第六章 脉冲产生与波形转换
1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法(即接成微分电路形 式或积分电路形式),把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1.电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
VO1 C VI2
& G2
VT1
VT2
VT4 VD
VI
R1
VI '
& VO1
G1
1 VO
G2
V'O
假定门电路的阈值电压为VTH,输出的低电平VOL=0,当VI从0逐步 上升至VTH时,由于门G1的另一个输入端的电平VI'仍低于VTH,因此电路
状态并不改变。当VI继续升高,并使VI'=VTH时,门G1由截止转为导通,
而且由于G1、G2间存在着正反馈,所以电路迅速转换为G1导通,G2截 止的状态,使VO=VOH。触发器发生一次翻转,此时对应的输入电平就
是VT+。如果忽略VI'=VTH时,门G1的输入电流,则可得到
VI'=VTH=(VT+ - VT-)
所以
VT+=
R1 + R2 R2
VTH+VD
当输入VI由高电平逐渐下降时,只要降至VI ≤ VTH,门G1由导通转 为截止;门G2由截止转为导通。同时,由于有正反馈的作用,电路迅速 返回VO=VOL的状态。因此,触发器再次发生翻转,VI下降时的转换电平 为VT- =VTH。由此可求出电路的回差电压为:
VO VOH
VOL
O
VT-
VT+
VI
滞后电压传输特性
定性符号
1.用CMOS门电路组成的施密特触发器
R2
VI R1
VO1
VO
VI
VO
VI ' 1 G1
1 G2 V'O
VI
V'O
G1G2为CMOS门,输出VOH=VDD。VTH=1/2VDD
R2
R1 VI=0
VO1
1
1
V
' i
R2 R1 R2
• (VI
ΔVT= VT+ - VT-=
R1 R2
VTH + VD
3.施密特触发器的应用
(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号 变为对应的矩形波输出信号。
(2)幅度鉴别。 (3)脉冲整形。
VVTT++ O
t
VO
O
t
波形变换
ui UTH UTR
o uo
o
脉冲整形
干扰
ui
UTH
t
o
t
uo
t
o
t
幅度鉴别
有些测量装置输出信号经放大后,可能是不规则的波形,如图所示,将它
VT
(1
R1 R2
)VTH
(1
R1 R2
)VTH
2
R1 R2
VTH
我们将VT+与VT- 之差定义为回差电压ΔVT,即: ΔVT= VT+ - VT-
VO
(2R1/R2)VTH
VOH
(2R2/R1)VTH VO
O
VTH
VDD
VI
O
VI
VTH
VDD
同相输出
反相输出
2.用TTL门电路组成的施密特触发器 R2
VI↓→VO1↑→VI2↑→VO2↓
因而加快了电路进入暂稳态的过程
在暂稳态期间,即使输入端的VI负脉冲消失门G1输出VO1也可维持在 高电平。暂稳态是一个不能长期保持的状态。随着C的充电VI2的电位 会逐渐下降,暂稳态期间的充电回路是经电容C、电阻R到地,充电时 间常数τ1 = RC(忽略与非门输出电阻)按指数曲线下降,当VI2下降到 门坎电平VT=1.4V时,产生正反馈过程(注意:此时VI输入端的负脉冲 必须消失):
1.特触发器属于电平触发,缓慢变化的信号也可作触发输入信号,当 输入信号达到某一特定的阈值,输出电平会发生突变,即施密特触发器 会从一个稳态转换到另一个稳态。
2.对于正向和负向增长的输入信号,电路有不同的阈值电平VT+和 VT-,也就是引起输出电平突变的输入电平不同 ,即滞后电压传输特性,
此特性又称回差特性。
第六 章 脉冲波形的产生和整形
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路,在性能上有两个特点:
接在施密特电路的输入端,如果电路的回差较小,为如图中V10所示电路的 回差为ΔV= VT+ - V1T-时,输出波形如图所示。若输入波形顶部的脉动是由 干扰造成的,则会产生不良的后果,输出信号就变成了三个脉冲。若适当的 增加电路的回差,即ΔV= VT+ - V2T-,输出波形为图V20所示,实现了整形 作用,因此在这种情况下,适当的增加回差,可以提高电路的抗干扰能力。
当VI继续下降达到VI'≤VT时,门G1截止 ,门G2导通,输出VO=0,电路 又一次翻转。此时,VI' 称为施密特触发器的下限转换电平VT-,也称为 负向阈值电压。
(VDD
vI )
R1 R1 R2
vI
≤VT
可求得
VT-பைடு நூலகம்=
R1 R2 R2
VT
R1 R2
VDD
(1
R1 R2
)VTH
可知:
VT
VI
VVT1+T-
t
V2T-
O
V1O
O V2O
O
t t
脉冲整形
第三节.单稳态触发器
单稳态触发器是数字系统中又一种常用的脉冲整形电路。它的特点是: 只有一个稳态,另外还有一个暂稳态。
在单稳态触发器中,在没有外加触发信号作用时,电路始终处于稳态; 只有在外加触发信号的作用下,电路能从稳态转换到暂稳态,经过一段 时间后,又能自动回到稳态。电路处于暂稳态的时间长短通常取决于电 路中电容的充电和放电时间,这个时间是单稳态触发器的输出脉冲宽度 tPO。
VO2
VI2
VT3
R
R
G2 VI1
微分单稳态触发器
2.工作原理 设与非门的电压传输特性很好,TTL与非门的门坎电平VT =1.4V。
VI高电平时,电路和处于稳态:VO1=0,VO2=1(因为R<ROFF,在稳定 状态下,门G2处于截止状态,输出VO2为高电平,此时门G1输入全为高, 因此处于饱和导通状态,输出VO1为低电平。 当输入端VI有负的触发脉冲时,门G1由饱和导通状态转为截止状态, VO1由低变高。由于电容C两端电压不能突变,因此,VI2的正跳变的幅 度几乎与VO1正跳变的幅度相等,这样门G2由截止状态转向饱和导通状 态,VO2由高电平变为低电平,即VO1=1, VO2=0。同时,由于VO2的 低电平接回到G1的输入端,从而导致下面的正反馈过程
VOL )
VOL
VO=VOL V'O
VI'↑→VO1↓→VO↑
当Vi上升到使Vi’=VTH时,电路输出迅速的VO=VOH≈ VDD,此时Vi 就是VT+则可以求出Vi为:
由
' i
VTH
R1
R1 R2
VT
VT+ 称为正向阈值电压
得:
VT
(1
R1 R2
)VTH
反过来,若Vi从高电平缓慢下降,同样存在一个正反馈过程