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1、九章节脉冲波形产生与变换Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节第一节第一节 分立元件脉冲单元电路（自学）分立元件脉冲单元电路（自学）分立元件脉冲单元电路（自学）分立元件脉冲单元电路（自学） 由于课时有限，这一节的内容我们不讲了。同学由于课时有限，这一节的内容我们不讲了。同学们有时间自己看一下。们有时间自己看一下。 用分立元件构成脉冲单元电路是脉冲电路的基础，用分立元件构成脉冲单元电路是脉冲电路的基础，在实际应用中经常有用分立元件构成脉冲电路的例子。在实际应用中经
2、常有用分立元件构成脉冲电路的例子。 分立元件脉冲电路中，三极管基本上是作为反相分立元件脉冲电路中，三极管基本上是作为反相器来使用的，通常都构成正反馈耦合回路，完成不同器来使用的，通常都构成正反馈耦合回路，完成不同的功能。的功能。9.3 施密特触发器（Schmitt trigger）l施密特触发器D的传输特性如下图所示：l由传输特性可以看出施密特触发器具有以下特点：voviVOHVOLVT VT+O1、施密特触发器属于电平触发，施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生变化；时，输出电压
3、会发生变化；2 2、 输入信号增加和减少时，电输入信号增加和减少时，电路具有不同的阈值电压，即具路具有不同的阈值电压，即具有滞回特性。有滞回特性。 1、用两级、用两级CMOS反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器 下面我们分析该施密特触发器的工作特点。下面我们分析该施密特触发器的工作特点。 通过上述分析，我们得到了施密特触发器发生翻转通过上述分析，我们得到了施密特触发器发生翻转时的触发电平。我们发现时的触发电平。我们发现从从0到到1的触发电平的触发电平V+不等于不等于从从1到到0的触发电平的触发电平V-， V+ V- 这就是施密特触发器的特点：这就是施密特触发器的特点： “对于正向和
4、负向增长的输入信号，电路具有不同对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电平。的阈值电平。” 我们把我们把VT+和和VT-之差称为回差电压之差称为回差电压Vd= VT+ - VT- 2 2、用、用、用、用TTLTTL门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器 与与CMOS的分析方法类似，这里就不再详细推导了。的分析方法类似，这里就不再详细推导了。其中二极管的作用是抬高其中二极管的作用是抬高VI使使G1导通的电压，也可以保导通的电压，也可以保证回差不小于阈值电压。证回差不小于阈值电压。 施密特电路的特性也称为滞回特性、滞后特性。施密特电路的特性也称为
5、滞回特性、滞后特性。 3 3、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 施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器输入的反相器和与非门等。输入的反相器和与非门等。输入的反相器和与非门等。输入的反相器和与非门等。 常用的常用的常用的常用的CMOS
6、CMOS施密特反相器芯片有施密特反相器芯片有施密特反相器芯片有施密特反相器芯片有4010640106，与非门有，与非门有，与非门有，与非门有1409314093。 常用的常用的常用的常用的TTLTTL施密特反相器有施密特反相器有施密特反相器有施密特反相器有LS14LS14，与非门有，与非门有，与非门有，与非门有LS132LS132。 内部电路自己看一下，总的特点仍然是当输入正向内部电路自己看一下，总的特点仍然是当输入正向增长时使其门槛较高，增长时使其门槛较高，VT+较大；负向增长时门槛自动较大；负向增长时门槛自动降低，使降低，使VT-较小。较小。 我们可以通过下面的数值表，了解我们可以通过下面
