脉冲波形的产生与整形

8.3 单稳态电路
1.输出 脉冲宽度tW
2.恢复时间tre
4.输出脉 冲幅度Um
3.分辨时间td
8.3 单稳态电路
8.3.3 集成单稳态电路
常用单稳态电路有 54/74121，54/74221， 54/74123，CD4098， CD4538等。
集成单稳态电路分为 可重复触发型和不可重复 触发型两种。如图8.3.7 所示，输入给电路的4个 触发脉冲分别作用于两种 单稳态电路。
8.4 多谐振荡电路
2.石英晶体多谐振荡器 前述的各种多谐振荡器由于阻容元件及门电路的阈值电压等随外界条
件（主要是温度）变化较大，其频率稳定性一般很难优于10－3。石英晶体 多谐振荡器具有极高的稳定性，用它作为谐振元件做成的石英晶体多谐振 荡器的频率稳定性可优于10－9。
石英晶体的等效电路如图8.4.7（a）所示，图8.4.7（b）是其电路符 号，图8.4.7（c）是其阻抗频率特性。
因为ui=uo,再经过3个tpd时间,uo自动返回到低电 平,如此循环反复,输出矩形脉冲,产生振荡信号。矩 形脉冲振荡信号波形图如图8.4.2（b）所示，其振荡 周期为T=2×3tpd =6tpd
8.4 多谐振荡电路
图8.4.2 环形多谐振荡器
8.4 多谐振荡电路
8.4.2 对称和谐振荡器
在介绍单稳态电路时，将RS锁存器一侧的反馈回路改为RC微 分电路，如图8.4.4(a)、(b)所示，结果使电路由具有两个稳态 变成了具有一个稳态和一个暂稳态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
本章小结 ➢施密特触发器除了波形变换、脉冲鉴幅、脉冲整形外，还可以改善 输入脉冲的上升沿和下降沿，使脉冲接近理想脉冲信号。施密特触发 器除有反相传输和同相传输两种电路外，还有施密特与非门、施密特 或非门等。 ➢集成定时器电路有TTL构成的电路，也有CMOS构成的电路。除了作 为定时器外，还可作为施密特触发器、单稳态电路和多谐振荡器等。 ➢当需要产生的脉冲信号频率较高，并且频率稳定性较高时，通常采 用石英晶体振荡器。
图8.2.1 施密特触发器的电压传输特性
8.2 集成施密特触发器
2.几种具有施密特触发器特性电路
3）集成7555电路构 成施密特触发器
1）带有正反馈 的运算放大器
2）带有电平偏移的 RS锁存器
8.2 集成施密特触发器
8.2.2 施密特触发器应用举例
1.波形变换
如将一周期性信号变 换为矩形波，如图8.2.7 所示，其输出脉冲宽度 （占空比）可通过改变
ΔUth进行调节，即 ΔUth=U+th－U－th 输出矩形波的幅度由施 密特触发器电路和提供 的直流电压决定。
图8.2.7 波形变换图
8.2 集成施密特触发器
2.信号整形
如果将不规则 的信号波形整形 成矩形脉冲，可 设置U+th和U－th， 大于U+th电压后面 不小于U－th电压 的连续波形为脉 冲的高电平，其 余为低电平，如 图8.2.8所示。
图8.1.1 集成7555电路
8.1 集成7555电路
4.驱动器和放电开关 3.分压器 2.比较器 1.RS锁存器
8.1 集成7555电路
8.1.2 集成7555的工作原理
（1）当 （引脚4）＝L时，反相器G1 输出高电平，所以Q为低电平，OUT（引 脚3）=L，VT管导通。假设D端（引脚7） 通过电阻接到正电源，则D端为低电平。 电路输出低电平称为复位。
(2)当R＝H时，电路有三种工作状态。
8.2 集成施密特触发器
8.2.1 集成施密特触发器的工作原理
1.施密特触发器的特点
（1）输入电平的阈值电压由低到高为U+th，由高到低为U－th，且U+th＞U－th， 输出的变化滞后于输入，形成回环。
（2）施密特触发器属于电平触发型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。
8.3 单稳态电路
3.返回稳态
（1）只有一个稳态，另 有一个暂稳态。
（2）何时翻转到暂稳 态取决于输入信号A。
（3）何时翻转回稳态 取决于电路参数R与C。
8.3 单稳态电路
8.3.2 单稳态电路工作原理
1.稳态
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3.返回稳态
2.触发翻转
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8.3 单稳态电路
8.3.2 4538的功能表
图8.3.9 集成电路4538
8.3 单稳态电路
8.3.4 单稳态电路应用举例
1.定时
侧浇口一般开设在模具的分型面上，根据塑件的成型特点灵活地 选择塑件的某个边缘进料，其截面形状多为矩形，改变浇口的宽度与 厚度可以调节熔体充模时的剪切速率和浇口凝固时间。
