第六章脈沖產(chǎn)生與整形小結(jié)多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器集成定時器第六章脈沖產(chǎn)生與整形555定時器。本章將介紹常用的脈沖變換、整形和產(chǎn)生電路——施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和多用途的555定時器。重點(diǎn):脈沖電路的分析、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體振蕩器、獲得矩形脈沖的方法通常有兩種：第一節(jié)概述一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；前提：要有符合頻率、幅度都符合要求另一種是對已有的信號進(jìn)行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號。典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路三種類型。施密特觸發(fā)器就是常用的整形電路脈沖電路的基本分析方法RC開關(guān)電路①開關(guān)轉(zhuǎn)換的一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿足開關(guān)定理UC(0+)=UC(0-)。

②暫態(tài)過程結(jié)束后，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當(dāng)于開路。③電路的時常數(shù)τ=RC,τ決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓(或電流)隨時間變化的方程為如果U(tM)=UT，它是U(0+)和U(∞）之間的某一轉(zhuǎn)換值，那么從暫態(tài)過程的起始值U(0+)變到UT所經(jīng)歷的時間tM可用下式計算：

描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)第二節(jié)施密特觸發(fā)器2.電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，內(nèi)部電路的正反饋使輸出電壓波形的邊沿變陡。施密特觸發(fā)器是具有電壓滯后特性的數(shù)字傳輸門。其特點(diǎn)如下：一、特性與原理1.輸入電平的閾值電壓由低到高為，由高到低為，且＞，輸出的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。第二節(jié)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的回環(huán)特性反向傳輸特性同向傳輸特性UOHUOLUT+UT-OuOuI輸入電壓增加UOHUOLUT+UT-OuOuI輸入電壓減小輸入電壓增加輸入電壓減小UT+UT-OuItUOHUOLOuOt第二節(jié)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的輸入輸出波形圖反向傳輸同向傳輸U(kuò)T+UT-OuItUOHUOLOuOt第二節(jié)施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器符號：具有施密特觸發(fā)器特性的電路：1.帶有正反饋的運(yùn)算放大器比較的基準(zhǔn)電壓：

UP總是與uO同相、與uI反相，因而形成回差。11uOuIRfR1UP第二節(jié)施密特觸發(fā)器2.用門電路組成的施密特觸發(fā)器

用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

（a）電路（b）圖形符號接成正反饋電路從0逐步升高并達(dá)到時，進(jìn)入電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，的增加將引發(fā)如下正反饋迅速轉(zhuǎn)換為得由從逐步下降并達(dá)到時，的下降將引發(fā)如下正反饋迅速轉(zhuǎn)換為稱為正向閾值電壓得由稱為正向閾值電壓將與之差定義為回差電壓例題（例6.2.1）（見課本P311）用TTL門電路接成的施密特觸發(fā)器（分析略）二、集成施密特觸發(fā)器帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器第二節(jié)施密特觸發(fā)器當(dāng)輸入端的電壓使得T1截止，T2飽和導(dǎo)通。若逐步升高并使T1進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并有如下正反饋發(fā)生從而使電路迅速轉(zhuǎn)為T1飽和導(dǎo)通，T2截止。若從高電平逐步下降，且只有0.7V左右時，減少，又會引發(fā)另一個正反饋過程，使電路迅速返回T1截止，T2飽和導(dǎo)通。CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106將一周期性信號變換為矩形波，其輸出脈沖寬度tW可通過改變進(jìn)行調(diào)節(jié)ΔUT。第二節(jié)施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1.波形變換twΔttUOHUOLOuOUT+UT-OuIΔ=－第二節(jié)施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例2.信號整形將不規(guī)則的信號波形整成矩形脈沖。

ttUOHUOLOuOUT+UT-OuI第二節(jié)施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例3.幅度鑒別施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信號的電壓值，因此可用作幅度鑒別。ttUOHUOLOuOUT+UT-OuI陰影部分電壓大于UT+第二節(jié)施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器如上圖所示，其原理在學(xué)習(xí)多諧振蕩器后自行分析。4.構(gòu)成多諧振蕩器1uORCAQBQ&G1QRD&G2QSD單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)RD=SD=1時，Q可處于1或0的狀態(tài)，它具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，因而稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?；仡櫍夯綬S觸發(fā)器011110QRDQ單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接入電阻R，使B點(diǎn)為低電平。A=110當(dāng)A=1時，由于B=0，因此Q=1，Q=0。電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)。0當(dāng)A負(fù)跳變時，1G1門輸出為高電平，Q由0變?yōu)?。0Q由1變?yōu)?。B跟隨Q上升，輸入信號A負(fù)跳變時，電路狀態(tài)發(fā)生變化，稱為觸發(fā)。觸發(fā)后，A很快回到高電平，1Q維持1，電阻電壓逐步下降。1BRC1暫穩(wěn)態(tài)

