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1、第第第第7 7章章章章 脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的产生与整形产生与整形产生与整形产生与整形 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器退出退出退出退出 概述概述概述概述定时器及其应用定时器及其应用定时器及其应用定时器及其应用返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录 第三节 施密特触发器 施密特触发器是一种靠输入触发信号维持的双稳态电路，其特点是：电路具有两个稳态。当输入信号电平升高至上限触发电平Vth时，电路翻转到第二稳态;当输入触发信号降低至下限触发电平Vtl时，电路由第二态返回第一
2、稳态。一、门电路构成的施密特触发器 1电路组成 （3）返回第一稳态 vI从高电平开始下降，当低于从高电平开始下降，当低于VTL时，时，G1关闭，输出为高电平，关闭，输出为高电平，G2开通，开通，输出低电平，电路由第二稳态返回第一稳态。输出低电平，电路由第二稳态返回第一稳态。（1)第一稳态 vI=0时，时，G1关闭，输关闭，输出高电平出高电平;G2开通，电路处于第一稳态开通，电路处于第一稳态（2）翻转到第二稳态 vI上升至上升至VTH时，时，G1开通，输出为低电平开通，输出为低电平;G2关闭，关闭，输出高电平，电路由第一稳态翻转到输出高电平，电路由第一稳态翻转到第二稳态。第二稳态。vI继续上升，
3、电路仍然保继续上升，电路仍然保持该稳态。持该稳态。2基本工作原理 回差电平： 上限触发电平： 下限触发电平：VT=VTH- -VTL 第一稳态 第二稳态 vI上升至上升至VTH vO1= 1，vO2=0vI下降下降 至至VTL vO1= 0，vO2=1输出低电平为第一状态；输出高电平为第二状态。用工程应施密特触发器应用广泛，常用于对脉冲信号进行波形变换、整形处理、幅度鉴施密特触发器应用广泛，常用于对脉冲信号进行波形变换、整形处理、幅度鉴别等。别等。 波形变换波形变换 施密特触发器可将缓慢变化的信号变换为矩形波。施密特触发器可将缓慢变化的信号变换为矩形波。 波形整形波形整形 当脉冲信号在传输过程
4、中受到干扰使波形变坏时，可应用施密特当脉冲信号在传输过程中受到干扰使波形变坏时，可应用施密特触发器来整形。触发器来整形。 幅度鉴别幅度鉴别 施密特触发器常用于对脉冲信号的幅度鉴别。施密特触发器常用于对脉冲信号的幅度鉴别。 施密特触发器的波形变换 施密特触发器波形整形 施密特触发器鉴幅波形 概述概述 在数字系统中， 获得脉冲波形的方法主要有两种：一种是利用多谐振荡器直接产生；另一种是利用施密特触发器和单稳态触发器构成的整形电路对已有波形进行整形、变换得到。 555定时器是一种多用途的集成电路。555定时器只要其外部配接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。施密特触发器施密特
5、触发器 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器 集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器退出退出退出退出 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。00110111110001100011下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：UT UTUT前面介绍的施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺点是回差太小，且不能调整。 多谐振荡器多谐振荡器 对称多谐振荡器对称多谐振荡器对称多谐振荡器对称
6、多谐振荡器 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 用施密特触发器组成多谐振荡器用施密特触发器组成多谐振荡器用施密特触发器组成多谐振荡器用施密特触发器组成多谐振荡器退出退出退出退出 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。对称对称多谐振荡器多谐振荡器(本小节为参考内容)不对称不对称( (CMOS)多谐振荡器多谐振荡器在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期
7、间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。 用施密特触发器组成用施
8、密特触发器组成多谐振荡器多谐振荡器(本小节为参考内容) 石英晶体石英晶体多谐振荡器多谐振荡器电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。本节小结：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡器可以由
9、门电路构成，也可以由555定时定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其稳态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器
10、的振荡周期与电路的阻容元件有关。周期与电路的阻容元件有关。555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。多用于脉冲产生、整形及定时等。 单稳态触发器单稳态触发器 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器利用施密特触发器组成单稳态触发器利用施密特触发器组成单稳态触发器利用施密特触发器组成单稳态触发器利用施密特触发器组成单稳态触发器退出退出退出退出 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触
11、发器在数字电路中一般用于定定定定时时时时（产生一定宽度的矩形波）、整整整整形形形形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延延延延时时时时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（1）没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平
12、；门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。0011110（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo10，uo21。0011（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C
13、充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。脉冲宽度：tp=0.7RC电路的改进电路的改进当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。 TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q
14、和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接 定 时 电 阻 R（ R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之间 ， 外 接 定 时 电 容C（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用时则应将Rin开路。74121的输出脉冲宽度：tp0.7RC 集成单稳态触发器集成单稳态触发器* * 5.4.3 5.4.3 利用施密特触发器组成单稳态触发器利用施密特触发器组成单稳态触发器本小节为参考内容延迟与定时延迟与定时延迟与定
15、时延迟与定时整整整整形形形形单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用本节小结：单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。相似，只有用于反馈的耦合网络不同。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其态过渡到稳态，其“触发触发”信号也是由电路内部信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉电容充（放）电
16、提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。很广。 9.4 555定时器定时器及其应用及其应用 555定时器定时器结构及功能结构及功能低低低低电平触发端高高高高电平触发端电压控制端复位端低低低低电平有效放电端4.516V001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo
17、=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/300011R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。110R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不
18、变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。 用用555定时器定时器组成单稳态触发器组成单稳态触发器接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置
19、0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。精品课件精品课件！精品课件精品课件！本节小结： 555定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。此外，它还可组成其它各种实用电路。由于555定时器使用方便、灵活，有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，因此，它在自动控制、仪器仪表、家用电器等许多领域都有着广泛的应用。
