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1、第6章 脉冲波形的产生和整形第1页，共133页，编辑于2022年，星期二6.1 概 述返回返回获取矩形脉冲波形有如下两种途径：第一种途径：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。第二种途径：通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。第2页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数返回返回通常可以用下图所示的几个主要参数来定量描述矩形脉冲的特性：脉冲幅度脉冲周期脉冲宽度上升时间下降时间以及占空比q=tW/T第3页，共133页，编辑于2022年，星期二6.2 施密特触发器图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器（a）电
2、路（b）图形符号图6.2.2 图6.2.1电路的电压传输特性（a）同相输出（b）反相输出图6.2.3 用TTL门电路接成的施密特触发器图6.2.4 带与非与非功能的TTL集成施密特触发器图6.2.5 集成施密特触发器7413的电压传输特性图6.2.6 CMOS集成施密特触发器CC40106图6.2.7 集成施密特触发器CC40106的特性（a）电压传输特性（b）VDD对VT、VT的影响图6.2.8 用施密特触发器实现波形变换图6.2.9 用施密特触发器对脉冲整形图6.2.10 用施密特触发器鉴别脉冲幅度返回返回第4页，共133页，编辑于2022年，星期二 施密特触发器是一种能够把输入波形整形成
3、为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。这主要是因为施密特触发器在性能上具有如下两个重要特点：第一：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。第二：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。第5页，共133页，编辑于2022年，星期二6.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器0V011第6页，共133页，编辑于2022年，星期二0.7V111第7页，共133页，编辑于2022年，星期二1.4V100第8页，共133页，编辑于2022年，星期二0.7Vui1.4V110第9页，
4、共133页，编辑于2022年，星期二 UR1，集成运放A1输出Uo1=0;当UTH 0 导通 1 保持原状态不变保持原状态不变 1 1 截止第95页，共133页，编辑于2022年，星期二低低低低电平触发端高高高高电平触发端电压控制端复位端低低低低电平有效放电端4.516V工作原理工作原理第96页，共133页，编辑于2022年，星期二001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。第97页，共133页，编辑于2022年，星期二R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/300011
5、第98页，共133页，编辑于2022年，星期二R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。110第99页，共133页，编辑于2022年，星期二R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3
6、时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。第100页，共133页，编辑于2022年，星期二555定时器的基本应用电路定时器的基本应用电路6.5.2 施密特触发器施密特触发器电路结构电路结构OUTUDDCTHTRui8436215uo6.4 施密特触发器施密特触发器第101页，共133页，编辑于2022年，星期二第102页，共133页，编辑于2022年，星期二第103页，共133页，编辑于2022年，星期二第104页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.6 施密特触发器电压
7、传输特性ouoUDDUDD31UDD32ui第105页，共133页，编辑于2022年，星期二 6.5.3 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器也有两个状态：一个是稳定状态，另一个是暂稳状态。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定状态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后，能够自动返回到稳定状态。第106页，共133页，编辑于2022年，星期二第107页，共133页，编辑于2022年，星期二接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳
8、态。ui到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。第108页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.9 单稳态触发器（a）电路；（b）输入输出波形84R762355515C0uoUDD0.01 mFDTHTRuiR(a)CtPuiUDDUDD31ototto(b)uoUDDuCUDD32tW 1.电路结构和工作波形电路结构
9、和工作波形第109页，共133页，编辑于2022年，星期二2.工作原理工作原理1)稳稳态态：触发信号没有来到，Ui为高电平。电源刚接通时，电路有一个暂态过程，即电源通过电阻R向电容C充电，当UC上升到 时，RS触发器置 0，Uo=0，放电管导通，因此电容C又通过放电管迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态。这时如果Ui一直没有触发信号来到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。第110页，共133页，编辑于2022年，星期二 2）暂稳态暂稳态:当单稳态触发器有触发脉冲信号（即Ui ）时，由于 ，并且UTH 则触发器输出由“0”变为“1”，放电三极管由导通变为截止，直流电源+UDD通过电阻R向电容C
