脉冲波形的产生与变换.

将输入信号的正弦波，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。
正 弦波 振荡 器
1 VO
用施密特触发器实现波形变换
2. 用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。
输入
UT+
UT-
输出
3. 用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号中，
选出那些幅度大于UT+的输入脉冲。
1 uI
uO
uI
UT+ UT-
vI
vO
tW
2. 脉冲信号的延时
单稳态电路的延时作用示意图
如图所示是利用单稳态
电路的输出uO作为其他 电路的触发信号的例子。
由图可知，uO1的下降沿 比输入触发信号uI的下 降沿延迟了tW的时间。 因此利用uO1下降沿去触 发其他电路，就比直接
用uI的下降沿触发延迟 了tW时间，这就是单稳 态电路的延时作用。
输出脉冲宽度tW等 于从电容C充电到uI2 上升至UTH的这段时 间，tW由充放电时间 RC决定，与外加触发 信号uI的宽度和幅度 无关。在典型应用时
tW≈0.69RC 输出幅度为
Um=VDD 为了保证单稳态电
路工作正常，触发脉 冲必须符合一定的要 求。
CMOS单稳电路工作波形
20.2.2 集成单稳态触发器
2. 工作原理
1.正常情况下，uI无输入脉冲时，uD=0, uI2=VDD，故uO=0, uO1=VDD，电 容C两端电压 为0。
2.当触发脉冲uI加到输入端时，在Rd和Cd组成的微分电路 输出端得到很窄的正、负脉冲uD。当uD上升到CMOS门电 路的阈值电压UTH后，将引发如下的正反馈过程：
3. 这时uO1迅速跳变为低电平。由于电容上的电压不可 能发生突变，所以uI2也同时跳变至低电平，并使uO跳 变为高电平，电路进入暂稳态，这时即使uD回到低电 平，uO的高电平仍能维持。
4.与此同时，VDD通过R及G1对C充电，随着充电 过程的进行，uI2逐渐升高，当升到uI2=UTH时，又 引发另一个正反馈过程： 5.如果这时触发脉冲已消失（uD已回到低电平），则uO1， uI2迅速跳变为高电平，并使输出返回到uO=0的初始状态。 同时，电容C通过电阻R和门G2的输入保持电路向VDD放 电，直至电容上的电压为0，电路恢复到稳定状态。
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3. 脉冲信号的定时
单稳态电路的定时作用
单稳态电路能 产生一定宽度tW 的矩形脉冲，我 们可以利用这一 脉冲去控制某电 路，使它在tW时 间内动作（或不 动作），这就是 脉冲的定时作用
20.3 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器。在电路工作时，无需 外加触发信号便能自动产生矩形脉冲。因为矩形脉冲信号 中含有丰富的谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器叫 做多谐振荡器。 20.3.1 用非门组成的环形振荡器
第20章 脉冲波形的产生与变换
20.1 施密特触发器 20.2 单稳态触发器 20.3 多谐振荡器 20.4 集成555定时器
20.1 施密特触发器
施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电 路，它在性能上有两个重要特点： 第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路输出状态 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； 第二，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈使输 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、 低电平的噪声有效地清除。
在此正反馈的作用下，电路重新进入G1截止、G2导通的 状态，电路输出为低电平，再次翻转到第一稳态， uO=UOL=0。
电路由第一稳态转U阈到值T第电二平稳，1态用时URR的T12＋输U入T触H 发信号称为正向
电路由第二稳态翻转到第一稳态时的输入触发信号称为负
向阈值电压，用UT表示。UT=U根T+U据T 电路可以得到
加将引发如下的正反馈过程：
在此正反馈的作用下，门电路的 状态发生翻转，G1导通，输出 低电平；G2截止，输出高电平， 电路进入第二稳态，只要满足大 于CMOS门电路的阈值电压的条 件，电路就保持在第二稳态， uO=UOH=VDD。
当uI从高电平逐渐下降，并使=UTH时，在电路中会引发又一次 正反馈过程：
uO0
t
0
t
20.2 单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：
第一，它有稳态和暂稳态两个工作状态；
第二，在外界的触发脉冲作用下，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；
第三，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。
20.2.1 用门电路组成的单稳态触发器 1. 电路的组成
20.1.1 用CMOS门电路组成的施密特触发器
用CMOS反相器构成的施密特触发器
1.当uI=0时，门G1截止，输出高电平，G2导通，输出低电 平，G1，G2接成正反馈，电路进入第一稳态，uO=UOL≈0；
2.当uI逐渐升高时，也逐渐上升，但只要其小于CMOS门电 路的阈值电压UTH，电路就保持在第一稳态，当上升到等于UTH 时，由于G1进入电压传输特性的转折区（放大区），所以的增
1. 电路组成
由非门组成的环形多谐振荡器
2. 工作原理
设初始时，uI1为低电平，则G1关闭，输出uO1为高电平，它一方面 使G2开通，使uO2为低电平，另一方面通过电容C的耦合使uB为高电平， 由于RS很小，所以uI3也为高电平，导致G3开通，输出uO3为低电平，使 uI1稳定在低电平，这是电路的第一个暂稳态。 随着uO1通过R，C和G2对电容C的充电，使电位uB逐渐下降，uI3也随 之下降，当uI3下降到G3的关门电平时，G3关闭，输出uO3为高电平， 致使G1开通，输出u1O转为低电平，G2关闭，输出uO2为高电平，电路 又处于另一个暂稳态。随着uO2对电容C反向充电，使uB逐渐上升，当 uB上升到G3的开门电平时，G3开通，uO3变为低电平，电路又恢复到第 一暂稳态，如此周而复始，反复翻转，就形成了多谐振荡，输出矩形 脉冲。非门G4的作用是将uO3进行整形，同时也减小了接入负载对振荡 电路的影响。
UT
1
R1 R2
U TH
将UT+与UT之差定义为回差电压UT，
UT=UT+UT
2
R1 R2
U TH
施密特触发器的电压传输特性
20.1.2 集成施密特触发器
表 2 0 1 7 4 L S 1 3 2 功 能 表
带与非功能的TTL集成施密特触发器74LS132
20.1.3 施密特触发器的应用
1. 用于波形变换
集成单稳态触发器分为两大类：可重触发和不可重触发。
集成单稳态触发器
双可重触发单稳态触发器
74LS123功能表
输入 输出
QR D
TR TR Q
+
0 ×× 0 1
× 1 ×01
×× 0 0 1
10↑
1↓1
↑01
74LS123正常工作的连接图
20.2.3 单稳态触发器的应用 1. 脉冲的整形
单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度 和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电 路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。