第8章脈沖信號的產(chǎn)生與整形

1、第8章 脈沖信號的產(chǎn)生與整形本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容（1）脈沖信號波形的特性參數(shù)脈沖信號波形的特性參數(shù)（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（3）多諧振蕩器）多諧振蕩器 （4）施密特觸發(fā)器）施密特觸發(fā)器（5) 555定時(shí)器定時(shí)器8.1 脈沖信號波形的特性參數(shù)脈沖信號波形的特性參數(shù)q所謂脈沖信號，是指在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的階躍電壓或電流信所謂脈沖信號，是指在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的階躍電壓或電流信號。在各種類型的脈沖信號中，最常見的是矩形脈沖。理號。在各種類型的脈沖信號中，最常見的是矩形脈沖。理想的矩形脈沖是一種無上升和下降時(shí)間，在持續(xù)時(shí)間內(nèi)電想的矩形脈沖是一種無上升和下降時(shí)間，在持續(xù)時(shí)間內(nèi)電壓壓(或電流或電流)保持

2、不變的脈沖信號。保持不變的脈沖信號。如圖如圖8.1(a)所示。所示。 (a) 理想矩形脈沖理想矩形脈沖 （b）矩形脈沖特性參數(shù)）矩形脈沖特性參數(shù)圖圖8.1 矩形脈沖矩形脈沖脈沖信號波形的主要特性參數(shù)：脈沖信號波形的主要特性參數(shù)： 脈沖周期脈沖周期T周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。周期間的時(shí)間間隔。周期T的倒數(shù)即單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的脈沖數(shù)的倒數(shù)即單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的脈沖數(shù)彌為重復(fù)頻率彌為重復(fù)頻率f，即，即f=1/T。 脈沖幅度脈沖幅度Vm脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖電壓的最大變化幅度。 脈沖寬度脈沖寬度Tw從脈沖前沿上升到從脈沖前沿上升到0.5Vm開

3、始，到脈沖后開始，到脈沖后沿下降到沿下降到0.5Vm為止的一段時(shí)間為止的一段時(shí)間(即脈沖幅度即脈沖幅度50處的持續(xù)處的持續(xù)時(shí)間時(shí)間)。 上升時(shí)間上升時(shí)間tr脈沖前沿從脈沖前沿從0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需要的時(shí)所需要的時(shí)間。間。 下降時(shí)間下降時(shí)間tf脈沖后沿從脈沖后沿從0.9Vm下降到下降到0.1Vm所需要的時(shí)所需要的時(shí)間。間。8.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器n前面介紹的前面介紹的觸發(fā)器觸發(fā)器電路，它電路，它有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，在外界觸發(fā)有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，在外界觸發(fā)信號作用下，可以從一種穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。信號作用下，可以從一種穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。所以，也稱觸發(fā)器為所以，

4、也稱觸發(fā)器為雙穩(wěn)態(tài)電路雙穩(wěn)態(tài)電路。n 觸發(fā)器之所以具有這種特點(diǎn)，是由觸發(fā)器電路的內(nèi)部結(jié)觸發(fā)器之所以具有這種特點(diǎn)，是由觸發(fā)器電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。如果將基本構(gòu)決定的。如果將基本RS觸發(fā)器的兩條交叉耦合支路的觸發(fā)器的兩條交叉耦合支路的其中一條改為其中一條改為RC耦合耦合(電阻電容耦合電阻電容耦合)，則電路的工作情況，則電路的工作情況就大不一樣。這種電路平時(shí)總是處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。就大不一樣。這種電路平時(shí)總是處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。n在外來觸發(fā)信號的作用下，它能翻轉(zhuǎn)成新的狀態(tài)，但這種在外來觸發(fā)信號的作用下，它能翻轉(zhuǎn)成新的狀態(tài)，但這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，只能維持一定時(shí)間，因而稱之為狀態(tài)是不穩(wěn)定的，只能維持一定時(shí)間