B點(diǎn)電壓下降，達(dá)到閾值電壓以下時，Q翻轉(zhuǎn)回1，Q翻轉(zhuǎn)為0。010單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一般特性:

1.只有一個穩(wěn)態(tài)，另有一個暫穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)暫態(tài)2．何時翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)取決于輸入信號。3．何時翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)取決于電路參數(shù)R與C。第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器AQAQtAtW參數(shù)計算：第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1．tW——暫穩(wěn)態(tài)時間

運(yùn)用“三要素法”忽略電路中其他電阻的影響B(tài)點(diǎn)初始電壓

UB(0+)=UDDB點(diǎn)終了電壓

UB(∞)=0時間常數(shù)

τ=RC可得B點(diǎn)電壓瞬時值參數(shù)計算：

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若

UTH=(1/2)UDD則

tW

≈0.7τ=0.7RC設(shè)門電路的閾值電壓為UTH，則

UTH=UDD參數(shù)計算：

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2．tre

——恢復(fù)時間

3．

fmax——最高工作頻率fmax≤tre=(3~5)τre式中τre為電容放電的時間常數(shù)。忽略門電路輸入電阻的影響，τre=RC5.反饋環(huán)節(jié)也可采用RC積分電路。第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器討論：1．若采用TTL門電路，為保證穩(wěn)態(tài)時門2輸入低電平，電阻R必須小于關(guān)門電阻Roff，如標(biāo)準(zhǔn)74系列應(yīng)小于700Ω。采用

CMOS電路無此限制。2．為減小恢復(fù)時間tre，可在R上并聯(lián)一個二極管，給電容C提供放電回路。3．若輸入脈沖過寬（tA＞tW），電路工作可能不正常，可在輸入端另加一RC微分電路，形成窄輸入脈沖。4．采用或非門電路同樣可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)1.TTL雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74221

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

74221內(nèi)部有一個2kΩ的電阻可供使用。若不用內(nèi)電阻則需外接。無論何種接法，暫穩(wěn)態(tài)時間均為

tW=0.7RC2.CMOS雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538

第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4538是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。Rx的最小值為5kΩ，Cx的最小值為0。

CPA

Q

Y四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）定時

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端控制一個與門，在tW時間內(nèi)與門輸出CP脈沖。

CP

A

QY四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例第三節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（二）CPU“看門狗”電路由可重復(fù)觸發(fā)特性，只要定時間隔小于暫穩(wěn)態(tài)時間，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就可連續(xù)輸出高電平，系統(tǒng)工作正常；當(dāng)“死機(jī)”發(fā)生后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因得不到連續(xù)觸發(fā)而輸出低電平，系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)入初始化程序。

典型脈沖參數(shù)第四節(jié)多諧振蕩器脈沖產(chǎn)生是將電源提供的能量，轉(zhuǎn)換成按一定規(guī)律變化的脈沖信號。

預(yù)備知識：脈沖寬度脈沖周期tw/T=1/2時，脈沖稱為方波。上升時間Tr下降時間TfTtW典型脈沖波形tWT第四節(jié)多諧振蕩器一、多諧振蕩器

兩個穩(wěn)定狀態(tài)一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)沒有穩(wěn)態(tài)常被稱為多諧振蕩器&G1QRD&G2QSD基本RS觸發(fā)器&G1QRD1G2QSDBRC單穩(wěn)態(tài)電路&G1QRD1G2QSDBRCARC1無穩(wěn)態(tài)電路QQC1C2R2G1G2R1AB&G1QRD1G2QSDBRCARC1第四節(jié)多諧振蕩器對稱多諧振蕩器

電路有兩種工作過程：正反饋過程和暫穩(wěn)態(tài)過程正反饋過程：uQuAuBuQuA正反饋過程QQC1C2R2G1G2R1ABQQBA暫穩(wěn)態(tài)過程暫穩(wěn)態(tài)過程:C1C2充放電正反饋過程達(dá)到閾值電壓第四節(jié)多諧振蕩器電路中電容的充、放電等效電路

（a）C1充電的等效電路（b）C2放電的等效電路

但非門的平均傳輸延遲時間過短，且不穩(wěn)定，故實(shí)用中常加入RC電路。第四節(jié)多諧振蕩器其他常用多諧振蕩器

奇數(shù)個非門接成環(huán)形，可形成各點(diǎn)電平高低的交替變化。環(huán)形振蕩器

RRC1C1CMOS環(huán)形振蕩器改進(jìn)的環(huán)形振蕩器對于含有RC元件的脈沖電路，關(guān)鍵是電容的充放電，而關(guān)鍵連接點(diǎn)就是與電容相連的門電路的輸入端。第四節(jié)多諧振蕩器第四節(jié)多諧振蕩器二、晶體振蕩器

