波形產(chǎn)生整形變換電路課件

波形產(chǎn)生、整形和變換電路３.４.１施密特觸發(fā)器及應(yīng)用1.施密特觸發(fā)器的觸發(fā)特性

施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。邏輯符號(hào)施密特發(fā)器有反相傳輸和同相傳輸兩種電路。

施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性下限閾值電壓上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：ΔUT＝

UT＋－UT－缺點(diǎn)是回差太小，且不能調(diào)整。

回差，是指當(dāng)輸入電壓Ui由低變高時(shí)的閥值電壓UT+和輸入電壓由高變低時(shí)的閥值電壓UT-是不相同的，我們定義⊿UT稱為回差。

施密特觸發(fā)器的輸入輸出電壓波形（1）施密特觸發(fā)器輸出有兩種狀態(tài)；

（2）施密特觸發(fā)器采用電平觸發(fā)即輸入電壓上升時(shí)，即使上升很緩慢，只要輸入電壓上升到某一閥值電壓(UT+或UT-)時(shí)，電路的輸出狀態(tài)就發(fā)生轉(zhuǎn)換

；（3）對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閥值電平（UT+和UT-）。集成施密特觸發(fā)器在集成電路手冊(cè)中被歸類在門(mén)電路中手冊(cè)中還可以查到74LS13它是四二輸入施密特觸發(fā)與非門(mén)，這些集成施密特觸發(fā)器的回差是不可調(diào)的。2

施密特觸發(fā)器的具體電路由門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

CMOS門(mén)電路，其閥值電壓為1/2VDD。電路中要求R1＜R2電原理圖

邏輯符號(hào)

G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI由門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

（1）

當(dāng)vI=0時(shí)，vO1≈

VDD，

vO

≈

0V，

vI＇≈0V；（2）當(dāng)vI升高時(shí)，vI’也升高。當(dāng)vI’達(dá)到1/2VDD時(shí)，G1、G2輸出狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的vI值稱為VT+。（3）當(dāng)vI大于VT+時(shí)，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：vO1≈0V，vO

≈VDD

。

0100＞VT+＞1/2VDD→0→1↑↑100G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI（4）當(dāng)vI由高變低時(shí)，vI

’也由高變低。當(dāng)vI’≤1/2VDD時(shí)，電路又將發(fā)生轉(zhuǎn)換。此時(shí)對(duì)應(yīng)的vI稱為VT－。（5）當(dāng)vI小于VT－時(shí)，電路轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)態(tài)：vO1=≈VDD，vO

≈

0V。

01↓↓→1→0＜VT－＜1/2VDD

工作波形vIVT+VT－0t0tvO10tvOvIvO1vIvO所以⊿UT＝UT+-UT-＝由此可知，調(diào)節(jié)R1、R2可以調(diào)節(jié)回差，但必須保證R1＜R2否則電路不能正常工作。

由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器555定時(shí)器是一多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，555最大的優(yōu)點(diǎn)是電源電壓范圍大，為4.5V～18V，可以和TTL和CMOS兼容，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電流大約為200mA,可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載喇叭。手冊(cè)上可查到的555的常用型號(hào)有NE555，5G555，至于555的內(nèi)部電路，讀者可參閱有關(guān)資料。電路圖

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用Ui0t0UotT+UT-U波形變換

0Uit0UotT+UT-U波形整形(取⊿UT較大些)

0Uit0UotUT-T+U鑒幅(取⊿UT盡量小些)

施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。３.４.2多諧振蕩器及應(yīng)用

多諧振蕩器就是方波發(fā)生器。由于方波中除基波外還包含了許多高次諧波，因此，又稱為多諧振蕩器。

多諧振蕩器不需要外加信號(hào)，只要一上電就會(huì)產(chǎn)生方波信號(hào)。1.由CMOS施密特非門(mén)組成的多諧振蕩器電路圖工作過(guò)程分析：1.當(dāng)剛加電源時(shí)，由于電容C還沒(méi)有來(lái)得及充上電荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD。

0UDD2.UOH通過(guò)R向C充電，當(dāng)充電充到UC＝UT＋時(shí)，電路輸出發(fā)生轉(zhuǎn)換，UO由UOH變成UOL＝0V。

UT＋0V3.電容上的電壓UC＝UT＋，又要通過(guò)R向UOL放電，當(dāng)電容上的電壓放到UT-時(shí)，電路的輸出狀態(tài)又發(fā)生轉(zhuǎn)換。

UT-UDD如上所述，周而復(fù)始，形成振蕩，振蕩時(shí)UC和Uo的波形如圖所示：

1CUcUoR2R1通過(guò)調(diào)節(jié)R、C的值，可調(diào)節(jié)振蕩頻率f

在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上利用二極管的單向?qū)щ娦阅埽筊C電路充放電的RC時(shí)間常數(shù)不一致，就可得到可改變輸出波形占空比的多諧振蕩器。當(dāng)剛加電源時(shí)，由于電容C還沒(méi)有來(lái)得及充上電荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD，UOH通過(guò)R1向C充電，當(dāng)充電充到UC＝UT＋時(shí)，電路輸出發(fā)生轉(zhuǎn)換，UO由UOH變成UOL＝0V。電容上的電壓UC＝UT＋，又要通過(guò)R2向UOL放電，當(dāng)電容上的電壓放到UT-時(shí)，電路的輸出狀態(tài)又發(fā)生轉(zhuǎn)換。