10、充电，电容两端电压按指数规律从零开始增加（充电时间常数=RC）；经过一个脉冲宽度时间，负脉冲消失，输入端Ui恢复为“1”，即 ，由于电容两端电压UC ，而UTH=UC ，所以输出保持原状态“1”不变，这种状态即是单稳态触发器的暂稳状态。第111页，共133页，编辑于2022年，星期二3）由暂稳态自动回到稳态由暂稳态自动回到稳态 当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，又有 ，那么输出就由暂稳状态“1”自动返回稳定状态“0”。4）恢恢复复期期：放电管导通后，电容C通过放电管迅速放电，使UC0，电路又恢复到稳态，第二个触发信号到来时，又重复上述过程。第112页，共133页，编辑于2022年，星期二
11、3.暂稳状态时间（输出脉冲宽度）暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用tW表示。它由电路中电容两端的电压来决定，可以用三要素法求得 tW1.1RC 当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳定状态以后，tW时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用。第113页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.10 定时电路 1）定时电路 84762355515R2RW10 kW1 MWR11 MW0.01 mFCSBDKAuoUDDHL220 V6 V4.典型应用第114页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.11 延时电路2）延时电路 UDD8462
12、3150.01 mF50 mFCSAR2 MWDKA第115页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.12 分频电路847623150.01 mFC2C10.01 mFR210 kWR110 kWDC2000 pF UDDuo(f/n)ui(f)3)分频电路第116页，共133页，编辑于2022年，星期二 多谐振荡器的功能是产生一定频率和一定幅度的矩形波信号。其输出状态不断在“1”和“0”之间变换，所以它又称为无稳态电路。6.5.4 多谐振荡器多谐振荡器第117页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.13 多谐振荡器(a)电路;(b)输入输出波形1)电路结构和工作波形第118页，共1
13、33页，编辑于2022年，星期二 2)工作原理 如图6.13（b）所示，假定零时刻电容初始电压为零，零时刻接通电源后，因电容两端电压不能突变，则有UTH=UC=0 ，OUT=“1”，放电端D与地断路，直流电源通过电阻R1、R2向电容充电，电容电压开始上升；当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，那么输出就由一种暂稳状态（OUT=“1”而放电端D与地断路）自动返回另一种暂稳状态（OUT=“0”而放电端D接），由于充电电流从放电端D入地，电容不再充电，反而通过电阻R2和放电端D向地放电，电容电压开始下降；当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，那么输出就由OUT=“0”变为OUT=“1”，同时放电
14、端D由接地变为与地断路；电源通过R1、R2重新向C充电，重复上述过程。第119页，共133页，编辑于2022年，星期二 3)振荡周期 振荡周期：T=t1+t2。t1充电时间 t10.7(R1+R2)C t2放电时间 t20.7R2C T=t1+t2 0.7(R1+2R2)C 占空比第120页，共133页，编辑于2022年，星期二接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。第121页，共13
15、3页，编辑于2022年，星期二第122页，共133页，编辑于2022年，星期二 4)改进电路 图6.14所示电路可以产生占空比处于0和1之间可调的矩形波。这是因为它的充放电的路径不同，图6.14 可调占空比的多谐振荡器84762315555UDDuoC2D2C1D1RARBRW第123页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.2 用555定时器接成的施密特触发器返回返回第124页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.3 图6.5.2电路的电压传输特性返回返回第125页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.4 用555定时器接成的单稳态触发器返回返回第126页，共13
16、3页，编辑于2022年，星期二图6.5.5 图6.5.4电路的电压波形图返回返回第127页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.6 用555定时器接成的多谐振荡器返回返回第128页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.7 图6.5.6电路的电压波形图返回返回第129页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.8 用555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器返回返回第130页，共133页，编辑于2022年，星期二图6.5.9 例6.5.1设计的多谐振荡器返回返回第131页，共133页，编辑于2022年，星期二小结小结 1.555定时器主要由比较器、基本RS触发器、门电路构
17、成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。2.施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参考电压UR1和UR2之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。第132页，共133页，编辑于2022年，星期二 3.在单稳态触发器中，输入触发脉冲只决定暂稳态的开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的RC电路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。4.多谐振荡器又称无稳态电路。在状态的变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的RC电路提供状态的持续时间也由RC电路决定。第133页，共133页，编辑于2022年，星期二