5、，因而稱之為暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。n暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)時(shí)間結(jié)束，電路能自動回到原來狀態(tài)，從而輸出一態(tài)時(shí)間結(jié)束，電路能自動回到原來狀態(tài)，從而輸出一個(gè)矩形脈沖。由于這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，因而稱之個(gè)矩形脈沖。由于這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，因而稱之為為“單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器”，簡稱，簡稱“單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路”或或“單穩(wěn)單穩(wěn)”。n單穩(wěn)電路的暫態(tài)時(shí)間的長短，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅由單穩(wěn)電路的暫態(tài)時(shí)間的長短，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅由電路本身的耦合元件電路本身的耦合元件RC決定，因此稱決定，因此稱RC為單穩(wěn)電路的定為單穩(wěn)電路的定時(shí)元件。時(shí)元件。n這種電路被廣泛應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)中，可用于脈沖信號的寬這種電路被廣泛應(yīng)用于數(shù)字

6、系統(tǒng)中，可用于脈沖信號的寬度調(diào)整及延時(shí)等。度調(diào)整及延時(shí)等。n按照定時(shí)元件的連接方式，單穩(wěn)電路可分為按照定時(shí)元件的連接方式，單穩(wěn)電路可分為微分型和積分微分型和積分型型兩大類。兩大類。8.2.1 微分型單穩(wěn)電路微分型單穩(wěn)電路1. 電路組成電路組成n微分型單穩(wěn)電路如圖微分型單穩(wěn)電路如圖8.2所示。圖中所示。圖中G1、G2是是CMOS“或非或非”門。電阻門。電阻R和電容和電容C組成微分延時(shí)電路。組成微分延時(shí)電路。圖圖8.2 微分型單穩(wěn)電路微分型單穩(wěn)電路2. 工作原理工作原理n如圖如圖8.2所示，該電路的輸入觸發(fā)脈沖為正脈沖。所示，該電路的輸入觸發(fā)脈沖為正脈沖。n穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)(即正觸發(fā)脈沖未到來時(shí)即正觸

7、發(fā)脈沖未到來時(shí))，只要恰當(dāng)選擇，只要恰當(dāng)選擇R的阻值，的阻值，G2一定導(dǎo)通，其輸出一定導(dǎo)通，其輸出V02為低電平。又由于為低電平。又由于VI1為低電平，為低電平，所以所以G1的兩個(gè)輸入端均為低電平，的兩個(gè)輸入端均為低電平，G1截止，其輸出截止，其輸出V01為為高電平。高電平。n當(dāng)正觸發(fā)脈沖到來并使當(dāng)正觸發(fā)脈沖到來并使VI 1由低電平上升至由低電平上升至VT(即即CMOS“或非或非”門的開啟電壓門的開啟電壓)時(shí)，將引起下列正反饋過程：時(shí)，將引起下列正反饋過程： n該正反饋過程使電路快速翻轉(zhuǎn)到該正反饋過程使電路快速翻轉(zhuǎn)到G1導(dǎo)通（輸出低電平）、導(dǎo)通（輸出低電平）、G2截止（輸出高電平），進(jìn)入暫穩(wěn)狀

8、態(tài)。接著截止（輸出高電平），進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)。接著VDD通過通過R及及G1的輸出電阻對電容的輸出電阻對電容C充電，充電，VI2按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)VI2上升到上升到VT時(shí)，又會產(chǎn)生下列正反饋過程（假設(shè)此時(shí)時(shí)，又會產(chǎn)生下列正反饋過程（假設(shè)此時(shí)VI1已回到低電平）：已回到低電平）： VI2 VO2 VO1n這個(gè)正反饋過程使電路快速返回到這個(gè)正反饋過程使電路快速返回到G1截止、截止、G2導(dǎo)通的穩(wěn)導(dǎo)通的穩(wěn)定狀態(tài)。此后電容定狀態(tài)。此后電容C通過通過G2輸入端保護(hù)電路的二極管及輸入端保護(hù)電路的二極管及G1的輸出電阻放電，的輸出電阻放電，VI2基本保持在基本保持在VDD，Vo1逐漸上升到逐漸上升

