第八章

脈沖波形的產(chǎn)生和整形

8.1施密特觸發(fā)器8.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)8.3多諧振蕩器★本章基本內(nèi)容

在前面各章的討論中，常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的脈沖信號(hào)，如觸發(fā)器就需要時(shí)鐘脈沖（CP），等等。事實(shí)上，現(xiàn)代電子系統(tǒng)都離不開(kāi)脈沖信號(hào)。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：①直接產(chǎn)生；②利用已有信號(hào)變換得到。與產(chǎn)生模擬信號(hào)要用模擬振蕩器一樣，產(chǎn)生脈沖信號(hào)要用脈沖振蕩器。脈沖波形變換則包括脈沖寬度、幅度、相位及上升和下降時(shí)間等等的改變，通過(guò)變換，使這些特性符合要求。本章將介紹常用的脈沖變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器，脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器，和一種多用途的定時(shí)電路——555定時(shí)器。第八章

脈沖波形的產(chǎn)生和整形

8.1施密特觸發(fā)器8.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)8.3多諧振蕩器*集成施密特觸發(fā)器*特性與原理*應(yīng)用舉例

一、由門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。01010111101001100101下限閾值電壓上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：ΔUT＝UT＋－UT－前面介紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.7V缺點(diǎn)是回差太小，且不能調(diào)整。施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門(mén)。①電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱(chēng)為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓，二者的差值稱(chēng)為回差。輸出電平的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。②與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，不依賴(lài)于邊沿陡峭的脈沖。特點(diǎn)：集成施密特觸發(fā)器二、由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1、555定時(shí)器4.5～16V電壓控制端高電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端復(fù)位端低電平有效放電端（2）5腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。（3）2腳，6腳兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。（1）4腳為復(fù)位輸入端，當(dāng)為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平。正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字——模擬混合集成電路，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。555能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。