1、第6章 脉冲信号的产生(chnshng)与变换,6.1 概述(i sh)6.2 555定时器6.3 单稳态触发器（Monostable Multivibrator）6.4 施密特触发器（Schmitt trigger）6.5 多谐振荡器（Multividrator）,第一页，共三十五页。,6.1 概述(i sh),数字电路中的信号大多数是矩形脉冲信号。将在较短时间间隔内作用于电路的电压或电流信号，称为脉冲信号。这个时间间隔可以和电路过渡过程持续时间（35）相比拟。数字电路中常见的脉冲信号波形(b xn)如下,第二页，共三十五页。,上图中所示的矩形脉冲信号波形是理想的，即波形的上升沿与下降沿均是
2、跳变(tio bin)的且波形幅度保持不变，一直保持幅度为。而实际的矩形脉冲信号波形无理想跳变(tio bin)、顶部也不平坦。具体波形如下,第三页，共三十五页。,为衡量实际矩形脉冲信号的优劣，经常(jngchng)使用以下参数对其进行描述。1.脉冲幅度 2.上升时间（Rise Time）3.下降时间（Fall Time）4.脉冲宽度 5.脉冲周期T 6.脉宽比，也称为占空比。数字电路中，获得矩形脉冲信号的方法主要有两种：一种是利用各种形式的多谐振荡电路，直接产生所需要的周期性矩形脉冲信号；另一种是利用脉冲信号的变换电路，将现有的脉冲信号变换成所需要的矩形脉冲信号。在这种方法中，电路本身不产生
3、脉冲信号，而仅仅起脉冲波形的变换作用。,第四页，共三十五页。,6.2 555定时器,6.2.1 555电路结构 555电路的逻辑图、外引线功能(gngnng)图、内部等效电路图如下,第五页，共三十五页。,555电路主要由以下几部分构成：1.一个(y)RS触发器 2.两个电压比较电路 3.放电开关与反相输出6.2.2 555定时器功能描述555集成电路端口介绍,第六页，共三十五页。,555定时器功能表,第七页，共三十五页。,6.3 单稳态触发器（Monostable Multivibrator）,单稳态触发器是具有一个稳态的触发器。它具有两种状态：一个稳态和一个暂稳态。电路暂稳态持续时间的长短，
4、与外加触发脉冲信号的宽度没有关系，仅取决于电路本身定时元件的参数值。单稳态触发器可以由分立元件构成；也可以通过门电路和RC元件构成；或通过集成单稳态电路外接RC元件来实现；也可以使用555定时器电路构成单稳态触发器。其中，RC元件组成的电路部分(b fen)称为定时电路，由电容的充放电时间决定单稳态触发器暂稳态持续时间的长短。根据RC电路连接方式的不同，单稳态电路分为微分型单稳和积分型单稳。若根据电路及工作状态的不同，单稳态电路又分为非可重触发电路和可重触发电路两种。,第八页，共三十五页。,6.3.1 555电路(dinl)构成单稳态触发器,电路接通后，触发输入信号(xnho)为高电平（），这
5、时没有有效触发输入信号(xnho)，电路工作于稳态。触发输入信号 由高电平变为低电平时，电路进入暂稳态。随着放电管VT的导通，电路恢复稳态。,第九页，共三十五页。,6.3.2 集成(j chn)单稳态触发器,集成单稳态触发器具有温度特性好、抗干扰能力强、电源稳定性好、输出脉宽调节范围大、外围元件少等优点。集成单稳态触发器分为(fn wi)两大类：可重触发单稳电路和不可重触发单稳电路。1.电路介绍 74121是一种典型的TTL集成不可重触发单稳态触发器,第十页，共三十五页。,74121功能表,第十一页，共三十五页。,该电路触发方式可以概括为以下三种：在A1或A2端使用触发脉冲信号的下降沿触发。此
6、时，另外(ln wi)两个触发输入端必须为高电平；在A1、A2端同时使用触发脉冲信号的下降沿触发。要求B端为高电平；在B端用触发脉冲信号的上升沿触发，且A1、A2所加信号中至少有一个是低电平。74121的工作波形如下：,第十二页，共三十五页。,2.电路(dinl)连接方式 74121的输出脉冲宽度取决于电路中定时元件RC值。根据想要获得脉冲宽度的不同，可以外接定时电阻，以获得较宽输出脉冲信号；也可以使用电路内部固定的定时电阻。如下图所示。,第十三页，共三十五页。,6.3.3 单稳态电路(dinl)的应用,1.脉冲信号整形(zhng xng)2.脉冲信号延时3.脉冲信号定时,第十四页，共三十五页
7、。,6.3.4 门电路构成(guchng)的单稳态电路,利用门电路和RC定时元件构成的。根据RC元件的接法不同，可以(ky)分为微分型与积分型两类。,第十五页，共三十五页。,6.4 施密特触发器（Schmitt trigger）,6.4.1 555电路(dinl)构成施密特触发器,第十六页，共三十五页。,工作(gngzu)过程,电路接通电源(dinyun)后，由于TH 时，VT导通，触发器置0，电路输出变为低电平，状态发生翻转。随着输入电压的变化，在其由高电平向下变化的过程中，当 vi 时，电路维持原态，仍然输出低电平。随输入电压下降，当 vi 时，VT截止，触发器再次置1，电路输出又变为高电
8、平。,第十七页，共三十五页。,输入电压vi由低电平向高电平变化的过程中，当vi 时，会引起电路状态的变化，将此时的输入电压称为上限触发电平，用 表示(也可以称为正向阈值电压或高电平阈值电压)。所以，该电路的。输入电压由高电平向低电平变化的过程中，当vi，电路状态并不发生变化，只有当vi 时，电路的状态才会再次发生变化。将此时的输入电压称为下限触发电平，用 表示(也可以称为负向阈值电压或低电平阈值电压)。所以，该电路的。可见，对施密特触发器电路而言，上限触发电平不等于下限触发电平，即导致电路状态发生变化的输入信号的值大小不相等。将该电路的 定义为施密特触发器电路的回差电压。施密特触发器所具有(j