9、到VDD。n這種單穩(wěn)態(tài)電路各點(diǎn)工作波形這種單穩(wěn)態(tài)電路各點(diǎn)工作波形如圖如圖8.3所示所示。圖圖8.3 微分型單穩(wěn)電路工作波形微分型單穩(wěn)電路工作波形n由上述單穩(wěn)電路的工作過程，可以得出輸出脈沖寬度（即由上述單穩(wěn)電路的工作過程，可以得出輸出脈沖寬度（即暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間）暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間）tw的估算公式如下：的估算公式如下：tw = (R + Ro)C lnVDD/ (VDDVT)n若若VT = 1/2VDD，則，則tw = (R+Ro)C ln2 0.7(R+Ro)Cn其中其中Ro為為G1門的輸出電阻。門的輸出電阻。n例如，若例如，若R=1k，Ro=0.2k，C=150pF，則單穩(wěn)電路的，則單穩(wěn)電路的輸出脈沖寬

10、度輸出脈沖寬度tw = 0.7（1k+0.2k）150pF = 126nS。n輸出脈沖的幅度近似等于輸出脈沖的幅度近似等于VDD。n另外，為使單穩(wěn)電路可靠工作，應(yīng)讓電容在暫穩(wěn)態(tài)之后能另外，為使單穩(wěn)電路可靠工作，應(yīng)讓電容在暫穩(wěn)態(tài)之后能夠充分恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓。夠充分恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓。n為此，為此，觸發(fā)脈沖周期應(yīng)大于觸發(fā)脈沖周期應(yīng)大于tw+3。稱為電容充、放電時(shí)稱為電容充、放電時(shí)間常數(shù)。在本電路中，間常數(shù)。在本電路中，即為（即為（R+Ro）C。8.2.2 積分型單穩(wěn)電路積分型單穩(wěn)電路1.電路組成電路組成n積分型單穩(wěn)電路積分型單穩(wěn)電路如圖如圖8.4所示所示。G1、G2為為CMOS“或非或非”門，門

11、，R、C構(gòu)成積分型延時(shí)電路，容易看出，與微分型單穩(wěn)電構(gòu)成積分型延時(shí)電路，容易看出，與微分型單穩(wěn)電路相比，其中的路相比，其中的R、C剛好互易位置。剛好互易位置。圖圖8.4 積分型單穩(wěn)電路積分型單穩(wěn)電路2.工作原理工作原理n如圖如圖8.4所示，該電路的輸入觸發(fā)脈沖為負(fù)脈沖。所示，該電路的輸入觸發(fā)脈沖為負(fù)脈沖。n穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，VI1為高電平，為高電平，G1和和G2導(dǎo)通，所以導(dǎo)通，所以Vo1為低電平，為低電平，VI2為低電平，為低電平，Vo2也為低電平。也為低電平。n當(dāng)負(fù)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，當(dāng)負(fù)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，VI1由高電平跳到低電平，由高電平跳到低電平，G1截止，截止，Vo1由低電平跳到高電平。但由于

12、電容上的電壓不能突變，由低電平跳到高電平。但由于電容上的電壓不能突變，所以此刻所以此刻VI2仍為低電平，故仍為低電平，故G2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，由?dǎo)通變?yōu)榻刂?，Vo2由低由低電平跳變到高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。電平跳變到高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。n此后電容此后電容C通過通過R和和Ro（G1的輸出電阻）放電，的輸出電阻）放電，VI2呈指數(shù)呈指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到規(guī)律上升，當(dāng)上升到VT時(shí)（假定時(shí)（假定VI1仍為低電平），仍為低電平），G2導(dǎo)導(dǎo)通，通，Vo2跳變到低電平。跳變到低電平。n當(dāng)當(dāng)VI1跳變到高電平后，跳變到高電平后，G1導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容C開始充電，直至電開始充電，直至電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。其工

