回差 : VT
VT
VT-

2
R1 R2
VTH

R1 R2
VDD
施密特触发电路的电压传输特性：
同相输出施密特触发器
v
O
VOH
反相输出施密特触发器 v'o
VOH
VOL
o VT- VT+
vI
VOL
O VT－ VT+
vI
施密特触发电路的工作特点：
1、 电路具有两个不同的阈值电压，存在回差。
输入信号在上升过程中，使输出电平发生跳变时所对应I 的值——正向阈值电压 (VT+)； 输入信号在下降过程中，使输出电平发生跳变时所对应I 的值——负向阈值电压 (VT-)。
当 υA =VTH，电路产生如下正反馈 ：
vI↓ vA↓ vO1↑ vO↓
vO1
vO=VOL vO1= VOH
负向阈值电↓压 (VT-): 输入↓信号在下降过程中，使输出电平发生跳
变时所对应I 的值。
A
VTH

R2 R1 R2
VT-

R1 R1 R2
VDD
VT-

(1
R1 R2
)VTH
第9章 脉冲波形的产生和整形
教学基本要求
1、熟练掌握多谐振荡电路、单稳态电路、施密特触 发电路的工作特点；正确理解其电路组成及工作原理。
2、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑 功能及主要参数的估算。 3、掌握555定时器的工作原理。
4、重点掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特 触发器的电路、工作原理及电路主要参数的估算。
1A 1 1Y 2
2A 3 2Y 4
3A 5 3Y 6 VSS 7
14 VDD
13
6A
12
6Y 11 5A 10 5Y
9
4A
8
4Y
CC40106
1A 1 1Y 2
2A 3 2Y 4
3A 5 3Y 6
GND 7
14 VCC
13
6A
12
6Y 11 5A 10 5Y
9
4A
8
4Y
74LS 14
9.2.2 施密特触发电路的应用

0，VTH

1 2
VDD，且R1

R2
根据叠加原理：
vA

R2 R1 R 2
vI
R1 R1 R 2
vO
当I =0时，
v O1
vO= VOL、vO1= VOH ↓
(1) I上升只要 A <VTH，则保持 O=0V。
(2)当υA =VTH，电路发生正反馈 ：
vI↑ vA↑ vO1↓
充电经过R2 ，放电经过R1 ， T1= R2C ln —VVDD—DD--—VV—TT-+
T2=
R1C
ln
—VT—+ VT-
T=T1+T2
R2 R1
UI
1
UO
+
C
q =T1/T
调节R1 或 R2 ，即可调节q
注意：若采用TTL集成门电路构成上述电路时，则计算振 荡周期时必须考虑输入电流，不能简单地套用上述计算式。
9.1 矩形脉冲的特性参数
脉冲幅度Vm：脉冲电压波形的高、低电平之差。 脉冲宽度tm：从脉冲前沿的0.5Vm到达脉冲后沿0.5Vm所需的时间。 上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。 下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。 脉冲周期T：相邻两个脉冲之间的时间间隔。 占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值。
三. 石英晶体多谐振荡电路
1、石英晶体
当要求多谐振荡器的振荡频率十分稳定（如数字钟的
秒脉冲频率）时，上述电路的都达不到要求。最简便的稳
频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，构成石英晶体多
谐振荡器。
X
电感性
石英晶体的固有振荡频率 fo 由晶体
切片的几何尺寸和结晶方向所确定，几 O 乎不受环境温度和时间变化的影响，具
t
t VT+ VT-
t
t
9.4 多谐振荡电路
多谐振荡器的工作特点：
1、电路没有稳态，只有两个暂稳态。 2、在接通电源后，不需要外加触发信号，在RC电路 的充、放电作用下，电路在两个暂稳态间自动转换， 从而产生矩形脉冲。
用途：产生矩形脉冲。
9.4.1 对称式和非对称式多谐振荡电路
一. 对称式多谐振荡电路
fo
f
有极高的稳定度。
电容性
当外加电压的频率f = fo 时，其电抗 X=0 。 电抗-频率特性
2、石英晶体振荡器 （1）、组成
将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。 符号
（2）、工作原理
只有输出电压中的频率
为 fo 的分量最容易通过石
英晶体并使电路产生振荡。
结果： 电路的振荡频率就等于 fo 。
2、 由于输出状态转换时有正反馈过程发生，所以输出电压 波形的边沿很陡，可以得到比较理想的矩形输出脉冲。
强调：施密特触发器属于电平触发器件。 电平触发：电路状态的维持和转换都取决于输入信号的电平。
集成施密特触发器
1. CMOS集成施密特触发器CC40106 2. TTL集成施密特触发器74LS14
9.4.2 环形振荡电路
最简单的环形振荡电路：
1、组成
利用门电路的传输延迟时间tpd
2、工作波形
UO1
，将奇数个反相器首尾相接。 tpd
3、计算
tW = ntpd ；
UO2
t
n是门的数目。
UO3
t
T=2tW ； f =1/T
tW
一般，tpd =
TTL类几十 ns CMOS类几百ns
t
缺点：输出频率太高，且不可调节。
小结
熟练掌握施密特触发电路的工作特点。 掌握各种多谐振荡电路的振荡周期的估算方法。
作业
P249 9.5 、 9.14
3）UO=0 → C放电 →UI ，UI =VT- → UO=1
3、电压波形
UI
VT+
VT-
0
t
UO T1 T2
0
T
t
若是CMOS电路， 则：
T1= RC ln —VVDD—DD -—-VV—TT-+ T2= RC ln —00 —--VV—TT+T=T1+T2 ； f =1/T； q =T1/T
4、电路改进 占空比可调电路如图：
为了获得较低的、可调的f ，可在环形回路中增加RC延时环节。
改进的环形振荡电路
在G2的输出端接入RC延迟环节
T 2.2RC
9.4.3 利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路
2、工作原理
1、组成
接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：
1）UC=0 → UI =0 → UO=1
2）UO=1 → C充电 →UI ，UI =VT+ → UO=0
始
充
电
，C
开
2
始
放
电
。
(
3)随
着C
的
2
放
电v
逐
I1
渐

