1、1 第十章脉冲波形的产生和整形 10 1概述10 2施密特触发器 特点及其应用 10 3单稳态触发器 特点及其应用 10 4多谐振荡器 特点及其应用 10 5555定时器及其应用 2 获取矩形脉冲波形的途径有两种 1 脉冲波形发生电路 利用多谐振荡器直接产生 2 脉冲波形整形电路 利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲 在同步时序电路中 作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作 因此 时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作 为了定量描述矩形脉冲的特性 给出几个主要参数 10 1概述 3 描述矩形脉冲特性的主要参数 脉冲周期T脉冲幅度Vm上升时间tr占空比q tw T
2、 脉冲频率f 1 T脉冲宽度tw下降时间tf 4 特点 1 输入信号在上升和下降过程中 电路状态转换时对应的输入电平不同 10 2施密特触发器 常用的一种脉冲整形电路 VT VT VT VT 应用 常用于波形变换 鉴幅和脉冲整形 2 电路状态转换时有正反馈过程 使输出波形边沿变陡 符号 施密特传输门 施密特与非门 施密特非门 5 10 2 1用门电路组成的施密特触发器 将两级反相器串接起来 同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端 即构成施密特触发器 G1 G2为CMOS反相器 VI 0时 VO VOL 0 VA 0 电路 符号 1 当VI从0逐渐升高到使得VA VTH时 电路发生正反馈 如
3、图所示 正向阈值电压VT VI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平 即VA VTH时的VI VT 电路状态迅速转换为Vo VOH VDD VT VTH 2 当VI从VDD逐渐下降到使得VA VTH时 电路发生正反馈 如图所示 电路状态迅速转换为Vo VOL 0 负向阈值电压VT VI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平 即VA VTH时的VI VT VT VTH 8 电压传输特性曲线 回差电压 VT VT VT 负向阈值电压VT 正向阈值电压VT 反相输出的施密特触发器 同相输出的施密特触发器 VT VT VT VT 9 10 2 3施密特触发电路的应用 1 波形变换 将边沿变化缓
4、慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号 2 脉冲鉴幅 可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于VT 的脉冲输出 10 2 2集成施密特触发器 略 10 3 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 可通过施密特触发电路整形成矩形脉冲 11 10 3单稳态触发器 特点 第一 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态 第二 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 电路能自动返回稳态 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 单稳态触发器被广泛用于脉冲整形 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
5、宽度的脉冲信号 等 单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充 放电过程来维持的 根据RC电路的不同接法 分为微分型和积分型两种 应用 一 微分型单稳态触发器 采用CMOS门电路和RC微分电路 稳态 V0 0 暂稳态 V0 1 上升沿触发 13 输出脉冲幅度 Vm VOH VOL VDD输出脉冲宽度 工作波形 14 二 积分型单稳态触发器 采用TTL门电路 稳态 V0 1 暂稳态 V0 0 上升沿触发 15 单稳态触发器的应用 1 延时与定时 图中 vO1的下降沿比vI的触发沿滞后了时间tW 当vO1 1时 与门打开 vO vF 当vO1 0时 与门关闭 vO为低电平 显然与门打开的时间是恒定不
6、变的 就是单稳输出脉冲vO1的宽度tW 2 定时 1 延时 16 2 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 17 10 4多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器 在接通电源以后不需要外加触发信号 便能自动地产生矩形脉冲 由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量 所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器 10 4 1对称式多谐振荡器 18 10 4 2非对称式多谐振荡器 10 4 3环形振荡器 利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接构成 实用的环形振荡器 19 10 4 4用施密特
7、触发器构成的多谐振荡器 10 4 5石英晶体多谐振荡器 振荡器的频率稳定性高 20 555定时器是一种多用途的数字 模拟混合集成电路 可以方便的构成施密特触发器 单稳态触发器和多谐振荡器 双极型产品型号最后数码为555 556 CMOS型产品型号最后数码为7555 7556 10 5555定时器及其应用 10 5 1555定时器的电路结构与功能 555能在宽电源电压范围内工作 可承受较大的负载电流 双极型555定时器的电源电压 5 16V 最大负载电流 200mA CMOS型7555定时器的电源电压 3 18V 最大负载电流 4mA 21 C1 C2为比较器 V V 时 VC 1 V V 时
8、VC 0 R D 0时 VO 0 VI1 VRI时 VC1 0 VI1 VRI时 VC1 1 VI2 VR2时 VC2 0 VI2 VR2时 VC2 1 VO Q VO 0时 TD导通 VCO外接固定电压则VR1 VCO VR2 VCO 2 VCO为参考电压 VCO悬空时 VR1 2VCC 3 VR2 VCC 3 TD为集电极开路的放电三极管 22 CB555的功能表 2Vcc 3 1Vcc 3 S R 23 外引线排列 逻辑符号 逻辑功能 24 10 5 2用555定时器接成施密特触发器 0 01 F为滤波电容 提高VR1和VR2的稳定性 25 VT VT VT VCC 3 VT VT 2V
9、CC 3 VCC 3 26 10 5 3用555定时器接成单稳态触发器 VI2负脉冲触发 27 负脉冲触发输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间 输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间 tW tW VCC 28 10 5 4用555定时器接成多谐振荡器 充电 R1 R2 C放电 R2 C 29 充电 R1 R2 C放电 R2 C 30 参数计算 1 电容充电时间T1 2 电容放电时间T2 T T1 T2 0 7 R1 2R2 C 5 输出波形占空比q 4 电路振荡频率f 3 电路振荡周期T q始终大于50 31 VT 2VCC 3VT VCC 3 VT VT VT VCC 3 VI2负脉冲触发 总结 32 T T1 T2 0 7 R1 2R2 C
