数电 第十章 脉冲波形的产生和整形

回差电压：
讨论
图10.5.3 图10.5.2电路的电压传输特 性
当参考电压由外接电压
给出，则
10.5.3 用555定时器接成的单稳态触发器 1、稳态时：
2、暂态：vI 下降沿 ①电容 C 充电, ② 充到 截止 后， 导通，电容 C 放电。
③电容 C 放电至 0V 时，电路回到稳态。
C 充电
C 放电
图10.3.1电路中电容C充电的等效 电路
其中，
是电容电压的起始值，
是电容电压充、放电的终了值
放电等效电路
图10.3.4 图10.3.1电路中电容C放电的等效 电路
图10.3.4
图10.3.1电路中电容C放电的等效电 路
2、输出脉冲幅度
3、恢复时间 在 跳变为高电平以后
4、分辨时间
二、 积分型单稳态触发器（TTL）
10.20 开机延时电路。若给定C=25uF，R=91kΩ,VCC=12V, 试计算常闭开关S断开以后经过多长时间的延迟时间输出才 跳变为高电平
重点掌握:
1. 施密特触发器、单稳态、无稳态多谐振荡器 的电路形式， 工作原理。 2. 各类电路时间常数的计算.
可重复触发型 不可重复触发型与可重复触发型 单稳态触发器的工作波形
§10.4 多谐振荡器
矩形波发生器又称多谐振荡器。 它可以由分立元件构成， 也可以由集成电路构成。
10.4.1 对称式多谐振荡器 一、电路
图10.4.1 器 对称式多谐振荡
图10.4.2 TTL反相器 （7404）的电压传输特性
静态时门电路工作 在电压传输特性的转折 区或线性区。
VOH 3.4V ,V1K 1V，VTH 1.1V , R1 20K
取
解：
。试计算电路的振荡频率。
故振荡频率为
10.4.2 非对称式多谐振荡器
CMOS 门电路 的输入电流在正常的 输入高、低电平范围 内几乎等于零，所以 RF 上没有压降，G1 必然工作在 vO1=vI1 的状态。
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器（CMOS)
1 V V DD （反相器的阈值电压）, R1 R2 设 TH 2
① vI 0 vO VOL 0
②
上升时的转换电平
图2.10.2 CMOS反相器的电压传输特 性
③ v I 下降时的转换电平 VT
回差电压：
同相输出
①电阻网络：获得标准电压
②比较器
③基本RS触发器 ④缓冲器 ⑤ ：提高带负载能力
三极管：开关
2、功能表：
功能表：
功能表：
功能表：
10.5.2 用555定时器接成的施密特触发器 时： 时： 不变 以后：
图10.5.2 用555定时器接成的施密特触发器
时： 时：
不变
后：
图10.5.2 用555定时器接成的施密特触发器
解：由 CB555 的特性参数知，当电源电压取为 5V 时，在 100mA 的输出电流下输出电压的典型值为 3.3V ，所以取 VCC=5V。 故得到

10.1 若反相器输出的施密特触发器输入信号波形如图所示， 试画出输出波形
10.3 图所示施密特触发器电路中，已知R1=10kΩ,R2=30kΩ. VDD=15V 试求VT+,VT-,ΔVT,并画出输出波形
振荡周期为
n 为大于、等于3 的奇数。
2、带RC延迟电路的环形振荡器
改进电路（b）的工作波形
：防止
发生
负突跳时流过 输入端钳位二极
管的电流过大。
T 2.2RC
10.4.4 用施密特触发器组成的多谐振荡器 一、用施密特触发器组成的多谐振荡器 想法：使输入电压在 和
之间不停地往复变化。
接通电源，向电
0
ห้องสมุดไป่ตู้
0
1
0 1
②
有正的触发 脉冲输入时
图10.3.2 图10.3.1电路的 电压波形图
电路进入暂稳态
与此同时，电容 C 开始充电 使得 vI2 逐渐升高，当vI2=VTH 时
图10.3.2 图10.3.1电路 的电压波形图
同时电容 C 通过 R 和 G2 的输 入保护电路向 VDD 放电，直至电 容上的电压为 0 ，电路恢复到稳 定状态。
图10.3.2 图10.3.1电路的电压波形 图
Cd 充电
抓住：
的变化这一要点
Cd 放电
C 放电
C 充电
1、输出脉冲宽度
图10.3.3
图10.3.1电路中电容C充电的等效电 路
1、输出脉冲宽度
电容上的电压 vC 从充、放电开 始到变化至某一数 值 VTH 所经过的时 间可以用下式计算
图10.3.3
同时，根据电路分析理论可知，在 RC 电路充、放电过程 中电阻两端的电压从过渡过程开始变为某一数值 VTH 所经过的 时间可用下式计算
其中，
是电容电压的起始值，
是电容电压充、放电的终了值
振荡周期为
放电的等效电路
用 TTL 反相器也可以组成非对称式多谐振荡器。但是在输入 电压低于 VTH 时反相器的输入电流不能忽略不计，所以电容充、放 电的等效电路要复杂一些，输出电压波形的占空比也不等于 50% .
