1、脈沖的整形脈沖的整形脈沖的產生脈沖的產生重點掌握：重點掌握：施密特觸發器、單穩態觸發器、環形施密特觸發器、單穩態觸發器、環形振蕩器振蕩器的功能；的功能；555定時器的電路結構和應定時器的電路結構和應用。用。 一般了解：邏輯門及中規模單片集成電路構成的一般了解：邏輯門及中規模單片集成電路構成的脈沖信號整形、產生電路；施密特觸發器、單穩脈沖信號整形、產生電路；施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器、環形振蕩器的電路結構、態觸發器、多諧振蕩器、環形振蕩器的電路結構、工作原理及其應用。工作原理及其應用。 脈沖在數字電路中的應用極為普遍，它脈沖在數字電路中的應用極為普遍，它的獲取和分析是數字電路的一個組

2、成部分。的獲取和分析是數字電路的一個組成部分。 數字電路中應用最多的是矩形脈沖，數字電路中應用最多的是矩形脈沖，獲得矩形脈沖的方法無外乎有兩種：獲得矩形脈沖的方法無外乎有兩種：1、利用各種形式的多諧振蕩器、利用各種形式的多諧振蕩器直接直接產生；產生；2、利用各種整形電路把已有的周期性變化、利用各種整形電路把已有的周期性變化波形波形變換變換為所需要的矩形脈沖。為所需要的矩形脈沖。脈沖幅度脈沖幅度Vm脈沖周期脈沖周期T脈沖寬度脈沖寬度tW上升時間上升時間tr下降時間下降時間tf脈沖幅度脈沖幅度Vm脈沖電壓最大變化幅度脈沖電壓最大變化幅度脈沖周期脈沖周期T兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。兩個相鄰脈沖之間

3、的時間間隔。脈沖寬度脈沖寬度TW從脈沖前沿到達從脈沖前沿到達0.5 Vm起，到脈沖起，到脈沖后沿到達后沿到達 0.5Vm為止的一段時間。為止的一段時間。上升沿時間上升沿時間tr脈沖上升沿從脈沖上升沿從0.1Vm到到0.9Vm所需所需要的時間。要的時間。下降沿時間下降沿時間tf脈沖下降沿從脈沖下降沿從0.9Vm 到到0.1Vm所需所需要的時間。要的時間。占空比占空比q脈沖寬度與脈沖周期的比值。脈沖寬度與脈沖周期的比值。 qtW/T 本章介紹用于產生矩形脈沖的幾種電路：本章介紹用于產生矩形脈沖的幾種電路： 一類是脈沖整形電路，它們雖然不能產生脈沖一類是脈沖整形電路，它們雖然不能產生脈沖信號，但卻能

4、把其它形狀的周期性信號變換成為矩信號，但卻能把其它形狀的周期性信號變換成為矩形脈沖信號，達到整形的目的。它們包括形脈沖信號，達到整形的目的。它們包括單穩態觸單穩態觸發器發器和和施密特觸發器施密特觸發器。 另一類是自激的脈沖振蕩器，它們不需要外加另一類是自激的脈沖振蕩器，它們不需要外加輸入信號，只要接通直流電源，就能自動產生脈沖輸入信號，只要接通直流電源，就能自動產生脈沖信號。信號。多諧振蕩器多諧振蕩器屬于此類型。屬于此類型。 555定時器定時器是一種用途很廣的集成電路，用它是一種用途很廣的集成電路，用它可以組成單穩態觸發器、施密特觸發器和多諧振蕩可以組成單穩態觸發器、施密特觸發器和多諧振蕩器，

5、故做重點介紹。器，故做重點介紹。 施密特施密特觸發器是脈沖整形電路，觸發器是脈沖整形電路，特點特點： 為了討論方便，輸入和輸出高電平為了討論方便，輸入和輸出高電平為為VDD，低電平為，低電平為0。并假設門電路的電。并假設門電路的電壓傳輸特性曲線為理想化折線，即開門壓傳輸特性曲線為理想化折線，即開門電平和關門電平相等。電平和關門電平相等。DDTHOLDDOHVVVVV210,VIH IH = =VDD DD , ,VILIL=0=01、電路結構、電路結構圖形符號圖形符號CMOS門電路門電路當當VI0時，時，VO VOL 0V01VOH 1VIVAVo1Vo 當當VI 使使VA VTH，G1進入電