雙極型555定時(shí)器的電源電壓：5~16v，最大負(fù)載電流：200mACMOS型7555定時(shí)器的電源電壓：3—18v，最大負(fù)載電流：4mA輸入輸出RDVI1VI2VOTD狀態(tài)0低導(dǎo)通1>2VCC/3>VCC/3低導(dǎo)通1<2VCC/3>VCC/3不變不變1<2VCC/3<VCC/3高截止1>2VCC/3<VCC/3高截止CB煌55飛5的功秋能表010①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。＞VCC/3＞2促VCC/301010①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＜2預(yù)VCC/3＞VCC/311100①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。＜2碰VCC/3＜VCC/30011①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3時(shí)，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。12、由55碰5定時(shí)鬧器構(gòu)補(bǔ)成的肅施密櫻特觸飾發(fā)器1.用作宇接口切電路——將緩舞慢變椒化的怕輸入鍛信號(hào)會(huì)，轉(zhuǎn)宰換成鍛為符鑰合TT鳴L系統(tǒng)捆要求包的脈逢沖波俗形。3、施糊密特誤觸發(fā)隊(duì)器的峰應(yīng)用波形合變換:將邊逃沿變?cè)诨弴@慢的政周期啊性信晶號(hào)變片換為并邊沿炮很陡疼的矩私形脈渴沖信統(tǒng)號(hào)。2.用作演整形千電路——把不淚規(guī)則需的輸誕入信岡號(hào)整匠形成駐為矩塑形脈萬(wàn)沖。脈沖昏整形改：在數(shù)沖字系想統(tǒng)中爹，矩生形脈對(duì)沖經(jīng)守傳輸源后往巴往發(fā)藝生波夸形畸怠變。3.用于停脈沖企鑒幅——從一乒系列墨幅度牧不同摧的脈河沖信棋號(hào)中凝，選及出那獻(xiàn)些幅艘度大摩于VT+的輸勇入脈押沖。小結(jié)施密厲特觸弊發(fā)器狹是一坦種能煌夠把枝輸入監(jiān)波形根整形帳成為傻適合戚于數(shù)圾字電識(shí)路需產(chǎn)要的辨矩形稠脈沖褲的電附路。嚷而且語(yǔ)由于飄具有帥滯回窯特性顏，所刃以抗桐干擾輔能力仇也很改強(qiáng)。施密涉特觸敲發(fā)器沸可以你由分荒立元數(shù)件構(gòu)瞇成，燒也可重以由石門(mén)電洲路及55悅5定時(shí)駛器構(gòu)傲成。施密答特觸域發(fā)器禁在脈鑼沖的燙產(chǎn)生肚和整腦形電提路中慰應(yīng)用捧很廣川。第八喜章堂脈但沖波凍形的膨產(chǎn)生貴和整宏形8.臺(tái)1施密否特觸貴發(fā)器8.裝2單穩(wěn)洞態(tài)觸房誠(chéng)發(fā)8.逼3多諧臺(tái)振蕩摩器一、授由門(mén)箏電路懲構(gòu)成補(bǔ)的單距穩(wěn)態(tài)露觸發(fā)席器單穩(wěn)到態(tài)觸遍發(fā)器斑在數(shù)魚(yú)字電鍵路中他一般和用于定時(shí)（產(chǎn)殲生一杰定寬光度的胃矩形巖波）招、整形（把堅(jiān)不規(guī)余則的畜波形干轉(zhuǎn)換椒成寬呀度、喇幅度菠都相淹等的俊波形注）以岔及延時(shí)（把處輸入跳信號(hào)道延遲岸一定宮時(shí)間往后輸次出）午等。單穩(wěn)悲態(tài)觸甚發(fā)器右具有雙下列弦特點(diǎn)帥：（1）電水路有勒一個(gè)捐穩(wěn)態(tài)袖和一隨個(gè)暫虎穩(wěn)態(tài)洪。（2）在脂外來(lái)飽觸發(fā)侵脈沖螺作用飲下，行電路受由穩(wěn)消態(tài)翻筋轉(zhuǎn)到取暫穩(wěn)頌態(tài)。（3）暫田穩(wěn)態(tài)儉是一梢個(gè)不團(tuán)能長(zhǎng)息久?？虺值狞h狀態(tài)科，經(jīng)玻過(guò)一玻段時(shí)巡壽間后守，電界路會(huì)寇自動(dòng)呼返回命到穩(wěn)格態(tài)。嫂暫穩(wěn)胳態(tài)的況持續(xù)印時(shí)間緒與觸肆發(fā)脈祥沖無(wú)旗關(guān)，撲僅決呆定于顧電路聞本身鐘的參壯數(shù)。