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1、第十章 脉冲波形的产生和整形,一、内容提要,本章重点介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路。 在脉冲整形电路中，介绍了最常用的两类整形电路施密特触发器和单稳态触发器。在脉冲振荡电路中，介绍了多谐振荡器的几种常见形式。最后介绍了555定时器和电路结构、工作原理及应用。,二、本章内容,10.1 概述 10.2 施密特触发器 10.3 单稳态触发器 10.4 多谐振荡器 10.5 555定时器及应用,1、重点掌握的知识点,2、一般掌握的知识点,三、知识点,（1）施密特触发器的工作原理及特点； （2）单稳态触发器的工作原理及特点； （3）多谐振荡器的工作原理及特点； （4）555定时器的工作原理及应用。,（
2、1）施密特触发器的应用； （2）集成单稳态触发器的应用。,在时序逻辑电路中，为了控制各触发器同步协调一致的工作，通常需要一个稳定精确的时钟脉冲信号。获得这种脉冲信号的方法有两种，一种是通过多谐振荡器直接产生脉冲信号；另一种是通过脉冲整形电路如单稳态触发器、施密特触发器等，将已有的波形进行整形，获得稳定、精确、规则的矩形时钟脉冲。 在脉冲信号产生、整形电路中，常采用555时基集成电路，只要在其外部配接少量阻容元件就可构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。,10.1 概述,描述矩形脉冲特性的主要参数,脉冲宽度,脉冲幅度,下降时间,下降时间,脉冲周期,10.2 施密特触发器,施密特触发器是一种
3、常用的脉冲波形整形电路，能够将边沿变化缓慢的脉冲信号波形整形为边沿陡峭的矩形波。它具有如下两个特点： 一是滞回特性，即对于正向和负向变化的输入信号，分别有不同的临界阈值电压。 二是电平触发，即当输入信号达到一定的电压值时，输出电压会发生突变。这一特点对于缓慢变化的信号仍然适用。因此施密特触发器是一种受输入信号电平直接控制的双稳态电路。,在此，称VT+为正向阈值电压，VT为负向阈值电压。显然，施密特触发器的正向和负向阈值电压是不等的，定义二者之差VT为回差电压，即VT= VT+VT。,一、用门电路构成的施密特触发器,假定图中CMOS反相器的阈值电压为VTH 1/2VDD，设电阻R1R2。,当输入
4、vI为0V时，G1截止、G2导通，输出vO为0V， vA0 。 当输入电压vI逐渐上升到vA =VTH时，G1进入电压特性的转折区，所以电路将发生如下正反馈： vA vO1vO 使电路迅速跳变到 vO=VOH VDD。 由此可求出上升过程中电路发生转换时的输入电平VT+ 。,二、集成施密特触发器,施密特触发器应用十分广泛，目前市场上有专门的集成电路产品出售。一些代表性的产品如CMOS集成施密特触发器CC40106（六反相器）、CC4093（四2输入与非门），TTL集成施密特触发器74LS13、74LS14、54132等。TTL施密特触发器对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿，具有较强的带负载能力
5、和抗干扰能力。,两种CMOS集成施密特触发器的引脚排列图,TTL集成施密特触发器74LS132的内部逻辑图和引脚排列图。其内部包括4个互相独立的2输入施密特触发器，都是在基本施密特触发电路的基础之上，在输入端增加了与的功能，在输出端增加了反相器。因此称为施密特触发与非门，逻辑符号如图所示。74LS132的输入、输出关系满足Y=AB两个输入变量必须同时低于施密特触发器的负向阈值电压，输出Y才是高电平。,7413,三、施密特触发器的应用 1、用于波形变换,2、用于鉴幅,3、用于脉冲整形,10.3 单稳态触发器,施密特触发器是双稳态电路，有0、1两个稳态，状态改变受外加信号控制。而单稳态触发器是单稳
6、态电路，有一个稳态（0态或1态）和一个暂稳态，在外加输入信号的作用下电路由稳态翻转到暂稳态，保持一段时间后又自动返回原来的稳态。单稳态触发器的输出通常为宽度恒定的脉冲信号，而暂稳态的时间仅取决于电路自身的相关参数。,一、由门电路构成的单稳态触发器,1、微分型,输出脉宽：,2、积分型 G1和G2为TTL门电路,输出脉宽：,二、集成单稳态触发器及其应用,集成单稳态触发器根据电路及工作状态不同分为可重复触发和不可重复触发两种。不可重复触发的单稳态触发器在进入暂稳态后，无论输入端有无触发脉冲的作用，电路工作过程不受影响。也就是说，一旦电路进入暂稳态，输入信号便不再起作用。,可重复触发的单稳态触发器在暂