6、壓傳輸特性的轉折進入電壓傳輸特性的轉折區，發生如下區，發生如下正反饋正反饋：電路狀態迅速轉換為電路狀態迅速轉換為VOVOHVDDVA VOL 00VT+ 當當VI 時，電路狀態發生轉換對應的輸入電平時，電路狀態發生轉換對應的輸入電平VT+212ATHTRVVVRR121221TTHTHRRRVVVRRVT+稱為稱為正向閾值電壓正向閾值電壓 在在VI 過程，還過程，還不足以使不足以使G1、G2翻翻轉轉,VO仍為仍為0。當當VIVT+時，時，VOVOHVDD當當VIVDD時，時， 當當VI 使使VA VTH，G1進入電壓傳輸特性的轉折進入電壓傳輸特性的轉折區，發生如下區，發生如下正反饋正反饋：電路

7、狀態迅速轉換為電路狀態迅速轉換為VOVOL0VIVAVo1VoVO VOH 1V01VOL 0VA VOH 1 當當VI 時，電路狀態發生轉換對應的輸入電平時，電路狀態發生轉換對應的輸入電平VT VT稱為稱為 負向閾值電壓負向閾值電壓VDDVT-212()ATHDDDDTRVVVVVRR12112221TTHDDTHRRRRVVVVRRRR1R2 在在VI 過程，過程，還不足以使還不足以使G1、G2翻轉翻轉,VO仍為仍為VDD 。當當VIVT-時，時，VOVOL0VT+正向正向閾值電壓閾值電壓VT-負向負向閾值電壓閾值電壓121TTHRVVR121TTHRVVRTTTVVV回差電壓回差電壓 定

8、義定義為為VT+與與VT-之差之差TV122THRVR又稱為滯后特性又稱為滯后特性THTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211同相輸出同相輸出又稱為滯后特性又稱為滯后特性THTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211反相輸出反相輸出VT+=7.5V,試求試求R1 、R2、 VDD的值的值TV=5V,1217.5TTHRVVVR1225TTHRVVVR解：解：則則VDD2VTH=10VR1 、R2根據門電路根據門電路負載電流負載電流要求得到。要求得到。VTH=5V，120.5RR傳輸線上電傳輸線上電容較大，上容較大，上下邊沿變壞下邊沿變壞傳輸線較長且傳輸線較長且阻抗不匹配，

9、阻抗不匹配，上下邊沿振蕩上下邊沿振蕩疊加干擾，疊加干擾，有附加噪聲有附加噪聲1、特點、特點2、圖形符號、圖形符號3、參數、參數4、應用、應用(Monostable Multivibrator或或One-shot)穩態穩態暫穩態暫穩態穩態穩態工作過程：工作過程：特點：特點：在在外界觸發脈沖外界觸發脈沖作用下，能從作用下，能從轉轉到到，在暫穩態維持一段時間以后，在暫穩態維持一段時間以后，自動返回自動返回到到；暫穩態維持時間的暫穩態維持時間的長短取決于電路本身長短取決于電路本身的參數的參數，與觸發脈沖的寬度和幅度無關。，與觸發脈沖的寬度和幅度無關。觸發脈沖觸發脈沖恢復恢復自動翻轉自動翻轉把不規則的波

10、形轉換為寬度、幅度相等的脈沖。把不規則的波形轉換為寬度、幅度相等的脈沖。將輸入脈沖延后一定的時間輸出。將輸入脈沖延后一定的時間輸出。 由門電路、由門電路、RC電路組成的單穩態觸發器。電路組成的單穩態觸發器。它的暫穩態通常都是靠它的暫穩態通常都是靠RC 電路的充、放電過程電路的充、放電過程來維持的，根據來維持的，根據RC電路的不同接法，分為：電路的不同接法，分為：1、電路結構、電路結構RC微分電微分電路路CMOS門電路門電路小電容小電容穩態穩態Vd=0, VI2=VDD電容兩端無電壓差電容兩端無電壓差 VI=0 暫穩態暫穩態VI= ,Vd隨之上跳隨之上跳VdVO1VI2VOVd升高到升高到VTH

