1、第6章 脈沖信號的產生與變換,6.1 概述 6.2 555定時器 6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（Monostable Multivibrator） 6.4 施密特觸發(fā)器（Schmitt trigger） 6.5 多諧振蕩器（Multividrator）,6.1 概述,數(shù)字電路中的信號大多數(shù)是矩形脈沖信號。將在較短時間間隔內作用于電路的電壓或電流信號，稱為脈沖信號。這個時間間隔可以和電路過渡過程持續(xù)時間（35）相比擬。 數(shù)字電路中常見的脈沖信號波形 如下,上圖中所示的矩形脈沖信號波形是理想的，即波形的上升沿與下降沿均是跳變的且波形幅度保持不變，一直保持幅度為。而實際的矩形脈沖信號波形無理想跳變、頂部也不

2、平坦。 具體波形如下,為衡量實際矩形脈沖信號的優(yōu)劣，經常使用以下參數(shù)對其進行描述。 1.脈沖幅度 2.上升時間（Rise Time） 3.下降時間（Fall Time） 4.脈沖寬度 5.脈沖周期T 6.脈寬比，也稱為占空比。 數(shù)字電路中，獲得矩形脈沖信號的方法主要有兩種：一種是利用各種形式的多諧振蕩電路，直接產生所需要的周期性矩形脈沖信號；另一種是利用脈沖信號的變換電路，將現(xiàn)有的脈沖信號變換成所需要的矩形脈沖信號。在這種方法中，電路本身不產生脈沖信號，而僅僅起脈沖波形的變換作用。,6.2 555定時器,6.2.1 555電路結構 555電路的邏輯圖、外引線功能圖、內部等效電路圖如下,555電

3、路主要由以下幾部分構成： 1.一個RS觸發(fā)器 2.兩個電壓比較電路 3.放電開關與反相輸出 6.2.2 555定時器功能描述 555集成電路端口介紹,555定時器功能表,6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（Monostable Multivibrator）,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是具有一個穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。它具有兩種狀態(tài)：一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。 電路暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間的長短，與外加觸發(fā)脈沖信號的寬度沒有關系，僅取決于電路本身定時元件的參數(shù)值。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由分立元件構成；也可以通過門電路和RC元件構成；或通過集成單穩(wěn)態(tài)電路外接RC元件來實現(xiàn)；也可以使用555定時器電路構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中，RC元件組成的電路部分稱為定時

4、電路，由電容的充放電時間決定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間的長短。 根據(jù)RC電路連接方式的不同，單穩(wěn)態(tài)電路分為微分型單穩(wěn)和積分型單穩(wěn)。 若根據(jù)電路及工作狀態(tài)的不同，單穩(wěn)態(tài)電路又分為非可重觸發(fā)電路和可重觸發(fā)電路兩種。,6.3.1 555電路構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,電路接通后，觸發(fā)輸入信號為高電平（ ），這時沒有有效觸發(fā)輸入信號，電路工作于穩(wěn)態(tài)。 觸發(fā)輸入信號 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 隨著放電管VT的導通，電路恢復穩(wěn)態(tài)。,6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有溫度特性好、抗干擾能力強、電源穩(wěn)定性好、輸出脈寬調節(jié)范圍大、外圍元件少等優(yōu)點。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為兩大類：可重觸發(fā)單穩(wěn)電路

5、和不可重觸發(fā)單穩(wěn)電路。 1.電路介紹 74121是一種典型的TTL集成不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,74121功能表,該電路觸發(fā)方式可以概括為以下三種： 在A1或A2端使用觸發(fā)脈沖信號的下降沿觸發(fā)。此時，另外兩個觸發(fā)輸入端必須為高電平； 在A1、A2端同時使用觸發(fā)脈沖信號的下降沿觸發(fā)。要求B端為高電平； 在B端用觸發(fā)脈沖信號的上升沿觸發(fā)，且A1、A2所加信號中至少有一個是低電平。 74121的工作波形如下：,2.電路連接方式 74121的輸出脈沖寬度取決于電路中定時元件RC值。根據(jù)想要獲得脈沖寬度的不同，可以外接定時電阻，以獲得較寬輸出脈沖信號；也可以使用電路內部固定的定時電阻。如下圖所示。,6.3

6、.3 單穩(wěn)態(tài)電路的應用,1.脈沖信號整形 2.脈沖信號延時 3.脈沖信號定時,6.3.4 門電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路,利用門電路和RC定時元件構成的。根據(jù)RC元件的接法不同，可以分為微分型與積分型兩類。,6.4 施密特觸發(fā)器（Schmitt trigger）,6.4.1 555電路構成施密特觸發(fā)器,工作過程,電路接通電源后，由于TH 時，VT導通，觸發(fā)器置0，電路輸出變?yōu)榈碗娖?，狀態(tài)發(fā)生翻轉。 隨著輸入電壓的變化，在其由高電平向下變化的過程中， 當 vi 時，電路維持原態(tài)，仍然輸出低電平。 隨輸入電壓下降，當 vi 時，VT截止，觸發(fā)器再次置1，電路輸出又變?yōu)楦唠娖健?輸入電壓vi由低電平向高電平

