第6章脉冲信号的产生与整形.ppt

第6章脉冲信号的产生与整形在时序逻辑电路中，为了控制各触发器同步协调一致的工作，通常需要一个稳定精确的时钟脉冲信号。获得这种脉冲信号的方法有两种，一种是通过多谐振荡器直接产生脉冲信号；另一种是通过脉冲整形电路如单稳态触发器、施密特触发器等，将已有的波形进行整形，获得稳定、精确、规则的矩形时钟脉冲。
在脉冲信号产生、整形电路中，常采用555时基集成电路，只要在其外部配接少量阻容元件就可构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器。本章将重点介绍555时基集成电路的应用。
6.1多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，无需外加输入信号，其状态转换完全由电路自行完成，电源接通后就可自动的产生矩形脉冲。产生的矩形脉冲含有丰富的高次谐波分量，因此习惯上称其为多谐振荡器。多谐振荡器不存在稳定状态，只有两个暂稳态，故又称无稳态电路。6.1.1由门电路构成的多谐振荡器2.带RC延迟电路的环形振荡器
在两个反相器之间插入RC延时电路实现的。利用电容C的充放电，实现延时并改变输出电平，形成电路两暂稳态的交替变换，产生矩形脉冲信号。加入RC电路，既降低了振荡频率，又可通过改变R、C的数值来实现对振荡频率的调节。图中RS为限流电阻。6.1.2CMOS多谐振荡器当t1时刻到来时，uo由0跳变为1，由于电容C上的电压不能跃变，故ui1跟随uo发生正跳变，瞬间达到阈值电压UT，使得ui2由1变到0。这个低电平也保证了G2的输出uo稳定为1。此时电路进入第一暂稳态。在此期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降，在t2时刻达到阈值电压，产生如下正反馈：
工作波形图6.1.3石英晶体多谐振荡器石英晶体有一个极为稳定的谐振频率f0，如图所示，当频率为f0时晶体自身的阻抗最小，频率为f0的信号最容易通过，并在电路中形成最强的正反馈。而对于其他频率的信号均会被石英晶体衰减，使得正反馈大大减弱而不足以形成振荡。石英晶体的谐振频率是晶体本身的固有特性，由晶体的结晶方向和外形尺寸所决定，而与外接电容、电阻等无关，因此精度极高。6.1.4集成多谐振荡器及其应用uTH参数2.555定时器实现多谐振荡器R1、R2和C是外接定时元件，2端（低电平触发端）和6端（高电平触发端）并联起来接uC，7端（放电端）接到R1和R2之间。5端通过电容接地，旁路高频干扰。（1）第一暂稳态。电源接通后，VCC通过R1、R2对C充电，随着电容C上的电量逐渐增加，uC逐渐上升。经过t1时间后，uC上升至2/3VCC，比较器C1输出跳变为低电平0，RS触发器翻转为Q=0、Q=1，振荡器输出uo=0。3.占空比可调电路占空比是用来定量描述矩形脉冲特性的一个参数，即脉冲宽度与脉冲周期之比。根据前面的讨论，由于t1总是大于t2，则占空比q=t1/(t1+t2)总是大于0.5，波形不可能对称。这就限制了电路的使用。为解决这一问题，可对电路进行改进。4.多谐振荡器应用举例
（1）秒脉冲信号发生器石英晶体多谐振荡器振荡频率稳定可靠，常被用来作为时钟脉冲信号发生器。由多谐振荡器输出频率为f=32768Hz的基准信号，经由触发器构成的15级异步计数器分频后，得到稳定性极好的秒脉冲信号，可作为多种计时系统的基准信号源。（2）简易温控报警器利用555多谐振荡器可以构成音频振荡电路，通过控制扬声器发声报警，实现监测火警或水温等用途的温控报警器。调节R3可以调节设定控温点，调节R1、R2和C可以调节振荡器频率以改变扬声器音调。6.2施密特触发器6.2.1由门电路构成的施密特触发器当输入ui为0V时，G1截止、G2导通，输出uo为0V，输出波形为低电平，如图6.16所示。当输入电压ui逐渐上升到正向阈值电压UT+时，ui1也随着升至CMOS反相器的阈值电压UTH，电路将发生如下正反馈：ui↑→ui1↑→uo1↓→uo↑
1.由基本RS触发器构成的施密特触发器设图中门电路的阈值电压均为1.4V，二极管VD的导通电压为0.7V。使电路由第一稳态翻转到第二稳态的输入电压，称作正向阈值电压UT+，显然，UT+=1.4V；使电路由第二稳态翻转到第一稳态的输入电压称作负向阈值电压UT－，显然，UT－=0.7V。
施密特触发器的正向阈值电压UT+和负向阈值电压UT－的差，称作回差电压，用ΔUT表示，显然ΔUT=UT+－UT－=0.7V。
回差电压ΔUT产生的主要原因是在触发器的输入端串入了转移电平二极管VD，因此，该电路的回差电压等于二极管VD的正向压降。
通过以上分析可知，施密特触发器具有0、1两个稳态，而两个稳态的翻转完全取决于输入电压的大小。只有输入电压ui上升到略大于UT+或下降到略小于UT－时，施密特触发器状态才会翻转，输出边沿陡峭的矩形脉冲。6.2.2集成施密特触发器及其应用两种CMOS集成施密特触发器的引脚排列图TTL集成施密