9、yu)的 的特性，称为回差特性或者回滞特性。,第十八页，共三十五页。,施密特触发器电路的电压传输特性曲线(qxin)，也称为回差特性曲线(qxin)，如下图所示。带有施密特触发器的反相器和与非门电路符号如下。,第十九页，共三十五页。,6.4.2 集成(j chn)施密特触发器,施密特触发器应用比较广泛(gungfn)，在数字集成电路中，多种产品带有施密特触发器。下图为带施密特触发器的四2输入与非门电路74LS132。,第二十页，共三十五页。,6.4.3 施密特触发器的应用(yngyng),1.波形(b xn)变换2.波形整形,第二十一页，共三十五页。,3.信号(xnho)鉴幅4.构成单稳态触发
10、器,第二十二页，共三十五页。,6.4.4 门电路构成(guchng)的施密特触发器,图（a）为由TTL门电路构成的施密特触发器电路。该电路；。其中，为二极管VD的正向导通电压，为门电路的阈值电压。所以，该电路的 回差电压为。通过改变电阻的值，可 以方便的调节(tioji)回差电压的大小。图（b）为利用CMOS反相器构成的施密特触发器。,第二十三页，共三十五页。,6.5 多谐振荡器（Multividrator）,6.5.1 555定时器构成(guchng)多谐振荡器,第二十四页，共三十五页。,电路接通电源后，由于电容C两端电压较低，放电管VT截止，555电路输出高电平，处于第一暂稳态。随着电源电
11、压对C充电的进行(jnxng)，当 时，放电管VT导通，触发器置0，输出变为低电平，电路进入第二暂稳态。此时，电容C开始通过电阻 和导通的放电管VT放电，vc下降，当 时，触发器又被置1，VT重新截止，电路输出翻转为高电平，回到第一暂稳态。又开始对电容C充电，重复以上过程。通过上述分析可知，电路稳定工作时，两种暂稳态持续的时间分别是电容C充电和放电持续的时间。电容C充电的时间；电容C放电的时间：电路输出矩形脉冲信号的周期为。,第二十五页，共三十五页。,若要输出方波信号，需要对上述电路进行改进，组成输出脉冲信号的占空比可以调整的多谐振荡器。555定时器电路构成的多谐振荡器，优点是电路简单，但存在
12、振荡频率较低、振荡频率稳定性不高、容易受到温度等外界因素的干扰等缺点。而在许多场合对电路振荡频率的稳定性都有严格的要求，如在数字(shz)时钟电路中，脉冲基准信号来源的频率稳定性直接关系到计时的准确性。这时就应该使用石英晶体多谐振荡器。,第二十六页，共三十五页。,6.5.2 石英(shyng)晶体多谐振荡器,在一片薄石英晶片的两侧镀上两个电极就可以制成石英晶体谐振器。当信号频率f等于石英晶体本身的固有谐振频率 时，信号容易通过石英晶体，石英晶体阻抗(zkng)最小。当 时，石英晶体呈现感性阻抗(zkng)；时，石英晶体呈现容性阻抗(zkng)。,第二十七页，共三十五页。,由CMOS门电路和石英
13、晶体共同组成(z chn)的石英晶体多谐振荡器电路如下。上图中，反相器G1产生振荡，G2用于整形，以获得较理想的矩形脉冲信号。电阻R为反相器G1提供适当的静态工作点，电容C1用于频率微调，C2为温度校正电容。石英晶体振荡器的优点是频率稳定度非常高，一般用于高精度时基的数字系统中。,第二十八页，共三十五页。,6.5.3 施密特触发器组成(z chn)的多谐振荡器,利用(lyng)施密特触发器特有的电压回滞特性也可以组成多谐振荡器。,第二十九页，共三十五页。,6.5.4 环型振荡器,环形振荡器利用门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相连而构成的。最简单(jindn)的环形振荡器由三个反相器首尾
14、相连构成。该电路振荡周期为,第三十页，共三十五页。,将大（等）于3的奇数个反相器首尾相连可构成环形振荡器，产生自激振荡，且振荡周期为。n为反相器的个数。下图是在上述电路基础上改进(gijn)得到的实用型环形振荡器电路。其中，组成电路的延迟环节，是保护电阻。,第三十一页，共三十五页。,6.5.5 门电路构成(guchng)的多谐振荡器,在门电路构成的多谐振荡器电路中，主要(zhyo)有两种形式，对称式和非对称式。,第三十二页，共三十五页。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；
15、通过阅读文学作品，我们能提高(t go)文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,第三十三页，共三十五页。,第三十四页，共三十五页。,内容(nirng)总结,第6章 脉冲信号的产生与变换。集成单稳态触发器具有温度特性好、抗干扰能力强、电源(dinyun)稳定性好、输出脉宽调节范围大、外围元件少等优点。在A1或A2端使用触发脉冲信号的下降沿触发。在A1、A2端同时使用触发脉冲信号的下降沿触发。根据RC元件的接法不同，可以分为微分型与积分型两类。在一片薄石英晶片的两侧镀上两个电极就可以制成石英晶体谐振器。由CMOS门电路和石英晶体共同组成的石英晶体多谐振荡器电路如下。鼓舞我们前进,第三十五页，共三十五页。,