0110（1）沒(méi)對(duì)有觸轎發(fā)信榮號(hào)時(shí)煙電路窩工作著在穩(wěn)豎態(tài)當(dāng)沒(méi)握有觸毛發(fā)信惱號(hào)時(shí)費(fèi)，ui為低心電平遞。因找為門(mén)G2的輸吸入端揭經(jīng)電愈阻R接至VDD，uA為高堂電平懲，因步此uo2為低玻電平捆；門(mén)G1的兩志個(gè)輸留入均狀為0，其串輸出uo1為高筍電平吊，電乞容C兩端班的電吸壓接積近為0。這妄是電元路的璃穩(wěn)態(tài)左，在墻觸發(fā)禮信號(hào)剩到來(lái)傳之前容，電邀路一揪直處苦于這叢個(gè)狀茅態(tài)：uo1＝1，uo2＝0。（2）外狂加觸衣發(fā)信點(diǎn)號(hào)使呼電路都由穩(wěn)印態(tài)翻霞轉(zhuǎn)到?jīng)Q暫穩(wěn)戶(hù)態(tài)當(dāng)正沉觸發(fā)橡脈沖ui到來(lái)環(huán)時(shí)，仙門(mén)G1輸出uo1由1變?yōu)?。由束于電貢容電芒壓不老能躍置變，uA也隨絕之跳業(yè)變到賴(lài)低電棄平，昨使門(mén)G2的輸俗出uO2變?yōu)?。這遣個(gè)高蛾電平掉反饋育到門(mén)G1的輸功入端黨，此辰時(shí)即壯使ui的觸傭發(fā)信泥號(hào)撤養(yǎng)除，謀仍能慈維持餃門(mén)G1的低放電平錦輸出汗。但順是電贊路的蜘這種女狀態(tài)鏡是不斑能長(zhǎng)撕久保田持的盈，所厲以稱(chēng)耕為暫繩穩(wěn)態(tài)引。暫尾穩(wěn)態(tài)恨時(shí)，uo1＝0，uo2＝1。101（3）電替容充弟電使索電路掙由暫頌穩(wěn)態(tài)喬自動(dòng)值返回政到穩(wěn)插態(tài)在暫程穩(wěn)態(tài)晝期間蔥，VDD經(jīng)R和G1的導(dǎo)信通工沙作管跑對(duì)C充電厚，隨昆著充卻電的肚進(jìn)行鑰，C上的進(jìn)電荷邁逐漸嬌增多章，使uA升高道。當(dāng)uA上升僚到閾差值電默壓UT時(shí)，G2的輸蛇出uo2由1變?yōu)?。由圈于這味時(shí)G1輸入降觸發(fā)翠信號(hào)硬已經(jīng)復(fù)過(guò)去鋒，G1的輸揭出狀懶態(tài)只伸由uo2決定舟，所止以G1又返伍回到海穩(wěn)定舌的高互電平獎(jiǎng)輸出糾。uA隨之娛向正微方向思跳變亭，加鋒速了G2的輸糕出向奪低電農(nóng)平變蝕化。吉最后柄使電負(fù)路退沾出暫眨穩(wěn)態(tài)冶而進(jìn)嚇入穩(wěn)獄態(tài)，稀此時(shí)uo1＝1，uo2＝0。0110脈沖銷(xiāo)寬度燈：tp=0早.7鋪RC穩(wěn)態(tài)啟時(shí)，ui＝1，G1、G2均導(dǎo)祥通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。ui負(fù)跳針變到0時(shí)，G1截止獸，uo1隨之襲跳變引到1。由午于電倆容電年壓不蒸能躍房誠(chéng)變，uA仍為0，故揀門(mén)G2截止婆，uo2跳變因到1。在G1、G2截止消時(shí)，C通過(guò)R和G1的導(dǎo)流通管命放電狂，使uA逐漸電上升止。當(dāng)uA上升驅(qū)到管俊子的寄開(kāi)啟糞電壓UT時(shí)，遠(yuǎn)如果ui仍為許低電吉平，G2導(dǎo)通租，uo2變?yōu)?。當(dāng)ui回到須高電包平后寄，G1導(dǎo)通襲，C又通尚過(guò)R和G1的導(dǎo)協(xié)通管緩充電面，電喜路恢僻復(fù)到餅穩(wěn)定晨狀態(tài)棄。74幸12跑1的輸幻玉出脈賴(lài)沖寬凝度：tp≈0疼.7RCTR-A、TR-B是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，TR+是上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。Q和Q是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時(shí)電阻和電容的連接端，外接定時(shí)電阻R（R=1.4kΩ～40kΩ）接在VCC和Rext/Cext之間，外接定時(shí)電容C（C=10pF～10μF）接在Cext（正）和Rext/Cext之間。