13、作波形路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。其工作波形如圖如圖8.5所示所示。圖圖8.5 積分型單穩(wěn)電路工作波形積分型單穩(wěn)電路工作波形 n脈沖寬度脈沖寬度tw的估算公式為：的估算公式為： tw = (R+Ro)C lnVDD/(VDDVT)n典型情況下典型情況下VT =1/2VDD ，則，則tw 0.7(R+Ro)Cn另外，這種電路要求觸發(fā)信號另外，這種電路要求觸發(fā)信號VI1的脈沖寬度的脈沖寬度(低電平時(shí)間低電平時(shí)間)應(yīng)大于輸出脈沖應(yīng)大于輸出脈沖Vo2的寬度的寬度tw，否則該電路就成了反相器，否則該電路就成了反相器，失去了單穩(wěn)電路的基本特性和功能。失去了單穩(wěn)電路的基本特性和功能。8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器n在數(shù)

14、字電路中，經(jīng)常需要有能夠自己產(chǎn)生脈沖信號的電路。在數(shù)字電路中，經(jīng)常需要有能夠自己產(chǎn)生脈沖信號的電路。n多諧振蕩器就是不需要外加觸發(fā)信號，自身就可以產(chǎn)生脈多諧振蕩器就是不需要外加觸發(fā)信號，自身就可以產(chǎn)生脈沖信號的矩形波發(fā)生器。這種自身就可以產(chǎn)生信號的電路沖信號的矩形波發(fā)生器。這種自身就可以產(chǎn)生信號的電路稱為稱為“自激振蕩器自激振蕩器”。又由于矩形波或方波都包含有多次。又由于矩形波或方波都包含有多次諧波，所以這種電路又稱諧波，所以這種電路又稱“自激多諧振蕩器自激多諧振蕩器”，簡稱，簡稱“多多諧振蕩器諧振蕩器”。n雙穩(wěn)態(tài)電路雙穩(wěn)態(tài)電路和和單穩(wěn)態(tài)電路有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是必須在外單穩(wěn)態(tài)電路有一個(gè)共同特點(diǎn)

15、，就是必須在外界觸發(fā)信號的作用下才能引起電路工作狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。多諧界觸發(fā)信號的作用下才能引起電路工作狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。多諧振蕩器不需要外加觸發(fā)信號，自身就能夠反復(fù)不停地翻轉(zhuǎn)、振蕩器不需要外加觸發(fā)信號，自身就能夠反復(fù)不停地翻轉(zhuǎn)、產(chǎn)生矩形脈沖產(chǎn)生矩形脈沖。n單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路的的兩條交叉耦合支路中的一條為兩條交叉耦合支路中的一條為RC耦合，因而耦合，因而出現(xiàn)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，一次自動翻轉(zhuǎn)。如果把兩條耦合支路都出現(xiàn)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，一次自動翻轉(zhuǎn)。如果把兩條耦合支路都改為改為RC耦合，且耦合電阻選擇得恰當(dāng)，這時(shí)電路就耦合，且耦合電阻選擇得恰當(dāng)，這時(shí)電路就沒有沒有穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)，即，即只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。n在電源接通后，

16、電路就能不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)間來回翻轉(zhuǎn)，在電源接通后，電路就能不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)間來回翻轉(zhuǎn)，即電路產(chǎn)生振蕩，輸出一定脈沖寬度和重復(fù)周期的矩形脈即電路產(chǎn)生振蕩，輸出一定脈沖寬度和重復(fù)周期的矩形脈沖信號。沖信號。n多諧振蕩器的類型及電路組成形式較多，多諧振蕩器的類型及電路組成形式較多，這里這里主要介紹主要介紹環(huán)環(huán)形多諧振蕩器形多諧振蕩器及及石英晶體多諧振蕩器。石英晶體多諧振蕩器。8.3.1 環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器n環(huán)形多諧振蕩器，是一種由奇數(shù)個(gè)門電路首尾相聯(lián)而構(gòu)成環(huán)形多諧振蕩器，是一種由奇數(shù)個(gè)門電路首尾相聯(lián)而構(gòu)成的閉環(huán)電路多諧振蕩器。圖的閉環(huán)電路多諧振蕩器。圖8.6所示即為一個(gè)由三塊所示即為一