11、后，引發如下正反饋后，引發如下正反饋：VO=VDD即使即使Vd返回返回0, VO1仍保持仍保持0C充電充電 VO1=VDD VO=0=VI2 ，Vd自動翻轉自動翻轉C充電充電, VI2升高升高VI2升高到升高到VTH后，引發正反饋：后，引發正反饋：恢復過程恢復過程VO1=VDDC充電充電 VO=0VI2VOVO1若若此時此時Vd已回到已回到低電平低電平 C通過通過R和和G2保護電路向保護電路向VDD放電放電恢復到穩定狀態。恢復到穩定狀態。C放電放電VI2隨之上跳隨之上跳若若VI ,Vd隨之下跳繼而恢復隨之下跳繼而恢復0穩穩態態暫暫穩穩態態恢復恢復脈寬脈寬tW()(0)ln()( )ccWccv

12、vtRCvv t 穩態穩態暫暫穩穩態態輸出脈寬輸出脈寬tWC充電充電( )(0)ln( )( )ccWccvvtRCvv t 0lnln 20.69DDDDTHVRCVVRCRCRON RG1輸出低電平輸出低電平RON接地接地tw恢復時間恢復時間treC放電放電VO返回低電平后，返回低電平后，C放電放電完畢，完畢，電路回到起始穩態的時間。電路回到起始穩態的時間。若若RD1 R、RON，則則:tre（35）RONC放電電阻放電電阻：RD1|R+RONG1輸出高電平輸出高電平RON接接VDDtre分辨時間分辨時間td保證電路能正常工作前提保證電路能正常工作前提下，允許兩個相鄰觸發脈下，允許兩個相鄰

13、觸發脈沖之間的沖之間的最小時間間隔最小時間間隔。tdtW trerewtt1f max則最高工作頻率為則最高工作頻率為：tretwtd窄脈沖觸發窄脈沖觸發抗干擾能力差抗干擾能力差Cd放電時間要小于放電時間要小于tW；若大于若大于tW ，電路仍能工電路仍能工作，但輸出脈沖的作，但輸出脈沖的下降沿下降沿較差較差，因為，因為沒有正反饋。沒有正反饋。脈沖延時脈沖延時&uAuBuCuO脈沖整形脈沖整形uAuCuBuO單穩態的單穩態的圖形符號圖形符號輸出延遲輸出延遲脈沖定時脈沖定時tw=0.69RC1、電路結構、電路結構RC積分電積分電路路TTL門電門電路路穩態穩態暫穩態暫穩態VI 至至1，VO=

14、0，VO1=0自動翻轉自動翻轉C放電至放電至VAtW負脈沖負脈沖觸發，允許觸發，允許tTRtW 根據單穩態觸發器的應用十分普遍，故生產根據單穩態觸發器的應用十分普遍，故生產集成單穩態觸發器。只需很少的外接元件和連線，集成單穩態觸發器。只需很少的外接元件和連線，并附加邊沿觸發及置零控制，就能形成性能較好并附加邊沿觸發及置零控制，就能形成性能較好的集成單穩態觸發器。主要分為：的集成單穩態觸發器。主要分為：1、74121的電路結構的電路結構微分型單穩態觸發器微分型單穩態觸發器邊沿觸發邊沿觸發控制電路控制電路B入，上升沿（正脈沖）觸發入，上升沿（正脈沖）觸發A入，下降沿（負脈沖）觸發入，下降沿（負脈沖

15、）觸發緩沖輸出電路緩沖輸出電路A1或或A2下降沿下降沿觸發觸發B上升沿上升沿觸發觸發ln20.69WextextextexttR CR Cint2RK注意：注意： 通常通常Rext的取值在的取值在2k30k之間，之間，Cext的取值在的取值在10pF10F之間，得到的之間，得到的脈沖寬度脈沖寬度TW范圍可達范圍可達20ns200ms.外接電阻外接電阻，下降沿下降沿觸發觸發內接電阻內接電阻，上升沿上升沿觸發觸發不可重觸發不可重觸發電路進入暫穩態后電路進入暫穩態后不能再接收不能再接收觸發信號觸發信號74121、74221、74LS221 （ 1 ）可重觸發可重觸發電路進入暫穩態后電路進入暫穩態后能