石英晶體諧振器具有極高的穩(wěn)定性，用它作為諧振元件做成的晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可優(yōu)于10－9。電路符號等效電路CPCLR頻率特性fPfSf0X第四節(jié)多諧振蕩器第四節(jié)多諧振蕩器二、晶體振蕩器

多諧振蕩器電路石英晶體多諧振蕩器QQC1C2R2G1G2R1ABQQC1C2R2G1G2R1AB

C1只起耦合作用，其值應(yīng)取得大一些。工作在串聯(lián)諧振頻率第四節(jié)多諧振蕩器第五節(jié)集成定時器555定時器雙極型: 驅(qū)動能力較強(qiáng)CMOS: 功耗低，最低工作電壓小， 輸入電阻高流行的產(chǎn)品主要有4個，BJT兩個：555和556（含有兩個555），CMOS兩個：7555和7556（含有兩個7555），現(xiàn)以CMOS集成定時器7555為例介紹其結(jié)構(gòu)與功能。

555定時器外接適當(dāng)?shù)碾娮?、電容能方便地?gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。

555電路是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5kΩ電阻而得名。7555控制電壓端TR第五節(jié)集成定時器一、CMOS集成定時器7555的結(jié)構(gòu)低電平觸發(fā)高電平觸發(fā)復(fù)位端輸出端放電端1地8234765電源18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1基本RS觸發(fā)器

C1、C2是兩個電壓比較器分壓器:由三個等值電阻R串聯(lián)而成G1111G2T驅(qū)動器和放電開關(guān)C1C2RRRTR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2第五節(jié)集成定時器二、CMOS集成定時器7555的工作原理當(dāng)＝L時，反相器G1輸出高電平，0110所以Q為低電平，OUT=L。使G2輸入為高電平，T管導(dǎo)通。此時稱為復(fù)位。假設(shè)D端通過電阻接到正電源，則D端為低電平。000TR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2第五節(jié)集成定時器當(dāng)＝H

時，1.TH>2UDD/3，電路的輸出狀態(tài)與無關(guān)，所以為任意輸入×。101則C1輸出為1，

Q=0，

OUT=0。T導(dǎo)通。01二、CMOS集成定時器7555的工作原理清零失效02.TH<2UDD/3，>UDD/3；00觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。

C1輸出為0；

C2輸出為0； TR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2當(dāng)＝H

時，1清零失效第五節(jié)集成定時器Q=1，T管截止，OUT=1。C1=0；3.TH<2UDD/3，<UDD/3，C2=1，

OUT=1稱為電路置位或置“1”二、CMOS集成定時器7555的工作原理01101第五節(jié)集成定時器7555功能表<UDD/3TH(6)(4)(2)OUT(3)T管D(7)>2UDD/3<2UDD/3<2UDD/3>UDD/3HHHHH截止導(dǎo)通導(dǎo)通不變不變不變LLLLL???集成定時器7555的主要參數(shù)：電源電壓：

UDD=3～18V

觸發(fā)電流：

<50pA復(fù)位電流：

≤100pA

輸出電壓

UOL≤

0.1V(UDD=15V,IOL=3.2mA)

UOH≥

14.8V(UDD=15V,IOH=1mA)最大功耗

300mWTR18UDD4R25CO6THOUTDQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2清零失效第五節(jié)集成定時器三、555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

觸發(fā)前00R1C0.01uF1010放電TR18UDD4R25CO6THOUTDQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C200R1C0.01uF1010第五節(jié)集成定時器觸發(fā)t00uCt0三、555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

01011uI(TR)uC(D)uO(OUT)當(dāng)D端uC電壓充電到2UDD/3時，比較器C1輸出為高電平，Q端為低電平，T管輸入為高電平，輸出OUT翻轉(zhuǎn)，T管導(dǎo)通。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束2UDD/3t12UDD/3010暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束tw=1.1RCtre恢復(fù)時間第五節(jié)集成定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要參數(shù)1.輸出脈沖寬度tW2.

恢復(fù)時間tre

C通過T管導(dǎo)通電阻R′放電，經(jīng)過(3～5)τ放基本結(jié)束，所以tre=(3～5)

R′C。三、555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

td指為保證單穩(wěn)正常工作允許觸發(fā)脈沖最小的時間間隔。顯然

td=

tW＋tre3.分辨時間td4.輸出脈沖幅度UmUm決定