17、個(gè)由三塊TTL“與非與非”門構(gòu)成的環(huán)形多諧振蕩器及各點(diǎn)電壓波形。門構(gòu)成的環(huán)形多諧振蕩器及各點(diǎn)電壓波形。圖圖8.6 環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器n由于每個(gè)門電路都有一定的傳輸延遲時(shí)間，所以在電源接由于每個(gè)門電路都有一定的傳輸延遲時(shí)間，所以在電源接通后，電路的輸入輸出關(guān)系按通后，電路的輸入輸出關(guān)系按“1-0-1-0”的規(guī)律變化，即的規(guī)律變化，即這種聯(lián)結(jié)形式的電路一定沒有穩(wěn)定狀態(tài)。這種聯(lián)結(jié)形式的電路一定沒有穩(wěn)定狀態(tài)。n例如當(dāng)例如當(dāng)VI1突然跳變到突然跳變到VI1=1時(shí)，那么經(jīng)過時(shí)，那么經(jīng)過G1門延遲門延遲tpd以后，以后，VI2=0；然后經(jīng)過；然后經(jīng)過G2門延遲門延遲tpd，使，使VI3=1；再經(jīng)過

18、；再經(jīng)過G3門延遲門延遲tpd,使使Vo=0=VI1。即。即VI1經(jīng)過經(jīng)過3tpd之后，又變成了低電平?？芍?，又變成了低電平?？梢酝茢啵俳?jīng)過以推斷，再經(jīng)過3tpd之后，之后，Vo=VI1又會變成高電平。如此又會變成高電平。如此周而復(fù)始，電路形成振蕩，輸出如圖周而復(fù)始，電路形成振蕩，輸出如圖8.6（b）所示）所示的矩形的矩形脈沖。脈沖。n由波形圖容易看出，振蕩周期由波形圖容易看出，振蕩周期T=23tpd=6tpd，振蕩頻率，振蕩頻率f為：為： f=1/（23tpd ）n式中，式中，3為門電路數(shù)，為門電路數(shù)，tpd為單個(gè)門電路的傳輸延遲時(shí)間。為單個(gè)門電路的傳輸延遲時(shí)間。n這種振蕩器的電路結(jié)構(gòu)簡

19、單，但由于門電路的傳輸延遲時(shí)這種振蕩器的電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于門電路的傳輸延遲時(shí)間間tpd很短，所以這種電路的振蕩頻率很高，而且不可調(diào)，很短，所以這種電路的振蕩頻率很高，而且不可調(diào)，因此應(yīng)用范圍有限。因此應(yīng)用范圍有限。8.3.2 RC環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器n由由TTL“與非與非”門組成的門組成的RC環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器如圖如圖8.7所示所示。其。其中的中的R、C為主要的定時(shí)元件，由它們決定電路的振蕩頻為主要的定時(shí)元件，由它們決定電路的振蕩頻率，調(diào)節(jié)率，調(diào)節(jié)R，可以改變振蕩頻率。，可以改變振蕩頻率。 圖圖8.7 RC環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 n振蕩電路中各點(diǎn)電壓波如圖振蕩電路中各點(diǎn)電壓波如圖8.8所示。

20、所示。圖圖8.8 RC環(huán)形振蕩器各點(diǎn)電壓波形環(huán)形振蕩器各點(diǎn)電壓波形n省略具體的推算過程，省略具體的推算過程，下面下面直接給出直接給出這種電路的這種電路的振蕩周期振蕩周期為：為： T = 0.98(R/R1)C+1.26RCn當(dāng)當(dāng)R1R時(shí)，振蕩周期的估算公式也可表示為：時(shí)，振蕩周期的估算公式也可表示為： T2.2RCn例如例如, 若若R=5k, C=4F,則振蕩周期則振蕩周期T=2.25k4F = 44mS。8.3.3 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 為了得到頻率穩(wěn)定度很高的時(shí)鐘脈沖，可以采用的一種有為了得到頻率穩(wěn)定度很高的時(shí)鐘脈沖，可以采用的一種有效方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，