16、再接收能再接收觸發信號觸發信號74122、74123、74LS122、 74LS123（ ）不可重觸發不可重觸發可重觸發可重觸發門電路工作在轉折區門電路工作在轉折區1OVIvAv10.51.9FRK耦合電容耦合電容2、工作特性、工作特性接反饋電阻產生偏置電壓接反饋電阻產生偏置電壓TTL反相反相器器VI1V01VI2V02VO1=0，VO21C1充電，充電， C2放電放電VO1=1，VO20C1放電，放電， C2充電充電VI2V02VI1V01C2放電放電C1充電充電0101C1放電放電C2充電充電C1充電充電C2放電放電暫穩態暫穩態暫穩態暫穩態C1放電放電C2充電充電暫穩態暫穩態暫穩態暫穩態C

17、1充電充電C2放電放電T1T2VIK門電路負跳變的鉗門電路負跳變的鉗位電壓位電壓T1-第一個暫穩態持續時間第一個暫穩態持續時間T2-第二個暫穩態持續時間第二個暫穩態持續時間第第一一暫暫穩穩態態第第二二暫暫穩穩態態C1放電放電C2充電充電T1T2T1對應的對應的C1充電充電電路：電路：th1EIK1E11E1VVVVCRT ln2F12F11ERRRRR )(BEOHCC2F12FOH1EVVVRRRVV第一暫穩態持續時間第一暫穩態持續時間T1:其中其中T1T2T2對應的對應的C2充電充電電路：電路：th2EIK2E22E2VVVVlnCRT 1F11F12ERRRRR )VVV(RRRVVBE

18、OHCC1F11FOH2E 第二暫穩態持續時間第二暫穩態持續時間T2:其中其中T1T2 在在RF1 = RF2 = RF , C1 = C2 = C的條件下，電路的振蕩周期為的條件下，電路的振蕩周期為th1EIK1E11E1VVVVlnCR2T2T 如果如果G1、 G2為為74LS系列反相器，取系列反相器，取VOH=3.4V、 VIK=-1V、 VTH=1.1V,在在RF R1的情的情況下，上式可近似的簡化為：況下，上式可近似的簡化為：CR3 . 1T2TF1 門電路工作門電路工作在放大狀態在放大狀態，不能工作在穩定狀態；，不能工作在穩定狀態；利用門電路的利用門電路的傳輸延遲時間傳輸延遲時間實

19、現振蕩。實現振蕩。奇數個奇數個反相器首尾相接而成反相器首尾相接而成0101 由圖可看出：由圖可看出：振蕩周期振蕩周期 T6tpd 基于上述原理可基于上述原理可知，將任何知，將任何n3的奇數的奇數個反相器首尾相連地個反相器首尾相連地接成環行電路，都能接成環行電路，都能產生自激振蕩，振蕩產生自激振蕩，振蕩周期周期 T=2ntpd T太小，頻率太大，太小，頻率太大，T2ntpd 電路簡單電路簡單TTL：tpd幾十幾十nsCMOS： tpd一二百一二百ns 頻率不易調節頻率不易調節 加加RC延遲后，加大延遲后，加大G2門的門的tpd2，降低了頻率降低了頻率；同時可以調節同時可以調節R和和C，調節調節振蕩頻率。振蕩頻率。 tpd2仍有限，仍有限，還不能有效降低了振蕩頻率。還不能有效降低了振蕩頻率。優點：優點：缺點：缺點：G3的輸入保的輸入保護電阻護電阻C的接地端改接到的接地端改接到G1的輸出端的輸出端提高經過提高經過RC的延遲時間的延遲時間對對TTL注意：注意：RSR50%VIVCCVOCC放電放電TTTCCTCCVVCRVVVVCRRTTT0021221lnln)(改變充放電電路