固 有谐振频率fo，与外接电阻、电容无关。
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
图10.4.18
石英晶体的电抗频率特性和符号
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图10.4.19
石英晶体多谐振荡器
10.5 555定时器及其应用

缺点：输出波形的边沿比较差。

改进电路：P471 输入部分增加与非门和输出至此与非门的反馈线。 此电路由负脉冲触发。
10.3.2 集成单稳态触发器

一、TTL集成单稳态触发器
一般还采用了温漂补偿电路。
图10.3.9
集成单稳态触发器74121的逻辑图（微分型）
图10.3.10
集成单稳态触发器74121的工作波形图
改变R1和R2的比值,就能改变占空比。
图10.4.17
脉冲占空比可调的多谐振荡器
10.4.5 石英晶体多谐振荡器

以上讨论的多谐振荡器频率稳定性不高。



1、振荡器中门电路的转换电平VTH本身不够稳定， 容易受电源电压和温度变化的影响。 2、工作方式容易受到干扰，造成电路状态转换时间 的提前或滞后。 3、在电路状态临近转换时电容的充、放电很缓慢， 易受干扰。