21、組成效方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶石英晶體多諧振蕩器。體多諧振蕩器。n石英晶體的頻率穩(wěn)定性很高，而且其選頻特性也非常好。石英晶體的頻率穩(wěn)定性很高，而且其選頻特性也非常好。圖圖8.9給出了石英晶體的符號表示及阻抗頻率特性曲線。給出了石英晶體的符號表示及阻抗頻率特性曲線。圖圖8.9 石英晶體的符號及阻抗頻率特性石英晶體的符號及阻抗頻率特性n一個(gè)一個(gè)TTL“與非與非”門石英晶體多諧振蕩器電路門石英晶體多諧振蕩器電路如圖如圖8.10所所示。其中示。其中VI為控制端，為控制端，VI=1時(shí)，電路振蕩；時(shí)，電路振蕩；VI =0時(shí)，電時(shí)，電路不振蕩。路不振蕩。8.10 石英晶體多諧振蕩器石

22、英晶體多諧振蕩器 n這種電路的振蕩頻率只決定于石英晶體本身的諧振頻率這種電路的振蕩頻率只決定于石英晶體本身的諧振頻率f0，而與電路中的而與電路中的R、C數(shù)值無關(guān)。數(shù)值無關(guān)。n圖圖8.11是是CMOS石英晶體多諧振蕩器電路。它的振蕩頻率石英晶體多諧振蕩器電路。它的振蕩頻率主要由石英晶體的諧振頻率決定。電容主要由石英晶體的諧振頻率決定。電容C用作頻率微調(diào)。用作頻率微調(diào)。圖圖8.11 CMOS石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器8.4 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器n施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器能夠把變化緩慢的輸入信號整形成適合數(shù)字能夠把變化緩慢的輸入信號整形成適合數(shù)字電路需要的矩形脈沖。因此，施密特觸發(fā)器在

23、脈沖的產(chǎn)生電路需要的矩形脈沖。因此，施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中得到廣泛應(yīng)用。和整形電路中得到廣泛應(yīng)用。8.4.1 電路組成電路組成n圖圖8.12表示了施密特觸發(fā)器的電路組成及符號表示。容易表示了施密特觸發(fā)器的電路組成及符號表示。容易看出，它是由兩極反相器組成的?？闯觯怯蓛蓸O反相器組成的。n在耦合方式上，它通過電阻在耦合方式上，它通過電阻R1和和R2分壓，將分壓，將T1管集電極同管集電極同T2管基極耦合；同時(shí)再通過發(fā)射極電阻管基極耦合；同時(shí)再通過發(fā)射極電阻Re完成完成T2管與管與T1管管的耦合，所以也有人稱此電路為的耦合，所以也有人稱此電路為“射極耦合觸發(fā)器射極耦合觸發(fā)器”。 圖圖

24、8.12 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8.4.2 工作原理工作原理下面通過下面通過圖圖8.13所示該電路的輸入和輸出波形來說明它的所示該電路的輸入和輸出波形來說明它的工作原理。工作原理。當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號VI為較低電平時(shí)（即當(dāng)為較低電平時(shí)（即當(dāng)tV時(shí)，時(shí)，比較器輸出高電平；比較器輸出高電平；V2VDD/3，VTR* VDD/3時(shí)，時(shí)，R=1，S=0，觸發(fā)器置觸發(fā)器置0，VO=0，DIS接通；接通；（3）當(dāng)）當(dāng)R*=1，VTH2VDD/3，VTR* 2VDD/3，VTRVDD/3時(shí)，時(shí)，R=1，S=1，觸發(fā)器的，觸發(fā)器的Q和和Q*均為均為0，此時(shí)，此時(shí)“或或”門輸出仍為門輸出仍為0，故，故VO=1

25、，DIS斷開。斷開。（4）當(dāng)）當(dāng)R*=1，VTHVDD/3時(shí)，時(shí)，R=0，S=0，觸發(fā)器狀態(tài)不變，輸出觸發(fā)器狀態(tài)不變，輸出VO和和MOS管管T的狀態(tài)也不變。的狀態(tài)也不變。8.5.4 555定時(shí)器應(yīng)用舉例定時(shí)器應(yīng)用舉例1. 組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器n由由CH 7555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖如圖8.19所示所示。n圖圖中中R、C是外接定時(shí)元件。輸入觸發(fā)信號是外接定時(shí)元件。輸入觸發(fā)信號VI加在低觸發(fā)加在低觸發(fā)端端VTR上，由輸出端上，由輸出端VC給出輸出信號。給出輸出信號。n電壓控制端電壓控制端VC不用，因此將其接不用，因此將其接0.01f旁路電容。旁路電容。 圖圖8.19

