第九章脉冲波形的产生和整形.

（6-1）第九章脉冲波形的产生和整形§10.1概述§10.3单稳态触发器§10.2施密特触发器§10.4多谐振荡器§10.5555定时器及其应用（6-2）§10.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。产生整形最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。（6-3）脉冲周期T脉冲宽度：上升沿到下降沿wtmV5.0mV5.0下降时间：ftmmVV1.09.0TtqW占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值：rtmmVV9.01.0上升时间：mV脉冲幅度（6-4）§10.2施密特触发器施密特电路特点：1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。2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。（6-5）时，当0Iv①0OLOVv10.2.1用门电路组成的施密特触发器（CMOS)（反相器的阈值电压）DDTHVV2121,RR（6-6）图3.6.2CMOS反相器的电压传输特性Av1OvOv②上升时的转换电平IvTVTTHAVRRRVv212221RRRVvvVvTOOTHATHTVRRV211（6-7）212RRRVVVVvTDDDDTHATHDDTHTVRRVRRVRRRV21212211THTTTVRRVVV212下降时的转换电平③IvTVAv1OvOv回差电压：（6-8）：输入电压上升时所对应的转换电压。：输入电压下降时所对应的转换电压。TTVV图10.2.2图10.2.1电路的电压传输特性同相输出反相输出（6-9）VVRRVVVRRVTHTTHT525.712121VVRRTH55.021为保证反相器输出高电平时负载电流不致超过允许的高电平输出电流。2G2GmaxOHI例10.2.1在图10.2.1(a)电路中，如果要求试求和值。VVVVTT5,5.721,RRDDV解：max2OHTHOHIRVV选CC4069反相器mAIVVOHDD3.110max85.33.15102R故取1121,22212RRR（6-10）*10.2.2集成施密特触发器T1013二极管与门；电平平移；推拉式输出级：降低电路的输出电阻以提高电路的驱动能力图10.2.3带与非功能的TTL集成施密特触发器（6-11）基本原理：1、正反馈过程VvvvBEEI7.01'①截止，饱和。1T2TEvVvvBEI7.01'②正反馈：T1饱和，T2截止。'Iv1Ci1Cv2Ci1BEv（6-12）VvvBEI7.01'③由于饱和导通时的值必然低于饱和导通时的值。4.1232RR1TEv2TEv：上升时的转换电压。'TV'IvTTTTVVVV'/由截止变导通的输入电压。由导通变截止时的输入电压。1T1TEv'Iv1Ci1Cv2Ci1BEvT1截止，T2饱和。2、回差电压：TTTVVV（6-13）①截止，饱和时：1T2TCCCBsatBEBViiRViR2242)(22CCCBsatCERViiRViR2242)(3323CRiimAimAiBC3.12.2223、计算VVvVET4.27.02'VIIRvBCE7.12242VVVVsatCEsatBE2.0,8.0)()(取（6-14）②T1由导通（变截止）VRRRvVvCECCE8.042411VVVVDTT7.1'VVvVET5.17.01'VVVVDTT8.0'VVVVTTT9.0图10.2.4集成施密特触发器7413的电压传输特性（6-15）图10.2.5CMOS集成施密特触发器CC401060Iv①T1、T2导通，T4、T5截止。DDOVv'使T3截止，T6导通。NthGSDDSVVv)(5（6-16）NthGSSIVvv)(5②，T5导通T5迅速导通，T3导通，T1、T2截止。'Ov5Sv5GSv)(55的导通内阻TRON)(21|5.2.253)(0thGSGSvVvKRONpDS）式（VT+比1/2VDD高很多。同理：VT-比1/2VDD低很多。（6-17）图10.2.6集成施密特触发器CC40106的特性电压传输特性VDD对VT＋、VT－的影响（6-18）10.2.3施密特触发器的应用一、用于波形变换（6-19）二、用于脉冲整形图10.2.8用施密特触发器对脉冲整形传输线上电容较大传输线较长，接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配叠加其他信号（6-20）三、用于脉冲鉴幅TV只有那些幅度大于的脉冲会产生输出信号。图10.2.9用施密特触发器鉴别脉冲幅度（6-21）稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回§10.3单稳态触发器特点：①稳态和暂稳态两个状态。②暂稳态维持一段时间后，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。用途：整形、延时、定时。（6-22）10.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器（CMOS门）dR很小，稳态时①DDTHOLDDOHVVVVV21,0,②有正的触发脉冲输入时IvDDIIVvv2,0DDoOVvv1,0dv1Ov2IvOv有很窄的正脉冲dv即使vd回到低电平，vO的高电平仍将维持。电路进入暂稳态（6-23）与此同时，电容C开始充电使得vI2逐渐升高，当vI2=VTH时2IvOv1Ov如果vd已回到低电平，则vO1、vI2迅速跳变为高电平，并使vO=0。