1、第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形首都師范大學(xué)物理系施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性n回差電壓：122TTTTHRVVVVRTHVIvOvODDVTVTHVIvOvODDVTV,OIOIvvvv,OIOIvvvv同相輸出反相輸出施密特觸發(fā)器的應(yīng)用CMOSMOC 等正弦波振蕩器11(a) 慢輸入波形的 TTL 系統(tǒng)接口(b) 整形電路的輸入、輸出波形輸入輸出UT+UT1輸入輸出UT+UT(c) 幅度鑒別的輸入、輸出波形(d) 多諧振蕩器CRucuouo6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器n單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要特點(diǎn)：n具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；n在外界脈沖的作用下，從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)；在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，將自動返

2、回穩(wěn)態(tài)。n暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。n應(yīng)用：n脈沖整形n延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）n定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）沒有觸發(fā)信號時電路工作在穩(wěn)態(tài)當(dāng)沒有觸發(fā)信號時，ui為低電平。因?yàn)殚TG2的輸入端經(jīng)電阻R接至VDD，VA為高電平，因此uo2為低電平；門G1的兩個輸入均為0，其輸出uo1為高電平，電容C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩(wěn)態(tài)，在觸發(fā)信號到來之前，電路一直處于這個狀態(tài)：uo11，uo20。uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11u

3、iCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11110（2）外加觸發(fā)信號使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)正觸發(fā)脈沖ui到來時，門G1輸出uo1由1變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變，uA也隨之跳變到低電平，使門G2的輸出uO2變?yōu)?。這個高電平反饋到門G1的輸入端，此時即使ui的觸發(fā)信號撤除，仍能維持門G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不能長久保持的，所以稱為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時，uo10，uo21。uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP110011（3）電容

4、充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)R和G1的導(dǎo)通工作管對C充電，隨著充電的進(jìn)行，C上的電荷逐漸增多，使uA升高。當(dāng)uA上升到閾值電壓UT時，G2的輸出uo2由1變?yōu)?。由于這時G1輸入觸發(fā)信號已經(jīng)過去，G1的輸出狀態(tài)只由uo2決定，所以G1又返回到穩(wěn)定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變，加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，此時uo11，uo20。脈沖寬度：tp=0.7RCuAuo2uiC11(a) 電路(b) 波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP穩(wěn)態(tài)時，ui1，G1、G2均導(dǎo)通。uo10，uA0，uo20。u

5、i負(fù)跳變到0時，G1截止，uo1隨之跳變到1。由于電容電壓不能躍變，uA仍為0，故門G2截止，uo2跳變到1。在G1、G2截止時，C通過R和G1的導(dǎo)通管放電，使uA逐漸上升。當(dāng)uA上升到管子的開啟電壓UT時，如果ui仍為低電平，G2導(dǎo)通，uo2變?yōu)?。當(dāng)ui回到高電平后，G1導(dǎo)通，C又通過R和G1的導(dǎo)通管充電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4 多諧振蕩器n多諧振蕩器：不需要外加觸發(fā)信號，能自動產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路。n分類：n對稱式多諧振蕩器n非對稱式多諧振蕩器n環(huán)形振蕩器n施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器n石英晶體多諧振蕩器n對稱式多諧振蕩器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1

6、C1G2G11Ov（1）為了產(chǎn)生自激振蕩，電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。（2）當(dāng)輸入信號有微小的正跳變時，電路進(jìn)入第一個暫穩(wěn)態(tài)。電路發(fā)生的正反饋過程如下：1122IOIOvvvv120,1OOvvC1開始充電、C2開始放電2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov對稱式多諧振蕩器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1C1G2G11Ov（3）當(dāng)C1充電到G2的輸入閾值電壓時，G2導(dǎo)通并引起下述正反饋過程如下，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。2211IOIOvvvv121,0OOvvC1開始放電、C2開始充電2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0