26、 用用CH 7555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器n穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入觸發(fā)信號穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入觸發(fā)信號VI為高電平為高電平VDD，基本，基本RS觸發(fā)器處觸發(fā)器處在在0狀態(tài)，狀態(tài)，“或或”門輸出高電平，門輸出高電平，MOS管管T導(dǎo)通，導(dǎo)通，Vo0V，DIS=VTH0V。n當(dāng)負(fù)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，只要輸入脈沖的低電平小平當(dāng)負(fù)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，只要輸入脈沖的低電平小平VDD/3，則比較器則比較器C2輸出高電平，基本輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，Q*=0，“或或”門輸出低電平，門輸出低電平，MOS管管T截止，輸出截止，輸出Vo跳變?yōu)楦唠娖?，電跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。n在暫穩(wěn)態(tài)期間電源在

27、暫穩(wěn)態(tài)期間電源VDD通過電阻通過電阻R對電容對電容C充電，隨著充電充電，隨著充電過程的進(jìn)行，過程的進(jìn)行，VTH=DIS的電位逐漸升高，當(dāng)?shù)碾娢恢饾u升高，當(dāng)VTH上升到上升到2VDD/3時(shí)，比較器時(shí)，比較器C1輸出高水平，基本輸出高水平，基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置0，Q*=1，“或或”門輸出高電平，輸出門輸出高電平，輸出Vo跳變?yōu)榈碗娖?，跳變?yōu)榈碗娖剑琈OS管管T導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容C放電，電路返回到穩(wěn)態(tài)。放電，電路返回到穩(wěn)態(tài)。 n工工作波形作波形如圖如圖8.20所示所示。 圖圖8.20 工作波形工作波形n若忽略若忽略MOS管管T的導(dǎo)通壓降，則該單穩(wěn)電路的輸出脈沖寬的導(dǎo)通壓降，則該單穩(wěn)電路的輸出脈

28、沖寬度可用下式估算：度可用下式估算：TwRC ln31.1 RCn使用這樣單穩(wěn)電路時(shí)，要求輸入觸發(fā)脈沖的寬度一定要小使用這樣單穩(wěn)電路時(shí)，要求輸入觸發(fā)脈沖的寬度一定要小于于Tw。當(dāng)。當(dāng)VI的寬度大于的寬度大于Tw時(shí)，可在輸入端加時(shí)，可在輸入端加RC微分電路。微分電路。2. 組成多諧振蕩器組成多諧振蕩器n由由CH 7555組成的多諧振蕩器電路組成的多諧振蕩器電路如圖如圖8.21所示所示。R1、R2、C為外接定時(shí)元件。該電路的工作原理為外接定時(shí)元件。該電路的工作原理如下：如下：n 假設(shè)電源接通后某時(shí)刻電路所處的狀態(tài)為：輸出假設(shè)電源接通后某時(shí)刻電路所處的狀態(tài)為：輸出VO=1，則此時(shí)則此時(shí)MOS管管T截

29、止，電源截止，電源VDD通過通過R1、R2對電容對電容C充電，充電，VTH=VTR*的電位逐漸升高。的電位逐漸升高。n當(dāng)當(dāng)VTH上升到上升到2VDD/3時(shí)，比較器時(shí)，比較器C1的輸出跳變?yōu)楦咚?，的輸出跳變?yōu)楦咚剑净綬S觸發(fā)器置觸發(fā)器置0，Q=1，“或或”門輸出高電平，門輸出高電平，VO跳變跳變到低電平，到低電平，MOS管管T導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容C通過通過R2放電，放電，VTH=VTR*電位逐漸下降。電位逐漸下降。n當(dāng)當(dāng)VTR*下降到下降到VDD/3時(shí)，比較器時(shí)，比較器C2的輸出跳變?yōu)楦唠娖?，的輸出跳變?yōu)楦唠娖?，基本基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，Q=0,“或或”門輸出低電平，門輸出低電平

