波形变换

(c)尖脉冲 (c)尖脉冲
(d)锯齿波 (d)锯齿波
在数字系统中常常需要用到各种幅度、 在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有 各种幅度 陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（ 陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生； ①脉冲产生电路直接产生； 利用已有的周期信号整形、变换得到。 ②利用已有的周期信号整形、变换得到。 脉冲整形、变换电路 脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 单稳态触发器 施密特触发器； 施密特触发器； 脉冲产生电路——多谐振荡器； 多谐振荡器； 脉冲产生电路 多谐振荡器 多用途的定时电路——555定时器。 定时器。 多用途的定时电路 定时器
8 脉冲波形的变换与产生
8.1 单稳态触发电路 8.2 施密特触发电路 8.3 多谐振荡器 8.4 555定时器及其应用 定时器及其应用
教学基本要求
正确理解多谐振荡器、单稳态触发电路、 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发电路、施密特触 发电路的电路组成及工作原理。 发电路的电路组成及工作原理。 掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI MSI器件的逻辑 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑 功能及主要指标计算。 功能及主要指标计算。 掌握555定时器的工作原理。 555定时器的工作原理 3、掌握555定时器的工作原理。 掌握由555定时器组成的多谐、单稳、 555定时器组成的多谐 4 、 掌握由 555 定时器组成的多谐 、 单稳 、 施密特触发器 的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。 的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。
8.2.2 集成施密特触发器 8.2.3 施密特触发器的应用
及工作特点： 施密特触发器电压传输特性及工作特点：
① 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时， 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时， 输出电压会发生突变。 输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。 输入信号增加和减少时， ② 电路有两个阈值电压。 输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分 别是正向阈值电压（ 和负阈值电压（ 别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（VT-） 。
迅速使 υo1 = 0
t
υo =1
vO
1
电路进入暂稳态
t
0
电容充电 υI2
vO1 G1 ≥1 C vd Rd 1
G2
t
vI
Cd
D v I2 −v + C R VDD
0
t1
t2
t
c)电容充电, c)电容充电, 电容充电
vI
υI2
v O1↑
t
υI2 =VTH产生如下正反馈过程： 产生如下正反馈过程：
vI2↑ v O↓ vO1↑
C ext R ext/ C ext 74121 2） （ 2） A1 A2 B Q
vO
v O1
t1
tw1 0
vO tw2
tw1 t
tw2 t
VCC
0
3. 组成噪声消除电路 如用υ 作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入 干扰加入,就会造成计数 如用υI作为下降沿触发的计数器触发脉冲 干扰加入 就会造成计数 错误. 错误
逻辑功能表
74121功能表 功能表 A1 L × × H H A2 × L × H H L × × L B H H L × H H H Q L L L L
Q
H H H H 不可触发， 不可触发，保持稳态不变 B 和A1、A2、 中有一个或两个为高 、 电平， 电平，输入端有一个或两个下降沿 时电路被触发 A1、A2中有一个或两个为低电平， 中有一个或两个为低电平， 在B端输入上升沿时电路被触发 端输入上升沿时电路被触发
二、脉冲信号的参数
上升时间 下降时间
0.9 Um 0.5 Um 0.1 Um
tr
tf
脉 Um 冲 幅 度
t W 脉冲宽度
脉冲周期
T
矩形脉冲信号的主要参数
占空比q－－脉冲宽度与脉冲周期的比值， 占空比q－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，q＝tW/T 。 脉冲宽度与脉冲周期的比值
三、脉冲产生电路的暂态分析
vO
v O1
≥1
G3
采用TTL与非门构成单稳电 与非门构成单稳电 采用 路时，电阻R要小于 要小于0.7kΩ。 路时，电阻 要小于 Ω
vO G1
vI
≥1 C
1
G2
VD
Cd
R Rd VDD
8.1.2 集成单稳态触发电路