图8.4.7 石英晶体多谐振荡器特性
8.4 多谐振荡电路
3.用7555构成多谐振荡器 由7555构成的自激多谐振荡器如图8.4.9(a)所示。工作波形如图
8.4.9（b）所示。
图8.4.9 由7555构成的自激多谐振荡器
8.4 多谐振荡电路
4.用7555电路构成锯齿波发生器 锯齿波发生器是产生锯齿波的电路。锯齿波信号在示波器、电视
多谐振荡器是将电源 提供的能量转换成按一 定幅值和一定频率变化 的矩形振荡信号的自激 振荡电路，这里的振荡 信号常称为脉冲信号。
8.4 多谐振荡电路
8.4.1 环形多谐振荡器
图8.4.2（a）是一个利用门电路传输延迟时间， 将门电路输出、输入首尾相连的三个非门构成的环形 多谐振荡器。
设反相器的平均延迟时间为tpd。当ui由于某种原 因产生负跳变，经最左边的非门传输延迟第1个tpd时 间后，使uo1产生正跳变。再经中间的非门传输延迟 第2个tpd时间后，使uo2产生负跳变。最后经最右边的 非门传输延迟第3个tpd时间后，使uo产生正跳变。
机、显示器和自动控制等方面都有着广泛的应用。用7555构成的锯 齿波发生器如图8.4.10(a)所示,图8.4.10(b)为工作波形图。
图8.4.10 用7555构成的锯齿波发生器
第8章 脉冲波形的产生与整形
本章小结
➢能自动产生矩形波的电路是脉冲信号电路，如环形振荡器、对称和 非对称多谐振荡器、集成7555电路等，将其他周期信号转变为矩形脉 冲信号可通过脉冲整形电路，如单稳态电路和施密特触发器等。某些 情况下，脉冲整形电路也可设计成脉冲产生电路。 ➢RS锁存器、单稳态电路和多谐振荡器具有相似的电路形式，只是反 馈电路有所不同。RS锁存器输出是直接反馈到门电路的输入端，单稳 态电路一侧直接反馈，而将另一侧改为带有电容的反馈网络，多谐振 荡器的双侧均改为带有电容的反馈网络。 ➢RS锁存器的输出具有两个稳态，单稳态电路输出具有一个稳态，而 多谐振荡器没有稳态。 ➢单稳态电路和多谐振荡器中暂稳态过程的长短取决于电路的时间常 数，暂稳态时间通常是由其自身电路参数决定的，不需要外部施加影 响。单稳态电路分为非重复触发型和可重复触发型两种，两者的主要 区别是在暂稳态时触发信号出现对非重复触发的单稳态电路不能继续 触发，而重复触发的单稳态电路可连续触发。
图8.3.8 集成电路74221
8.3 单稳态电路
8.3.1 74221的功能表
8.3 单稳态电路
2.CMOS双单稳态电路4538
4538是可重复触发的单稳态电路，其功能图如图 8.3.9(a)所示，图8.3.9(b)是电阻与电容的接法。Rx 的最小值为5kΩ，Cx的最小值为0。输出脉宽为 tW=0.7RxCx。表8.3.2是4538的功能表。A和B是带施 密特电路的触发输入端，其波形没有限制。
第8章 脉冲波形的产生与整形
8.1集成7555电路 8.2集成施密特触发器 8.3单稳态电路 8.4多谐振荡电路
8.1 集成7555电路
8.1.1 集成7555 CMOS电路结构
（集成7555电路由RS锁存器、比较器、分压器和放电开关四部分 组成，电路原理图如图8.1.1(a)所示，图8.1.1(b)为引脚排列图,表 8.1.1为引脚功能说明。
如果将另一侧做同样改变，就变成了图8.4.4(c)所示电路。
图8.4.4 几种电路的比较
8.4 多谐振荡电路
8.4.3 其他类型多谐振荡器
1.用施密特触发器构成多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器如图8.4.6所示，将施密特触发器的输 出端接一电阻R，返回到输入端，再接一电容C到地。
图8.4.6 施密特触发器
信号整形
8.3 单稳态电路
3.幅度鉴别 施密特触发器也可用作幅度鉴别，如图8.2.9所示。
图8.2.9 幅度鉴别
8.3 单稳态电路
8.3.1 RC积分与微分电路
适当选取RC电路的时间常数，利用电容极板间的储能变化可实现信 号的积分与微分。
RC积分电路如图8.3.1所示。
图8.3.1 RC积分电路
图8.3.10 单稳态电路用于定时
8.3 单稳态电路
2.CPU“看门狗”电 路
带有CPU的系统 有时会陷入死循环， 发生“死机”。使用 可重复触发的单稳态 电路，可制成监控器， 俗称“看门狗” （watching dog）， 如用于监控
8.4 多谐振荡电路
图8.3.7 可重复与不可重复 触发型的输出波形
8.3 单稳态电路
1.TTL双单稳态电路74221 74221由两个独立的单稳态电路组成，电路连接图如图8.3.8(a)所示，
功能表如表8.3.1所示。 内部有一个2kΩ的电阻可供使用，接法如图8.3.8（b）所示。若不用
内电阻则需外接，如图8.3.8（c）所示。无论何种接法，暂稳态时间均 为tW=0.7RC