30、，VO跳變成跳變成高電平，高電平，MOS管管T截止，截止，C充電。充電。n如此重復(fù)上述過程，電路產(chǎn)生振蕩，在其輸出端即可得到如此重復(fù)上述過程，電路產(chǎn)生振蕩，在其輸出端即可得到周期性的矩形脈沖信號。工作波形圖如圖周期性的矩形脈沖信號。工作波形圖如圖8.22所示。所示。 圖圖8.21 用用CH 7555構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器 圖圖8.22 工作波形工作波形n根據(jù)上述分析，可求得電容根據(jù)上述分析，可求得電容C的充放電時(shí)間的充放電時(shí)間t1、t2和脈沖周和脈沖周期期T，近似計(jì)算公式如下：，近似計(jì)算公式如下：t1(R1+R2)C ln20.7(R1+R2)C t2R2C ln20.7R2C T=t1

31、+t20.7(R1+2R2)C3. 組成施密特觸發(fā)器組成施密特觸發(fā)器n由由CH 7555組成的施密特觸發(fā)器中組成的施密特觸發(fā)器中圖圖8.23所示所示。此電路原。此電路原理比較簡單。顯然這個(gè)電路的上限閾值電壓理比較簡單。顯然這個(gè)電路的上限閾值電壓VT=2VDD/3，下限閾值電壓下限閾值電壓VT=VDD/3，其回差電壓為，其回差電壓為V=VTVT=VDD/3。如果在電壓控制端加上電壓。如果在電壓控制端加上電壓VC，則可通過改變，則可通過改變VC來調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)VT、VT和和V。n另外，電路的另外，電路的VO2輸出幅度將隨著輸出幅度將隨著Ec的不同而改變，因而的不同而改變，因而可以用作電平轉(zhuǎn)換?？梢杂米?/p>

32、電平轉(zhuǎn)換。圖圖8.23 用用CH7555 構(gòu)成施密特觸發(fā)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器8.6 單次脈沖產(chǎn)生電路單次脈沖產(chǎn)生電路 8.6.1 異步單脈沖發(fā)生器異步單脈沖發(fā)生器n圖圖8.24(a) 所示為一個(gè)異步單脈沖發(fā)生器電路原理圖。它是所示為一個(gè)異步單脈沖發(fā)生器電路原理圖。它是將微動開關(guān)的兩個(gè)定觸點(diǎn)分別接至將微動開關(guān)的兩個(gè)定觸點(diǎn)分別接至RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的R、S端，端，將微動開關(guān)的動觸點(diǎn)接地。平常將微動開關(guān)的動觸點(diǎn)接地。平常(即沒按動微動開關(guān)時(shí)即沒按動微動開關(guān)時(shí))，RS觸發(fā)器處于觸發(fā)器處于1狀態(tài)。當(dāng)按下微動開關(guān)時(shí)，動觸點(diǎn)飛離常狀態(tài)。當(dāng)按下微動開關(guān)時(shí)，動觸點(diǎn)飛離常閉觸點(diǎn)撞擊到常開觸點(diǎn)上；閉觸點(diǎn)撞擊到常開觸點(diǎn)上；n當(dāng)放開微動開關(guān)時(shí)，動觸點(diǎn)飛離常開觸點(diǎn)又撞擊到常閉觸當(dāng)放開微動開關(guān)時(shí)，動觸點(diǎn)飛離常開觸點(diǎn)又撞擊到常閉觸點(diǎn)上。這里需要說明的是，實(shí)際微動開關(guān)觸點(diǎn)的斷開和接點(diǎn)上。這里需要說明的是，實(shí)際微動開關(guān)觸點(diǎn)的斷開和接通存在著短時(shí)間通存在著短時(shí)間“若離若合若離若合”的所謂開關(guān)抖動現(xiàn)象。的所謂開關(guān)抖動現(xiàn)象。n圖圖8.24(b)所示的時(shí)間圖上示意性地表示了由于開關(guān)抖動現(xiàn)所示的時(shí)間圖上示意性地表示了由于開關(guān)抖動現(xiàn)象對象對R、S端電壓波形的影響。端電壓波形的