没有被重复触发 不可重复触发
vI
vO
tw
(a)
tw
被重复触发
可重复触发
vI
vO
tw
vR↑
0 vd 0
v o2 ↓
↑
迅速使 υo1 = 1 电容放电
υo =0
vO
1
t
υc =0
0
电路由暂稳态自动返回到稳态
1
v0
I2
t
v O1 G1 ≥1 1
vO G2
V DD V TH 0 vO
t
vI
Cd vd Rd
tw
0 t1 t2 t
D v I2 −v + C R VDD
C
3、 主要参数的计算 、
tW = RC1n
UC (∞) −UC (0+ ) UC (∞) −UT
8.1单稳态触发电路 单稳态触发电路
8.1.1 用门电路组成的微分型单稳态触发电路 8.1.2 集成单稳态触发电路 8.1.3 单稳态触发电路的应用
8.1单稳态触发电路 单稳态触发电路
单稳态触发电路的工作特点： 单稳态触发电路的工作特点： 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。 ① 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态; ② 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态; ③ 由于电路中 延时环节的作用，暂稳态不能长保持 由于电路中RC延时环节的作用 暂稳态不能长保持, 延时环节的作用， 经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。 经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的 持续时间仅取与RC参数值有关。 持续时间仅取与 参数值有关。 参数值有关
8.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发电路 门电路组成的微分型单稳态触发电路 1. 电路
CMOS与非门构成的微分型 与非门构成的微分型 单稳态触发电路 稳态为1 稳态为
vO G1 & vI Cd vd Rd vO
v O1 vO 1 D v I2 −v + C R VDD C G2
CMOS或非门构成的微分型 或非门构成的微分型 单稳态触发电路 稳态为0 稳态为
C
C ex t R ext/C ext
R V CC
噪声
vI
A1 A2 B
7412 Q
Q 1D > C1 R
vO
vI Q vO
单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽， 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪 声。
8.2 施密特触发器
8.2.1 用门电路组成的施密特触发器
vO VOH
1
vo VOH
vO vI
1
vI
vO
VOL o VT - VT+ vI
VOL O
V T－ V T+
vI
同相输出施密特触发器
反相输出施密特触发器
8.2.1 用门电路组成的施密特触发器
1、电路组成 、
R2 G1 vI R1 1 G2 1 vO v O1
υI1
2、工作原理 、 假定： 假定： R VDD 1< R2 VTH ≈ 2
脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。 脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。 RC充放电电路构成的
C UC(t) S U R
UC(0+) 0 UT
UC(t ) UC(∞ ) tM t
开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变， ① 开关闭合的一瞬间 ， 电容器上电压不能突变 ， 满足开关 定理UC(0+)=UC(0-)。 充电暂态过程结束后， (∞)为 ② 充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC(∞)为0，即 电容器相当于开路。 电容器相当于开路。
UC(t ) UT UC(0+) 0 tW t UC(∞ )
决定了暂态时间的长短。 ③ 电路的时间常数 τ=RC ， τ 决定了暂态时间的长短 。 根 三要素公式， 据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为
uC (t ) = UC (∞) +[UC (0+ ) −UC (∞)]e−t /τ
则从暂态过程的起始值U 变到U ④令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历 的时间t 脉冲宽度）可用下式计算： 的时间tW（脉冲宽度）可用下式计算：
触发信号控制电路
微分型单稳触发器
电路的连接： ： 电路的连接： C：外接电容 R：外接电阻或采用内部电阻 ：
(1)工作原理 工作原理
电路的不可重复触发特性
C ext R ext/C ext R int R ext R int
暂稳态: 暂稳态 Q=1 Q=0
B
0
G1 G2 &
G4 & a G5 & ≥1 G6 & G7 1 G8 1 G9
8.1.3 单稳态触发器的应用
1. 定时 vO
vI
O vB
t
与门 tW vA vB 单稳 态 vI
tW O vA
t
O vO
t
O