74121內(nèi)部已設(shè)置了一個(gè)2kΩ的定時(shí)電阻，Rin是其引出端，使用時(shí)只需將Rin與VCC連接起來(lái)即可，不用時(shí)則應(yīng)將Rin開(kāi)路。TR-A、TR-B是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，TR+A、TR+B是兩個(gè)上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端。Q和Q是兩個(gè)狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext、Rin3個(gè)引出端是供外接定時(shí)元件使用的，外接定時(shí)電阻R（R=5kΩ～50kΩ）、電容C（無(wú)限制）的接法與74121相同。RD為直接復(fù)位輸入端，低電平有效。當(dāng)定時(shí)電容C＞1000pF時(shí)，74122的輸出脈沖寬度：tp≈0.32RC二、耕由55椅5定時(shí)祝器構(gòu)謀成的到單穩(wěn)店態(tài)觸靈發(fā)器接通VCC后瞬間，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo＝0。這時(shí)Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過(guò)T放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

ui到來(lái)時(shí)，因?yàn)閡i＜VCC/3，使C2＝0，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(shí)Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對(duì)C充電。雖然此時(shí)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(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo＝0，T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。三、倒單穩(wěn)艦態(tài)觸限發(fā)器童的應(yīng)事用延遲兇與定森時(shí)（1）延辣遲圖中呀，u/O的下左降沿端比ui的下降沿陷滯后洋了時(shí)冒間tp。（2）定飼時(shí)當(dāng)u/O=1時(shí)，跨與門(mén)太打開(kāi)喬，uO=uA。當(dāng)u/O=0時(shí)，厲與門(mén)法關(guān)閉敘，uO為低叢電平信。顯然晃與門(mén)紀(jì)打開(kāi)浮的時(shí)是間是除恒定喪不變控的，貪就是泄單穩(wěn)萍輸出矩脈沖u/O的寬探度tp。整形單穩(wěn)處態(tài)觸汗發(fā)器哄能夠衡把不哪規(guī)則艷的輸案入信檔號(hào)ui，整兄形成始為幅英度和歡寬度季都相額同的泛標(biāo)準(zhǔn)括矩形聯(lián)脈沖uO。uO的幅勤度取憤決于購(gòu)單穩(wěn)譜態(tài)電亦路輸徹出的改高、稻低電吵平，靈寬度tp決定里于暫丑穩(wěn)態(tài)域時(shí)間尺。小結(jié)單穩(wěn)藏態(tài)觸爺發(fā)器倘具有娛一個(gè)競(jìng)穩(wěn)態(tài)盼。由炎門(mén)電專(zhuān)路構(gòu)刑成的詞單穩(wěn)莖態(tài)觸架發(fā)器蛇和基未本RS觸發(fā)俘器在喇結(jié)構(gòu)辦上也范極為催相似捧，只巡壽有用時(shí)于反平饋的件耦合像網(wǎng)絡(luò)攻不同勁。單穩(wěn)絲式態(tài)觸淘發(fā)器爭(zhēng)可以肅由門(mén)匠電路矮構(gòu)成株，也鄉(xiāng)豐可以廈由55幅5定時(shí)曉器構(gòu)佛成。知在單遺穩(wěn)態(tài)悉觸發(fā)易器中盤(pán)，由秀一個(gè)坊暫穩(wěn)羞態(tài)過(guò)返渡到爛穩(wěn)態(tài)康，其咳“觸員發(fā)”悼信號(hào)櫻也是茂由電羅路內(nèi)棋部電名容充蘿（放政）電在提供養(yǎng)的，褲暫穩(wěn)污態(tài)的侍持續(xù)環(huán)時(shí)間寨即脈付沖寬慚度也清由電泳路的定阻容子元件請(qǐng)決定康。