7、的数值表，了解CMOS和和TTL电电路的工作电压和回差范围。路的工作电压和回差范围。 二、集成门构成的二、集成门构成的二、集成门构成的二、集成门构成的单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器 前几章我们学过的触发器，都叫双稳态触发器，因前几章我们学过的触发器，都叫双稳态触发器，因为它们都有两个稳定的状态。我们可以任意改变它们的为它们都有两个稳定的状态。我们可以任意改变它们的状态，而我们希望它们保持不变时，它们可以稳定地保状态，而我们希望它们保持不变时，它们可以稳定地保持。持。 单稳态触发器就不同了，当我们通过触发信号使它单稳态触发器就不同了，当我们通过触发信号使它们产生翻转后，它们不能
8、一直保持下去，而是在一定时们产生翻转后，它们不能一直保持下去，而是在一定时间后，又回到原先的状态。间后，又回到原先的状态。 利用单稳态触发器，我们可以制作出许多有用的电利用单稳态触发器，我们可以制作出许多有用的电路，如自动楼道灯、自动门、自动冲水器等。路，如自动楼道灯、自动门、自动冲水器等。 单稳态平时所处的状态称为常态，触发后暂时经历单稳态平时所处的状态称为常态，触发后暂时经历的状态叫暂态。的状态叫暂态。 下面我们对单稳态电路进行分析。下面我们对单稳态电路进行分析。 1、 微微 分分 型型 R1应较大应较大 R应较小应较小 大于大于2.5k 64 R 910 分析：（分析：（1）稳态稳态 V
9、I=1，无论，无论V02为为1为为0，最终结果：，最终结果： V01=0 V02=1 电容电容C放空放空 （2）暂态暂态 VI=0 负脉冲开始，负脉冲开始，V1跟随跟随=0，V01=1V2跟随跟随=1，V02翻转翻转=0，暂态开始。此后，暂态开始。此后V01沿沿R、C充充电，电，V2逐渐下降，最终逐渐下降，最终V02=1，恢复稳态值，暂态结束。，恢复稳态值，暂态结束。（3）恢复期）恢复期 此时此时V01不为不为0，要使其，要使其=0，才真正回常态。，才真正回常态。 各时刻各点电各时刻各点电压值的推导见书。压值的推导见书。 各点电压波形各点电压波形 负沿触发负沿触发见右图。见右图。 微分型指微分
10、型指R、C的为微分连接。的为微分连接。 输入端的输入端的C1和和R1也是微分电路，也是微分电路，其作用是使其作用是使V1在触在触发后能够回高，与发后能够回高，与VI低电平宽度无关。低电平宽度无关。2 2、积分型、积分型、积分型、积分型单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器 将将R、C接为积分接为积分方式，就构成积分型方式，就构成积分型 正沿触发正沿触发单稳态触发器。单稳态触发器。 3 3、用施密特触发器构成单稳态触发器、用施密特触发器构成单稳态触发器、用施密特触发器构成单稳态触发器、用施密特触发器构成单稳态触发器 利用施密特触发器的回差，产生暂态脉冲宽度。利用施密特触发器的回差，产生
11、暂态脉冲宽度。 4 4、暂态脉宽、暂态脉宽、暂态脉宽、暂态脉宽T TWW的计算的计算的计算的计算 暂态的持续时间是由RC充放电回路决定的。假设 暂态起始时刻的电压为V（0+）， 暂态结束时刻的电压为V（TW）， 充放电的最终电压为V（）。则 V（ ） V（0+） TW = RC ln V（ ） V（TW） 三、集成单稳态触发器三、集成单稳态触发器三、集成单稳态触发器三、集成单稳态触发器 无论是无论是TTL电路，还是电路，还是CMOS电路，都有一些现成的电路，都有一些现成的单稳态触发器芯片。如单稳态触发器芯片。如LS121、LS221非可重复触发型、非可重复触发型、LS122、LS123、MC1
12、4538可重复触发型。可重复触发型。 什么是可重复触发和非可重复触发呢？什么是可重复触发和非可重复触发呢？ 非可重复触发非可重复触发的单稳态触发一经触发进入暂态后，不的单稳态触发一经触发进入暂态后，不再响应新的触发，直到本次暂态结束，才能再次触发。再响应新的触发，直到本次暂态结束，才能再次触发。暂态不能重叠，暂态不能重叠，“一次算一次一次算一次”。 可重复触发可重复触发的单稳态触发一经触发进入暂态后，任何的单稳态触发一经触发进入暂态后，任何时候再次触发，重新进入暂态。时候再次触发，重新进入暂态。“随时重来随时重来”。 集成单稳态触发器虽然各不相同，但基本形式是一集成单稳态触发器虽然各不相同，但