7、變化的過程中，當vi 時，會引起電路狀態(tài)的變化，將此時的輸入電壓稱為上限觸發(fā)電平，用 表示(也可以稱為正向閾值電壓或高電平閾值電壓)。所以，該電路的 。 輸入電壓由高電平向低電平變化的過程中，當vi ，電路狀態(tài)并不發(fā)生變化，只有當vi 時，電路的狀態(tài)才會再次發(fā)生變化。將此時的輸入電壓稱為下限觸發(fā)電平，用 表示(也可以稱為負向閾值電壓或低電平閾值電壓)。所以，該電路的 。 可見，對施密特觸發(fā)器電路而言，上限觸發(fā)電平不等于下限觸發(fā)電平，即導致電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入信號的值大小不相等。將該電路的 定義為施密特觸發(fā)器電路的回差電壓。施密特觸發(fā)器所具有的 的特性，稱為回差特性或者回滯特性。,施密特觸發(fā)器

8、電路的電壓傳輸特性曲線，也稱為回差特性曲線，如下圖所示。 帶有施密特觸發(fā)器的反相器和與非門電路符號如下。,6.4.2 集成施密特觸發(fā)器,施密特觸發(fā)器應用比較廣泛，在數(shù)字集成電路中，多種產品帶有施密特觸發(fā)器。下圖為帶施密特觸發(fā)器的四2輸入與非門電路74LS132。,6.4.3 施密特觸發(fā)器的應用,1.波形變換 2.波形整形,3.信號鑒幅 4.構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,6.4.4 門電路構成的施密特觸發(fā)器,圖（a）為由TTL門電路構成的施密特觸發(fā)器電路。 該電路 ； 。其中， 為二極管VD的正向導通電壓， 為門電路的閾值電壓。所以，該電路的 回差電壓為 。通過改變電阻的值，可 以方便的調節(jié)回差電壓的大小。

9、圖（b）為利用CMOS反相器構成的施密特觸發(fā)器。,6.5 多諧振蕩器（Multividrator）,6.5.1 555定時器構成多諧振蕩器,電路接通電源后，由于電容C兩端電壓較低，放電管VT截止，555電路輸出高電平，處于第一暫穩(wěn)態(tài)。 隨著電源電壓對C充電的進行，當 時，放電管VT導通，觸發(fā)器置0，輸出變?yōu)榈碗娖?，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。 此時，電容C開始通過電阻 和導通的放電管VT放電，vc下降，當 時，觸發(fā)器又被置1，VT重新截止，電路輸出翻轉為高電平，回到第一暫穩(wěn)態(tài)。 又開始對電容C充電，重復以上過程。 通過上述分析可知，電路穩(wěn)定工作時，兩種暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間分別是電容C充電和放電持續(xù)的時間。

10、 電容C充電的時間； 電容C放電的時間： 電路輸出矩形脈沖信號的周期為 。,若要輸出方波信號，需要對上述電路進行改進，組成輸出脈沖信號的占空比可以調整的多諧振蕩器。 555定時器電路構成的多諧振蕩器，優(yōu)點是電路簡單，但存在振蕩頻率較低、振蕩頻率穩(wěn)定性不高、容易受到溫度等外界因素的干擾等缺點。而在許多場合對電路振蕩頻率的穩(wěn)定性都有嚴格的要求，如在數(shù)字時鐘電路中，脈沖基準信號來源的頻率穩(wěn)定性直接關系到計時的準確性。這時就應該使用石英晶體多諧振蕩器。,6.5.2 石英晶體多諧振蕩器,在一片薄石英晶片的兩側鍍上兩個電極就可以制成石英晶體諧振器。 當信號頻率f等于石英晶體本身的固有諧振頻率 時，信號容易

11、通過石英晶體，石英晶體阻抗最小。當 時，石英晶體呈現(xiàn)感性阻抗； 時，石英晶體呈現(xiàn)容性阻抗。,由CMOS門電路和石英晶體共同組成的石英晶體多諧振蕩器電路如下。 上圖中，反相器G1產生振蕩，G2用于整形，以獲得較理想的矩形脈沖信號。電阻R為反相器G1提供適當?shù)撵o態(tài)工作點，電容C1用于頻率微調，C2為溫度校正電容。 石英晶體振蕩器的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定度非常高，一般用于高精度時基的數(shù)字系統(tǒng)中。,6.5.3 施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器,利用施密特觸發(fā)器特有的電壓回滯特性也可以組成多諧振蕩器。,6.5.4 環(huán)型振蕩器,環(huán)形振蕩器利用門電路的傳輸延遲時間，將奇數(shù)個反相器首尾相連而構成的。最簡單的環(huán)形振蕩器由三個反相器首尾相連構成。 該電路振蕩周期為,將大（等）于3的奇數(shù)個反相器首尾相連可構成環(huán)形振蕩器，產生自激振蕩，且振蕩周期為 。n為反相器的個數(shù)。下圖是在上述電路基礎上改進得到的實用型環(huán)形振蕩器電路。其中， 組成電路的延遲環(huán)節(jié)， 是保護電阻。,6.5.5 門電路構成的多諧振蕩器,在門電路構成的多諧振蕩器電路中，主要有兩種形式，對稱式和非對