7、稳态期间，如有触发脉冲作用，则会被重复触发，使得暂稳态时间延长，直到最近的一个触发脉冲消失后再过tW时间，电路恢复稳态。因此，采用可重复触发的单稳态触发器可方便的得到持续时间更长的输出脉冲宽度。,1、不可重复触发的单稳态触发器74121,tw 0.7RC,电路结构与工作原理,微分型单稳态,控制附加电路,集成单稳74LS121功能表,2、可重复触发的单稳态触发器74123,3、单稳态触发器应用举例,（1）延时,（2）定时,数字电路中经常需要将某一信号进行延时，以实现时序控制。利用单稳态触发器可以很方便的形成这种脉冲延时。如图所示，uo1的下降沿就比ui的下降沿滞后了tP。,单稳态触发器能够产生一
8、定宽度的矩形脉冲，在数字电路中常用它来控制其它一些电路在这个脉冲宽度时间tP内动作或不动作，达到定时的作用。如图中，当uo1 = 1时，与门打开，uo = ui1。与门受uo1控制而打开的时间是不变的，就是单稳态触发器输出脉冲的宽度tP。,（3）硬件看门狗,所谓“看门狗”只是形象的说法，其实就是计算机控制系统中一个相对独立的失脉冲检测电路，英文名为Watchdog Timer，简称WDT。它是可重复触发单稳态触发器的典型应用。下图是用看门狗检测CPU的运行示意图。 假设Reset端低电平有效。当CPU正常工作时，触发信号自I/O接口规则发出，单稳态触发器被不断的重复触发，始终处于暂稳态，持续输
9、出高电平。一旦出现故障，丢失了若干个触发脉冲或者触发频率降低，使触发信号的间隔大于了暂态时间，单稳态触发器将恢复到稳态，输出低电平使CPU重启，以起到保护作用。,目前，这种失脉冲检测装置应用广泛，如在医疗仪器中监视病人心跳，在电力系统中监控发电机组的转速等等。,一、对称式多谐振荡器 1、工作原理（TTL）,10.4 多谐振荡器,(1)静态（未振荡） 时应是不稳定的,2、电压波形,3、振荡频率计算,二、 非对称式多谐振荡器 1、工作原理（CMOS）,2、电压波形,三、环形振荡器 1、最简单的环形振荡器,2、实用的环形振荡器,（TTL）,四、 用施密特触发器构成的多谐振荡器,若在石英晶片的两极加上
10、一个电场，品片将会产生机械变形。相反，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生一定的电场，这种物理现象称为压电效应。因此，当在晶片的两极加上交变电压时，晶片将会产生机械变形振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片的机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常微小，只有在外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅才会突然增加，比一般情况下的振幅要大得多，这种现象称为压电谐振。这和LC回路的谐振现象十分相似，因化，石英晶体又称为石英谐振器。上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。,五、石英晶体多谐振荡器,石英晶体电抗频率特性和符号,从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振
11、频率, 即当L、C、R支路发生谐振时, 它的等效阻抗最小(等于R)。 串联谐振频率为,当频率高于fs时, L、C、R支路呈感性, 可与电容Co发生并联谐振, 并联谐振频率为,由于CCo, 因此fs和fp非常接近。,石英晶体多谐振荡器,一、 555定时器 1、电路结构,10.5 555定时器及其应用,比较器,锁存器,输出缓冲,OC输出的三极管,二、 用555定时器接成施密特触发器,555定时器构成施密特触发器电路仿真,返回,三、 用555定时器接成单稳态触发器,稳态值？,暂稳态输出的宽度,触发脉冲宽度要小于输出脉冲宽度,加微分电路,不可重复,与触发脉冲的宽度和幅度无关,555定时器构成单稳态触发器电路仿真,返回,四、用555接成多谐触发器,如希望q50%?,555定时器构成多谐振荡器电路仿真,返回,10.6用multisim分析脉冲电路 例:分析下图用555定时器接成的多谐振荡器。求出输出电压的波形和震荡频率。,本章小结,产生矩形脉冲的电路有两类，一类是脉冲整形电路，一类是自激等的脉冲振荡器。 单稳态触发器输出信号宽度与输入信号无关，只取决于电路自身得参数，可以产生固定宽度的脉冲信号。 555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。,