充电回路
10.3.2 集成单稳态触发器
一、TTL 集成单稳态触发器
图10.3.8 集成单稳态触发器74121的逻辑图
集成单稳态触发器74121的工作波形图
74121的外部 连接方法
使用外接电阻Rext （下降沿触发）
使用内部电阻Rint （上升沿触发） 不可重复触发型
不可重复触发：一旦进入暂稳态，再加入触发 脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态 结束以后，才能接受下一个触发脉冲。 可重复触发：一旦进入暂稳态，再加入触发脉 冲电路将重新被触发。
图10.4.7 图10.4.6电路中 CMOS反相器静态工作点的确 定
①
正跳变的过程
vO1 迅速跳变为 低电平，vO2 迅速跳 变为高电平，电路进 入第一个暂稳态。 电容 C 开始放电。
放电的等效电路
②
随着 C1 的放电，vI1 逐渐下降，当降到 vI1=VTH 时，又引起
左面正反馈：
vO1 迅速跳变为 高电平，vO2 迅速跳 变为低电平，电路进 入第二个暂稳态。
例10.4.2 在图10.4.6所示的非对称式多谐振荡器 电路中，已知 G1 、G2 为 CMOS 反相器 CC4007，输出电阻小于 200Ω 。若取
试求电路的振荡频率。 解：反相器输出电阻 RON(N) 、RON(P) 远小于 RF，且 RP 较大
故振荡频率为
10.4.3 环形振荡器 1、环形振荡器 利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器 首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:
R很小：保证
时
为低电平
以下。
可以降至
电路由正脉冲触发。 ①稳态下 均为高电平。 ②输入正脉冲：
vO1 变为低电平，vA 维持 高电平，故 vO 变为低电平， 进入暂稳态，电容 C 开始放 电。
③计算 当 时，
放电回路
的输入电流忽略不计。
vA的波形
输出幅度： 恢复时间：
是 G1 输出高电平时的输出电阻 分辨时间： 触发脉冲的宽度和恢复时间之和。 优点：抗干扰能力强。 缺点：边沿较差； 要求触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度。
10.2.3 施密特触发器的应用
一 、 用于波形变换
图10.2.8 用施密特触发器实现波形变换
二、 用于 脉冲整形
传输线上电容较大
传输线较长， 接收端的阻抗与传 输线的阻抗不匹配
图10.2.9 用施 密特触发器对 脉冲整形
叠加其他信号
三、用于脉冲鉴幅
只有那些幅度大于 的脉冲会产生输出信号。
图10.2.10 用 施密特触发器 鉴别脉冲幅度
电 容 性
二、石英晶体多谐振荡器 频率稳定度可达
图10.4.19 石英晶体多谐振荡器
§10.5
555定时器及其应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子 器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛 的应用。 10.5.1 555定时器的电路结构与功能 1、CB555的电路图： 阈值端 触发端 控制电压输入端
vO1 迅速跳变为低电平，vO2 迅 速跳变为高电平，电路进入第一个 暂稳态。 电容 C1 开始充电，C2 开始放电。
C1充电的等效电路
C2放电的等效电路
② C1 同时经 R1 和 RF2 两条支路充电，所以充电速度较快， vI2 首先上升到 G2 的阈值电压 VTH ，并引起下面正反馈：
vO2 迅速跳变为低电平， vO1 迅速跳变为高电平，电路 进入第二个暂稳态。 电容 C2 开始充电，C1 开始放电。
第十章 脉冲波形的产生和整形 §10.1 概述 §10.2 施密特触发器 §10.3 单稳态触发器 §10.4 多谐振荡器
§10.5 555定时器及其应用
§10.1 概述
数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是： 它的工作信号是离散时间的脉冲信号。 最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生
方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的
图10.5.5 图10.5.4电路的电压波形 图
10.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器
C 充电
电压波形图
C 放电
充电： 放电：
占空比：
改进电路：
—— 用555定时器组成的 占空比可调的多谐振荡器
充电：
放电：
占空比：
例10.5.1 试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为 1秒，输出脉冲幅度大于3V而小于5V，输出脉冲的占空比 。
容 C 充电。 充到 v I VT ，输出 v O 为低电平，放电 放到 v I VT ，输出