數字邏輯電路 fan10-1

第10章脈沖波形的產生與變換

1脈沖信號：指突然變化的電壓或電流。脈沖電路的研究重點：波形分析。數字電路的研究重點：邏輯功能。

獲得脈沖波形的方法主要有兩種：

1．利用脈沖振蕩電路產生；2．是通過整形電路對已有的波形進行整形、變換，使之符合系統(tǒng)的要求。

2以下主要討論幾種常用脈沖波形的產生與變換電路：（功能、特點及其主要應用簡介）

1.RC電路：對矩形波進行微分、積分變換，或作脈沖分壓器；

2.施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；

3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；4.多諧振蕩器：產生矩形脈沖；

5.555定時器。310.1.1

常用脈沖波形及參數10.1脈沖信號與脈沖電路10.1.2

RC電路的應用410.1.1常用脈沖波形及參數1.常見的脈沖波形

脈沖波形是指突變的電流和電壓的波形。

10.1RC電路圖10-1常見的脈沖波形圖2/5/202352.矩形波及其參數圖10-2非周期性和周期性矩形波(a)非周期性(b)周期性數字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。6圖10-3矩形波的主要參數周期性矩形波的周期用T表示，有時也用頻率f表示（f=1/T）。矩形波的另外幾個主要參數：

（1）脈沖幅度Um（2）脈沖寬度tw

（3）上升時間tr

（4）下降時間tf

（5）占空比q=tw/T。通常q用百分比表示，如果q=50%，則稱為對稱方波。710.1.2RC電路的應用可對矩形波進行變換，常用的有微分電路、積分電路和脈沖分壓器。圖10-4微分電路1.微分電路

可將矩形波變換為尖峰波（條件RC＜＜tw）。

由于電路的輸出uO只反映輸入波形uI的突變部分，故稱為微分電路。

82.積分電路

圖10-5積分電路（b）可將矩形波變換為三角波。（條件RC＞＞tw）（c）輸出波形uO的邊沿變差了。（如果RC＜＜tw，即不滿足積分電路的條件）93.脈沖分壓器在模擬電路中，常用電阻分壓器來實現正弦波信號的無失真?zhèn)鬏?。但是，對脈沖信號的傳輸，不能采用簡單的電阻分壓器，因為分布電容的影響，會使輸出波形的邊沿發(fā)生畸變。10圖10-6脈沖分壓器為了實現脈沖信號的無畸變傳輸，需要采用脈沖分壓器。

各種示波器的輸入衰減器采用的就是這種脈沖分壓器。只要滿足條件C1R1=C2R2，則可實現脈沖信號的無畸變傳輸。111.1

用集成門電路構成的施密特觸發(fā)器1.2

集成施密特觸發(fā)器10.2.1施密特觸發(fā)器1.3

施密特觸發(fā)器的應用1210.2.1施密特觸發(fā)器主要用途：把變化緩慢的信號波形變換為邊沿陡峭的矩形波。

特點：

⑴電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉換完全取決于外加觸發(fā)信號。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。⑵電壓傳輸特性特殊，電路有兩個轉換電平（上限觸發(fā)轉換電平UT+和下限觸發(fā)轉換電平UT－）。⑶狀態(tài)翻轉時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。

131.1用集成門電路構成的施密特觸發(fā)器1.電路組成兩個CMOS反相器，兩個分壓電阻。圖10-7用集成門電路構成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）邏輯符號142.工作原理（1）工作過程設CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號uI為三角波。15當uI=0V時，G1截止、G2導通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿足uI1＜UTH，電路就會處于這種狀態(tài)（第一穩(wěn)態(tài)）。當uI上升，使得uI1=UTH時，電路會產生如下正反饋過程：16電路會迅速轉換為G1導通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時的uI值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會改變。17如果uI下降，uI1也會下降。當uI1下降到UTH時，電路又會產生以下的正反饋過程：電路會迅速轉換為G1截止、G2導通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時的uI值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉換電平UT－。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。18（2）工作波形與電壓傳輸特性

施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。圖10-8施密特觸發(fā)器的工作波形及電壓傳輸特性（a）工作波形（b）電壓傳輸特性3.重要參數上限觸發(fā)轉換電平UT+

下限觸發(fā)轉換電平UT－

回差ΔUT=UT+－UT－（通常UT+＞UT－）改變R1和R2的大小可以改變回差ΔUT

19集成施密特觸發(fā)器的UT+和UT－的具體數值可從集成電路手冊中查到。

如CT74132的UT+＝1.7V、UT－＝0.9V，所以，ΔUT＝UT+—UT－＝1.7V—0.9V＝0.8V。

1.2

集成施密特觸發(fā)器1.施密特反相器

TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發(fā)的反相器。下面以CC40106為例說明其功能。

20圖10-9施密特觸發(fā)反相器(a)原理框圖(b)電壓傳輸特性(c)邏輯符號

為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎上，增加了整形級和輸出級。

整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，

輸出級可以提高電路的負載能力。212.施密特觸發(fā)與非門電路

為了對輸入波形進行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發(fā)形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發(fā)的與非門電路。

圖10-10施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號221.波形變換將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖10-11波形變換

1.3施密特觸發(fā)器的應用232.脈沖整形在數字系統(tǒng)中，矩形脈沖經傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產生振蕩等。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。

圖10-12脈沖整形

波形畸變邊沿振蕩243．脈沖鑒幅將一系列幅度各異的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會在輸出端產生輸出信號?？梢?，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。

圖10-13脈沖鑒幅25重點:用2級CMOS反相器構成的施密特觸發(fā)器P405