單穩(wěn)躬態(tài)觸療發(fā)器聽(tīng)不能約自動(dòng)盆地產(chǎn)訪(fǎng)生矩艱形脈欄沖，哄但卻亮可以熔把其泡它形處狀的駁信號(hào)區(qū)變換戀成為扯矩形久波，勢(shì)用途免很廣扎。第八鳥(niǎo)章香脈教沖波預(yù)形的而產(chǎn)生嘩和整郵形8.薦1施密僻特觸介發(fā)器8.雀2單穩(wěn)士態(tài)觸燒發(fā)8.性3多諧賠振蕩輩器一、范由門(mén)哈電路現(xiàn)構(gòu)成渴的多杠諧振牲蕩器能產(chǎn)撈生矩扶形脈嫂沖的自激振蕩施電路愈叫做亞多諧蜻振蕩刑器。1、RC環(huán)形條多諧澡振蕩飄器第一困暫穩(wěn)申態(tài)及喂其自鐘動(dòng)翻燙轉(zhuǎn)的略工作距過(guò)程在t1時(shí)刻賄，ui1（uo）由0變?yōu)?，于徒是uo1（ui2）由1變?yōu)?，uo2由0變?yōu)?。由霞于電叢容電哄壓不賓能躍珠變，狀故ui3必定寨跟隨ui2發(fā)生燈負(fù)跳攏變。安這個(gè)沉低電變平保吩持uo為1，以括維持傷已進(jìn)乏入的堂這個(gè)烘暫穩(wěn)純態(tài)。在這也個(gè)暫肺穩(wěn)態(tài)迅期間蹤蝶，uo2（高電篇平）粱通過(guò)儀電阻R對(duì)電陜?nèi)軨充電滾，使ui3逐漸雄上升移。在t2時(shí)刻才，ui3上升懂到門(mén)堵電路騙的閾應(yīng)值電畜壓UT，使uo（ui1）由1變?yōu)?，uo1（ui2）由0變?yōu)?，uo2由1變?yōu)?。同異樣由爸于電予容電世壓不擺能躍苦變，筒故ui3跟隨ui2發(fā)生湊正跳它變。下這個(gè)鞠高電貍平保勤持uo為0。至葵此，添第一浪個(gè)暫喇穩(wěn)態(tài)廊結(jié)束丑，電響路進(jìn)乞入第亮二個(gè)閣暫穩(wěn)跡態(tài)。第二葉暫穩(wěn)敬態(tài)及丸其自拔動(dòng)翻禮轉(zhuǎn)的粘工作仆過(guò)程在t2時(shí)刻攤，uo2變?yōu)闇\低電遞平，略電容C開(kāi)始植通過(guò)束電阻R放電災(zāi)。隨杠著放久電的囑進(jìn)行少，ui3逐漸見(jiàn)下降俯。在t3時(shí)刻語(yǔ)，ui3下降餃到UT，使uo（ui1）又由0變?yōu)?，第購(gòu)二個(gè)努暫穩(wěn)柄態(tài)結(jié)難束，禿電路舅返回久到第參一個(gè)沖暫穩(wěn)惕態(tài)，叮又開(kāi)章始重牲復(fù)前隆面的懼過(guò)程遭。石英燙晶體主的選屯頻特耀性有兩早個(gè)諧側(cè)振頻糊率。忌當(dāng)f=fs時(shí)，群為串餃聯(lián)諧領(lǐng)振，刊石英夢(mèng)晶體高的電幻玉抗X=0；當(dāng)f=fp時(shí)，娃為并謀聯(lián)諧更振，進(jìn)石英彎晶體杜的電竊抗無(wú)置窮大鈔。由晶斯體本拉身的撓特性狂決定孟：fs≈fp≈f0（晶體告的標(biāo)志稱(chēng)頻陽(yáng)率）石英轉(zhuǎn)晶體援的選肢頻特千性極緞好，f0十分杰穩(wěn)定覺(jué)，其嗎穩(wěn)定降度可示達(dá)10-1伯0～10-1悲1。2、石蘭英晶盆體多戴諧振抱蕩器串聯(lián)目式振慕蕩器R1、R2的作薪用——使兩棗個(gè)反音相器狼在靜偉態(tài)時(shí)礎(chǔ)都工柄作在坑轉(zhuǎn)折斤區(qū)，塞成為壩具有稅很強(qiáng)困放大洽能力厭的放掃大電縮慧路。對(duì)于TT令L門(mén)，兵常取R1=R2=0通.7～2k棍Ω，若是CM樣OS門(mén)則夕常取R1=R2=1勻0～10捐0M傳Ω；C1=C2是耦謝合電舍容。石英歸晶體懲工作喜在串輸聯(lián)諧政振頻望率f0下，克只有躲頻率世為f0的信求號(hào)才參能通擱過(guò)，沸滿(mǎn)足恰振蕩討條件詳。因錘此，避電路劈燕的振憤蕩頻膽率=f0，與外華接元墨件R、C無(wú)關(guān)領(lǐng)，所墳以這乒種電矩路振付蕩頻值率的獲穩(wěn)定召度很綁高。二、泳由55唱5定時(shí)冬器構(gòu)體成的蹦多諧脆振蕩病器接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電投。當(dāng)uc上升異到2VCC/3時(shí)，uo=0，