同时电容C通过R和G2的输入保护电路向VDD放电，直至电容上的电压为0，电路恢复到稳定状态。（6-24）抓住：的变化这一要点2Iv图10.3.2图10.3.1电路的电压波形图Cd充电Cd放电C充电C放电（6-25）1、输出脉冲宽度Wt图10.3.3图10.3.1电路中电容C充电的等效电路电容上的电压vC从充、放电开始到变化至某一数值VTH所经过的时间可以用下式计算THCCCVvvvRCt)()0()(ln其中，是电容电压的起始值，是电容电压充、放电的终了值)(Cv)0(CvRCRCVVVRCtTHDDDDW69.02ln0ln（6-26）2、输出脉冲幅度mVOLOHmVVV3、恢复时间ret在跳变为高电平以后2Iv4、分辨时间dtreWdttt图10.3.4图10.3.1电路中电容C放电的等效电路CRtONre)5~3(（6-27）二、积分型单稳态触发器（TTL）R很小：保证为低电平时可以降至以下。1OvAvTHV电路由正脉冲触发。①稳态下均为高电平。0IvOAOv,v,v1②输入正脉冲：vO1变为低电平，vA维持高电平，故vO变为低电平，进入暂稳态，电容C开始放电。（6-28）THCCCVvvvlnRCt0THOLOHOLWVVVVlnCRRt0当时，的输入电流忽略不计。THAVv2G③计算Wt放电回路vA的波形OLCOHCVv,Vv0（6-29）输出幅度：OLOHmVVV恢复时间：CRR~t're053分辨时间：触发脉冲的宽度和恢复时间之和。是G1输出高电平时的输出电阻'R0放电回路reTRdttt优点：抗干扰能力强。缺点：边沿较差(状态转换过程中无正反馈)；要求触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度。（6-30）10.3.2集成单稳态触发器一、TTL集成单稳态触发器图10.3.9集成单稳态触发器74121的逻辑图微分型单稳控制附加电路（6-31）集成单稳态触发器74121的工作波形图使用外接电阻Rext（下降沿触发）使用内部电阻Rint（上升沿触发）74121的外部连接方法不可重复触发型与可重复触发型单稳态触发器的工作波形不可重复触发型可重复触发型（6-32）§10.4多谐振荡器矩形波发生器又称多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。一、电路静态时门电路工作在电压传输特性的转折区或线性区。即的选取。21,FFRR10.4.1对称式多谐振荡器图10.4.1对称式多谐振荡器图10.4.2TTL反相器（7404）的电压传输特性（6-33）OFBECCFFIvRRRVVRRRv11111174系列：在到之间1FR50.2图10.4.3计算TTL反相器静态工作点的等效电路只要恰好地选取值，就能够使静态工作点P刚好位于电压传输特性的转折区域线性区。1FRIv1FR1RCCVOv1GOOBECCFFIvvVVRRRv111111RRRvvFIO)VV(RRRvvBECCFFIO1110时，（6-34）二、工作原理①正跳变的过程1IvvO1迅速跳变为低电平，vO2迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。1Iv1Ov2Iv2Ov电容C1开始充电，C2开始放电。（6-35）BEOHCCFFOHEFEVVVRRRVVR//RR2121211C1充电的等效电路C2放电的等效电路（6-36）②C1同时经R1和RF2两条支路充电，所以充电速度较快，vI2首先上升到G2的阈值电压VTH，并引起下面正反馈：2Iv2Ov1Iv1OvvO2迅速跳变为低电平，vO1迅速跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态。电容C2开始充电，C1开始放电。由于电路的对称性，这一过程与前面C1充电，C2放电的过程完全相同。（6-37）图10.4.5图10.4.1电路中各点电压的波形C2放电C2充电C1充电C1放电TTL门电路输入端反向钳位二极管影响（6-38）111)(,)0(ECIKCVvVv转换电压为THVTHEIKEEVVVVCRT11111lnCCCRRRFFF2121,CRVVVVCRTFTHOHIKOHF3.1ln2C1充电起始值IKIVv)0(2假定，则C1上的电压0OLV21ICvvTHEIKEEVVVVCRTTln2211当时，且1RRFVVVVVVTHKIOH1.1,1,4.3（6-39）例10.4.1在图10.4.1所示的对称式多谐振荡器电路中，已知。G1和G2为74LS04的两个反相器，它们的取。试计算电路的振荡频率。FCCKRRFF1.0,12121KRVVVVVVTHIKOH20,1.1,1,4.31VVCC5解：VVVVRRRVVKRRRRRBEOHCCFFOHEFFE44.395.0111THEIKEEVVVVCRTln2ss441022.11.144.3144.3ln1095.02故振荡频率为kHzTf2.81（6-40）10.4.2非对称式多谐振荡器DDIIOVvvv21211CMOS门电路的输入电流在正常的输入高、低电平范围内几乎等于零，所以RF上没有压降，G1必然工作在vO1=vI1的状态。图10.4.7图10.4.6电路中CMOS反相器静态工作点的确定①正跳变的过程1Iv1Iv)(12OIvv2Ov（6-41）vO1迅速跳变为低电平，vO2迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。电容C开始充电。放电的等效电路②随着C的放电，vI1逐渐下降，当降到vI1=VTH时，又引起左面正反馈：1Iv2Iv2OvvO1迅速跳变为高电平，vO2迅速跳变为低电平，电路进入第二个暂稳态。电容C开始放电。充电的等