，
当
到VTH时
，
引
起
如
下
正
反
馈
：
vI1 vO1 vI2 vO2
使vO1迅 速 跳 变 为 高 ， 而vO2迅 速 跳 变 为 低 。
电
路
进
入
第
二
个
暂
稳
态, C
开
2
始
充
电
，C1开
始
放
电
。
电压波形：
振荡周期计算：
T vI1从充电开始到充至VTH的时间 vI2从充电开始到充至VTH的时间
vO↑
vO=VOH、vO1= VOL
↓
↓
正向阈值电压 (VT+): 输入信号在上升过程中，使输出电平发生跳 变时所对应I 的值。
vA
VTH

R2 R1 R2
VT
VT
(1
R1 R2
)VTH
(3) υA VTH，电路维持 υ O=VOH 不变。
(4)当υI下降, υA也下降 ,只要υA > VTH，则保持 υo =VOH。
脉冲波形的获取，通常有两种方法:
1、将已有的非脉冲波形通过波形变换电路 获得；如单稳态电路、施密特触发电路。
2、采用脉冲信号产生电路直接获得；如多 谐振荡电路。
9.2 施密特触发电路
9.2.1 施密特触发电路的工作原理
1、电路组成： 由CMOS反相器组成
vO1
2、工作原理
I为三角波
设VOH
VDD，VOL
T 2( RF RON(N) RON(P) )C ln(VDD (VTH VDD )) /(VDD VTH ) 在VTH＝VDD / 2、RF远 大 于RON(N)和RON(P)的 条 件 下 ， T 2RFC ln 3 2.2RFC
二. 非对称式多谐振荡器
振荡周期： T 2RFC ln 3 2.2RFC
1、用于波形变换
例： 已知UI为半波，UI m= 9V， 电路的VT+ =6V， VT-=3V UOH =VDD，试画UO波形。
UI （V）
9 6 3 o
UO
1
o
UO
1
o
VT+ VT-
t
VDD
t
VDD
t
2、用于脉冲整形