第6章_脉冲波形的产生与变化

第6章脉冲波形的产生与变化第6章脉冲波形的产生与变化脉冲信号6.1多谐振荡器6.2单稳态触发器6.3施密特触发器6.4555定时器6.56.1脉冲信号6.1.1脉冲信号的概念6.1.2脉冲信号的参数6.1.3脉冲信号的产生方法脉冲信号的种类很多，根据脉冲出现的形式可分为电脉冲和非电脉冲，在电子线路中，使用的是电脉冲，简称为脉冲。广义的脉冲信号是指不连续的非正弦电压或电流，狭义的脉冲信号是指有规律的突变电压或电流。6.1.1脉冲信号的概念常见的脉冲有矩形波、三角波、锯齿波、阶梯波等等。典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路3种类型。脉冲信号波形参数各不相同，在数字电路中，为了定量描述脉冲波形的特性，经常使用如图6-1所示的5个基本参数。(1)脉冲幅度(2)脉冲上升时间(3)脉冲下降时间(4)脉冲宽度(5)脉冲周期(6)占空比6.1.2脉冲信号的参数图6-1矩形波的基本参数在数字系统中，常用以下两种方法产生所需要的脉冲信号：（1）利用振荡器直接产生所需要的脉冲波形。能够自动产生脉冲信号的电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器。6.1.3脉冲信号的产生方法（2）利用变换电路将已有的性能不符和要求的脉冲信号变换为符合要求矩形脉冲信号。其变换电路本身不能产生脉冲信号，只能起到波形变换作用，变换电路也称为整形电路。这类电路包括单态触发器和施密特触发器。6.2多谐振荡器6.2.1门电路组成的多谐振荡器6.2.2石英晶体振荡器由门电路组成的多谐振荡器的特点：（1）电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。（2）具有反馈网络，将输出电压恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态。（3）有延迟环节，获得所需要的振荡频率。6.2.1门电路组成的多谐振荡器1．电路组成及工作原理一种由CMOS门电路组成的多谐振荡器如图6-2所示。其原理图和工作波形图分别如图6-3（a）、（b）所示。图6-2由CMOS门电路组成的多谐振荡器图6-3多谐振荡器原理图和波形图根据以上分析所得电路在状态转换时的几个特征值，可以计算出图6-3(b)中的周期值。2．振荡周期的计算为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体振荡器。石英晶体的电路符号和阻抗频率响应如图6-4所示。由阻抗频率响应可知，石英晶体的选频特性非常好。6.2.2石英晶体振荡器图6-4石英晶体的电路符号及阻抗频率特性用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。串联型石英晶体振荡器电路如图6-5所示。并联型石英晶体振荡器如图6-6所示。图6-5串联型石英晶体振荡器图6-6并联型石英晶体振荡器6.3单稳态触发器6.3.1门电路构成的单稳态触发器6.3.2集成单稳态触发图6-7所示是用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触发器。(1)工作原理①稳态②暂态③由暂态自动返回稳态6.3.1门电路构成的单稳态触发器1．微分型单稳态触发器图6-7微分型单稳态触发器(2)参数估算①输出脉冲幅度②输出脉冲宽度③恢复时间④分辨时间以CMOS或非门组成的为例，两个门之间由积分电路耦合的单稳态电路叫积分型单稳态触发器，如图6-8所示。(1)工作原理稳态暂态由暂态返回稳态2．积分型单稳态触发器图6-8积分型单稳态触发器(2)输出脉冲宽度由图6-9的波形图可知，输出脉冲宽度为：12121212()(0)0lnlnln20.7()()DDWWthDDuuUtRCRCRCRCutuUU图6-9电路的电压波形图图6-10所示为TTL集成单稳态触发器74LSl21的简化逻辑结构。图6-11所示是74LSl21符号。电路由触发输入级、窄脉冲形成电路、微分单稳态触发器和输出级4部分组成。6.3.2集成单稳态触发1．电路组成图6-1074LS121集成单稳态触发器图6-1174LS121符号74LSl21的3个输入端均可输入触发信号，B是正极性触发输入端，是负极性触发输入端。当触发脉冲到来时，Ｍ点将产生正跳变变为高电平，G5使门输出也跳变为高电平。2．工作原理12BAA、、12AA、6.4施密特触发器6.4.1门电路构成的施密特触发器6.4.2集成施密特触发器图6-12(a)给出了由两级CMOS反相器组成的施密特触发器。图6-12(b)为施密特触发器逻辑符号。电路有如下正反馈过程发生：6.4.1门电路构成的施密特触发器1．正向过程图6-12施密特触发器电路有如下正反馈过程发生：2．负向过程典型的TTL集成施密特触发器是CT7413，包含两个四输入与非凡每个与非门电路由四输入二极管与门、施密特电路、电平偏移电路和推拉输出反相器四部分组成。6.4.2集成施密特触发器由于这一电路的输入附加了与逻辑功能，在电路的输出附加了反相的逻辑功能，所以它又称为施密特触发的与非门。TTL集成施密特触发器CT7413的符号及其电压传输特性曲线如图6-13所示。图6-13集成施密特触发器CT74136.5555定时器6.5.1电路组成6.5.2基本功能图6-14为555定时器的电气原理图和电路符号，其由五个部分组成：（1）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器；（2）两个电压比较器（3）基本RS触发器（4）放电三极管T及缓冲器G6.5.1电路组成图6-14555定时器的电气原理图和电路符号由电路框图和功能表可以得出如下结论：1.555定时器有两个阈值。2.输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。6.5.2基本功能3.输出端状态的改变有滞回现象。4.输出与触发输入反相。掌握这四条，对分析555定时器组成的电路十分有利。