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1、第六章第六章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形主要内容：主要内容：介绍用于脉冲信号产生、整形和定时的几种基本电路。介绍用于脉冲信号产生、整形和定时的几种基本电路。1 1.施密特触发器。施密特触发器。2.2.单稳态触发器。单稳态触发器。3.3.多谐振荡器。多谐振荡器。4.5554.555定时器。定时器。6.1 概述概述 1.脉冲幅度脉冲幅度Vm2.脉冲宽度脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm3.上升时间上升时间tr0.1Vm0.9Vm4.下降时间下降时间tf0.9Vm0.1Vm5.周期周期T周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率频率f周期的倒数或每秒钟重
2、复的次数。周期的倒数或每秒钟重复的次数。7.占空比占空比q脉冲宽度与周期之比脉冲宽度与周期之比描述矩形脉冲的几个参数描述矩形脉冲的几个参数理想波形：理想波形：实际波形：实际波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT6.2 施密特触发器施密特触发器功能特点：功能特点：1.输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时 的转换电平不同。的转换电平不同。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。电压波形的边沿变得很陡。如图示：如图示：1vIvO若若vI为低
3、电平，则为低电平，则vO为高电平；若为高电平；若vI为高电平，则为高电平，则vO为低电平。为低电平。vI从低电平从低电平上升到上升到VT+时，时，vO由高变低；由高变低；vI从高电平从高电平下降到下降到VT-时，时，vO由低变高由低变高.VT+VT-vIvOVT+VT-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一、电路结构及工作原理一、电路结构及工作原理R111vOvOvIR2G1G2vO1vIG1、G2为为CMOS非门，非门，阈值电压为阈值电压为VTH=1/2VDD；R1R2工作原理工作原理(1)当当vI=0V时，时，vI为低电平，为低电平，vO=0V当当vI增加到增加
4、到vI=VTH时，引发正反馈，使时，引发正反馈，使vO迅速上升到迅速上升到vO=VOH=VDDvIvO1vOvI增加，使增加，使vI增加，增加，发生转换时的发生转换时的vI即即VT+可由下式求得可由下式求得(2)当当vI=VDD时，时，vI为高电平，为高电平，vO=VDD当当vI下降到下降到vI=VTH时时,引发正反馈，使引发正反馈，使vO迅速下降到迅速下降到vO=VOL=0VvIvO1vOvI下降，使下降，使vI下降，下降，11vOvOvIR2G1G2vO1vI发生转换时的发生转换时的vI即即VT-可由下式求得可由下式求得带入带入VDD=2VTH回差电压：回差电压：特点：特点：VT可调可调符
5、号：符号：1vIvO电压传输特性曲线：电压传输特性曲线：vIvOVTHVDD同向输出同向输出的施密特触发特性的施密特触发特性1vIvOvIvOVTHVDD以以vO做输出得到做输出得到反向输出反向输出的施密特触发特性的施密特触发特性11vOvOvIR2G1G2vO1vIvIvOVTHVDD例：已知例：已知VT+=7.5V,VT=5V,求求R1、R2和和VDD的值的值解：代入公式解：代入公式解得：解得：注意：注意：R1、R2的取值不能太小，保证的取值不能太小，保证G2输出高电平时的负载电流小于允许值输出高电平时的负载电流小于允许值11vOvOvIR2G1G2vO1vIVOHIOHVTH故：故：CC
6、4096的的IOH(max)=1.3mA6.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YACBD&ACBD1Y等效电路等效电路带与非功能的施密特触发器带与非功能的施密特触发器不可调不可调集成施密特触发器集成施密特触发器CC401061vIvO调节调节VDD可调可调6.2.3施密特触发器的应用施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波将正弦波、三角波等转换成矩形波tvOVT-VT+vIt1vIvO一、用于波形变换一、用于波形变换tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整形二、用于脉冲整形tvOVT-VT+vItvItvIt将不理想的
7、矩形波转换成理想矩形波将不理想的矩形波转换成理想矩形波如上升沿、下降沿不理想，如上升沿、下降沿不理想，寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲三、用于脉冲鉴幅三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些大于那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。的脉冲才会产生输出信号。vItvOtVT+VT-1vIvO6.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：1.电路有稳态和暂稳态两个状态。电路有稳态和暂稳态两个状态。2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂
8、稳态维持在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持 一段时间后，再自动返回稳态。一段时间后，再自动返回稳态。3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽 度无关。度无关。vIvO暂稳态暂稳态稳态稳态tW6.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器工作原理分析工作原理分析（暂不考虑（暂不考虑Rd、Cd）（1）稳态）稳态vI=0，C开路，开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。上无电荷。11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS
9、门门单稳态电路工作原理的分析方法：单稳态电路工作原理的分析方法：分别分析分别分析稳态稳态、暂稳态暂稳态、恢复过程恢复过程，定性地画出电路中各点电压的波形。定性地画出电路中各点电压的波形。vIvO暂稳态暂稳态稳态稳态tW稳态稳态VDDVDD00（1）稳态）稳态vI=0，C开路，开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。上无电荷。（2）暂稳态）暂稳态C充电，充电，vI2按指数规律上升，当按指数规律上升，当vI2=VTH 时，时，引发正反馈，使引发正反馈，使vO迅速下降到迅速下降到vO=0，vO1=1进入暂稳态进入暂稳态暂稳态结束暂稳态结束当当vI=VTH 时，时，引发正反馈，使引
10、发正反馈，使vO迅速上升到迅速上升到vO=1，vO1=0vI 11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS门门vI2 vO vO1 vO1 vI2 vO vItvO1tvI2VTHtvOt tW 充充充充（3）恢复过程：）恢复过程：vO1 vI2，C放电，放电，vI2按指数按指数规律下降，很快放完电后，规律下降，很快放完电后，vI2=VDD，恢复到稳态。，恢复到稳态。11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOt tW 充充放放放放11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOt tW 充充放放该电路要求触发该电路要求触发脉冲宽度
11、脉冲宽度小于小于暂暂稳态时间稳态时间主要参数主要参数(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW充电过程中，充电过程中，从从上升到上升到VTH所需的时间。所需的时间。根据根据三要素法三要素法：当当时，时，vItvO1tvI2VTHtvOt tW 充充放放已知已知再求出再求出即可。即可。充电等效电路：充电等效电路：RG1vI2CVDDG2RON充充vItvO1tvI2VTHtvOt tW 充充放放vI2RCVDDRONtW，则，则vI2=VTH 时，时，vO,但但vO1由于由于vI 的作用还保持的作用还保持0，工作不正常。，工作不正常。3.输入微分电路的作用输入微分电路的作用vdRdCdvI11vORG1
12、G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOt tW 放放TrevdvItt措施：措施：在输入端加微分网络在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），（足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。将宽脉冲变为窄脉冲。二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器1.电路及工作原理电路及工作原理(1)稳态：稳态：vI=0，vO1=1，C充满电荷，充满电荷，vA为高电平，为高电平，vO=1(2)暂稳态：暂稳态：C放电，放电，vA，当，当 vA=VTH时，时，vO，(3)恢复过程：恢复过程：C充电，充满后，充电，充满后，恢复到高电平，电路恢复稳态。恢复到高电平，电路恢复稳态。工作过程：工作过程：从高电平返回
13、低电平以后，从高电平返回低电平以后，vO1 当当vI vO1，vO C继续放电，直至放完。继续放电，直至放完。进入暂稳态进入暂稳态暂稳态结束暂稳态结束1vORG1G2vO1vACvI&TTL门门vAvO1tVTHtvIttvOtW放放充充vIvO该电路要求触发该电路要求触发脉冲宽度脉冲宽度大于大于暂暂稳态时间稳态时间2.主要参数主要参数(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW放电过程中，放电过程中，vA从初始值从初始值vA(0)下降至下降至VTH时所需时间时所需时间放电等效电路：放电等效电路：vAR+ROCVOLi2很小很小R1VCCVOLROCG2G1RvA放放i21vORG1G2vO1vACvI
14、&vAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充充TreVOHVOL(2)输出幅度输出幅度(3)恢复时间恢复时间C充电时间，称为恢复时间。充电时间，称为恢复时间。vAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充充TreVOHVOL充电回路：充电回路：(4)分辨时间分辨时间输入脉冲宽度输入脉冲宽度+恢复时间恢复时间vAR+ROCVCC不考虑不考虑G21vORG1G2vO1vACvI&VCCR1VOHROCG2G1RvA充充VCCvAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充充TreVOHVOL比较微分型和积分型的区别：比较微分型和积分型的区别：边沿好（正反馈）边沿好（正反馈）抗干扰能力差抗干扰能力差优点优点缺点缺点微分型微分型积分型积分型抗干扰能力强抗干扰能力强边沿不好边沿不好