7、i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov（4）當(dāng)C2充電到G1的輸入閾值電壓時，G1導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號有微小的正跳變時，即重復(fù)（2）步操作。電路進(jìn)入第一個暫穩(wěn)態(tài)。因此電路便不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩，在輸出端產(chǎn)生矩形輸出脈沖。 由于電路結(jié)構(gòu)完全對稱，所以第一個暫穩(wěn)態(tài)和第二個暫穩(wěn)態(tài)完全對應(yīng)。對稱式多諧振蕩器12FR1FR1Iv2C2Iv2Ov1C1G2G11Ov2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Iv0i3tT2Ivuo(ui1)t0t11Ov非對稱式多諧振蕩器（1）在對稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化，電路仍然沒有穩(wěn)定狀態(tài)，在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩。（2）當(dāng)輸入信號有微小的正跳變時

8、，電路進(jìn)入第一個暫穩(wěn)態(tài)。電路發(fā)生的正反饋過程如下：1122()IOIOvvvv120,1OOvvC開始放電1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11Ov2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11Ov非對稱式多諧振蕩器（3）當(dāng)C放電到G1的輸入閾值電壓時，將引起下述正反饋過程如下，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。1122()IOIOvvvv121,0OOvvC開始充電1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR2Ovt0ui2(uo1)t1t2t30i3tT1Ivuo(ui1)t0t11

9、Ov非對稱式多諧振蕩器（4）當(dāng)C充電到G1的輸入閾值電壓時，G1導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號有微小的正跳變時，即重復(fù)（2）步操作。電路進(jìn)入第一個暫穩(wěn)態(tài)。 因此電路便不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩，在輸出端產(chǎn)生矩形輸出脈沖。1FR1IvC2Iv2Ov1G2G11OvPR施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器（1）施密特觸發(fā)器的典型特點(diǎn)：電壓傳輸特性存在滯回區(qū)。使其輸入電壓在正/負(fù)向閾值電壓之間往復(fù)變化，即可得矩形脈沖（2）當(dāng)接通電源瞬間，電容上的初始電壓為0，故輸出為高電平，C開始充電。（3）當(dāng)C充電至正向閾值電壓時，輸出跳變?yōu)榈碗娖剑?C開始放電。（4）當(dāng)C放電至負(fù)向閾值電壓時，輸出跳變?yōu)楦唠娖剑?C重新開始充電。

10、T+(d) CRucuoIvOvIvOvtt& R1 C2 R2C1uof(a) 石英晶體多諧振蕩器(b) 石英晶體阻抗頻率特性0Xf0電容性電感性石英晶體多諧振蕩器振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率f06.5 555定時器及其應(yīng)用n555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能n555定時器接成的施密特觸發(fā)器n555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器n555定時器接成的多諧振蕩器555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ電平觸發(fā)端電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端電平有效放電端4.516V1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C

11、2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0時，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T導(dǎo)通。2VCC/3VCC/3000111&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。2VCC/3VC

12、C/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。1101&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。

13、6.5.2 由由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）當(dāng) ui0 時，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高時，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會改變。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）當(dāng) ui0 時，由于比

14、較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置 1，即 Q1、0Q，uo1uo1。ui升高時，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會改變。（2）ui升高到 2VCC/3 時，比較器 C1輸出為 0、C2輸出為 1，觸發(fā)器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3 以前，uo1uo0 的狀態(tài)不會改變。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+VCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+VCC1uouCOUT+UT2VCC/3VCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）當(dāng) ui0 時，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置 1，即 Q

15、1、0Q，uo1uo1。ui升高時，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會改變。（2）ui升高到 2VCC/3 時，比較器 C1輸出為 0、C2輸出為 1，觸發(fā)器置 0，即Q0、1Q，uo1=uo=0。此后，ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3 以前，uo1uo0 的狀態(tài)不會改變。6.5.3 由由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00(a) 電路(b) 工作波形uct02VCC/3輸出脈沖寬度 tp。 tp1.1RC圖圖6.5.4接通VCC后瞬間，VCC通過R對C充

16、電，當(dāng)uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo0。這時Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過T放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。ui到來時，因?yàn)閡iVCC/3，使C20，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對C充電。雖然此時觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo0，T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCuiuotttP00uct02VCC/3CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 電路(b) 工作波形接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時，uo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對C充電。如此重復(fù)上述過程，在輸