13、基本形式是一集成单稳态触发器虽然各不相同，但基本形式是一集成单稳态触发器虽然各不相同，但基本形式是一样的：样的：样的：样的： 外接定时元件电容外接定时元件电容C，电阻，电阻R（有的内含电阻）。（有的内含电阻）。 触发信号的形式可以有多种，正沿触发、负沿触发触发信号的形式可以有多种，正沿触发、负沿触发 具有两个对称互补输出端具有两个对称互补输出端 Q 和和 /Q 上述集成单稳态触发器的定时周期通常在几十纳秒上述集成单稳态触发器的定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间。到数百毫秒之间。 四、集成门构成的多谐振荡器四、集成门构成的多谐振荡器四、集成门构成的多谐振荡器四、集成门构成的多谐振荡器 多谐振荡
14、器又称无稳态振荡器，它也有两个状态，多谐振荡器又称无稳态振荡器，它也有两个状态，但它不能稳定于任何一个状态，而是在两者之间来回但它不能稳定于任何一个状态，而是在两者之间来回转换，所以它的输出不会是恒高或恒低，而是矩形波。转换，所以它的输出不会是恒高或恒低，而是矩形波。 所以多谐振荡器常常作为方波发生器。所以多谐振荡器常常作为方波发生器。 1、电容正反馈多谐振荡器、电容正反馈多谐振荡器 VDD GND GND VDD 两个暂态时间的计算：两个暂态时间的计算：两个暂态时间的计算：两个暂态时间的计算： 仍然是根据仍然是根据RC充放电的标准公式来计算：充放电的标准公式来计算： Vd（最终） Vd（暂态
15、开始） TW = RC ln Vd（ 最终） Vd（暂态结束） 对放电周期对放电周期： Vd（ 最终）最终）= 0.3vVd（暂态开始）（暂态开始）= 4.3v Vd（暂态结束）（暂态结束）= 1.4v 对充电周期对充电周期： Vd（ 最终）最终）= 3.6vVd（暂态开始）（暂态开始）= -1.8v Vd（暂态结束）（暂态结束）= 1.4v 2 2、晶体稳频的多谐振荡器、晶体稳频的多谐振荡器、晶体稳频的多谐振荡器、晶体稳频的多谐振荡器 晶体具有极高的频率稳定性，当外接信号的振荡频率晶体具有极高的频率稳定性，当外接信号的振荡频率与晶体的固有频率一致时，它的电抗值很小；稍有偏离则与晶体的固有频率
16、一致时，它的电抗值很小；稍有偏离则迅速增大。因此利用晶体作为反馈回路，可以得到很高的迅速增大。因此利用晶体作为反馈回路，可以得到很高的频率稳定性。频率稳定性。 电源电压、温度变化对晶体振荡器影响较小。电源电压、温度变化对晶体振荡器影响较小。 3 3、由施密特触发器构成的多谐振荡器、由施密特触发器构成的多谐振荡器、由施密特触发器构成的多谐振荡器、由施密特触发器构成的多谐振荡器 9.4 555定时器及其应用定时器及其应用 555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出多种多样的实用电路。本节我们用它来实现前面学过的三种典型脉冲电路。 一、一、555定时器的内部结构定时器的内部结构一、55
17、5定时器的工作原理l说明：定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出O为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。 由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为 由此，可得555定时器的功能表，如图9.4.1所示。 二、用二、用二、用二、用555555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器 三、用三、用三、用三、用555555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器 四、用四、用四、用四、用555555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器