充電放電2.由555組成的施密特電路組成的多諧振蕩器RC55512345678UU(U=U)Ui0.1uRcDD010202U011.先由555組成施密特電路

2.電路的輸出端U02經(jīng)RC電路接回輸入端即可

多諧振蕩器的頻率：

Rd由于555第4腳為清0輸入，因此控制Rd可控制電路振蕩和停振。

電路組成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（1）設(shè)電路的初態(tài)為vO1=1,vO2=0，這種狀態(tài)下不可能持久維持；1001（2）通過(guò)vO1→R→C→vO2向C充電，使vI1不斷上升；（3）當(dāng)vI1＞VT時(shí)，G1輸出低電平，G2輸出高電平，即vO1=0，

vO2=1。3.由CMOS非門(mén)加RC電路組成的多諧振蕩器

工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4）vO1=0，

vO2=1這個(gè)狀態(tài)也不能持久；1001（5）通過(guò)vO2→C→R→vO1對(duì)電容C反向充電，vI1逐步減少；（6）當(dāng)vI1＜VT時(shí)，G1輸出高電平，G2輸出低電平，即又回到vO1=1，vO2=0的狀態(tài)。（7）通過(guò)電容器的充放電產(chǎn)生方波，振蕩的周期T≈2.2RC。

tvO10tvO20vIt0電路的工作波形：11G2G1RCvO1vO2vI1當(dāng)Vo1向C充電使vI1=時(shí)Vo2狀態(tài)發(fā)生改變，由低電平變?yōu)楦唠娖絍DD，由于電容兩邊電壓不能突變，它的電壓改變只能通過(guò)充放電電荷的累積形成，Vo2由0變?yōu)閂DD，則Vi1也由變?yōu)?VDD，保持Uc=。Vo2向C反向充電時(shí)同樣會(huì)使Vi1由變?yōu)?。4.石英晶體多諧振蕩器前面介紹的多諧振蕩器的頻率穩(wěn)定性較差，當(dāng)電源電壓波動(dòng)、溫度變化、RC參數(shù)的變化都會(huì)使頻率變化。

石英晶體多諧振蕩器是頻率十分穩(wěn)定的振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度⊿f0/f0可達(dá)10-10，用在對(duì)頻率的穩(wěn)定性要求比較高，如時(shí)鐘秒信號(hào)的頻率源中。

11680P30P32768HZ10MG1G2Uo常見(jiàn)的時(shí)鐘秒信號(hào)源晶體振蕩器

石英晶體符號(hào)

石英晶體的固有諧振頻率石英振蕩器的頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率，而與外接的電阻、電容無(wú)關(guān)，因此它的頻率穩(wěn)定。5.壓控振蕩器壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator)簡(jiǎn)稱VOC

振蕩器的頻率受一個(gè)輸入電壓的控制

廣泛用于自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制及通信電路中

３.４.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用有兩種狀態(tài)：0態(tài)和1態(tài)，但只有一種狀態(tài)能長(zhǎng)久保持，故名單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

例子——樓道燈控制系統(tǒng)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：

（1）電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。（2）平時(shí)處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)；

（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí)間后自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。1.由CMOS與非門(mén)組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖：穩(wěn)態(tài)：

在無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)電路處于穩(wěn)態(tài)，由于UR＝0，

01Qn

＝1

這樣G1的二個(gè)輸入均為1

=0即穩(wěn)態(tài)為Qn＝1，Qn＝011010穩(wěn)態(tài)時(shí)URi＝1，當(dāng)Ui下降邊到達(dá)時(shí)，微分電路輸出一個(gè)負(fù)脈沖被加到URi，使URi由1變?yōu)?，Qn由0變?yōu)?，這個(gè)變化通過(guò)C被加到UR上，使UR由0變?yōu)?，使Qn變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)即Qn＝0，Qn＝1。

01nnQQ&&UiURRG1G2DDi1010放電UR的高電平要通過(guò)RC放電而逐漸變低，當(dāng)UR下降到CMOS與非門(mén)轉(zhuǎn)換的閥值電壓時(shí)，Qn由0變?yōu)?，電路又回到穩(wěn)態(tài)。

暫穩(wěn)態(tài)不會(huì)持久：QQiURUtwRUiUDD12電路工作波形：只有負(fù)脈沖才能觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw可用RC電路的暫穩(wěn)態(tài)過(guò)程三要素公式求出tw≈0.7RC。2.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分類：不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型1UUi0UUi0t0Uit0Uowtwtwtt0Uit0Uowtwt單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加觸發(fā)脈沖，不會(huì)影響電路的工作過(guò)程，只有等到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束之后，才可能被下一個(gè)脈沖觸發(fā)。

可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)電路被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，在暫穩(wěn)態(tài)沒(méi)有結(jié)束之前，再加觸發(fā)脈沖，電路又一次被觸發(fā)，電路從第二次觸發(fā)起要再維持一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw。

3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

整形把脈寬不一致的波形變成脈寬一致的波形。單穩(wěn)vOvItt00vOvI

定時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出為tw可調(diào)的矩形波，因此可用在tw時(shí)間內(nèi)去控制某種功能產(chǎn)生或不產(chǎn)生。UC0.1uFUURRUDDCC010255512345678RDUi1受Rd控制的由555組成的多諧振蕩器將不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接入Rd，來(lái)控制多諧振蕩器在規(guī)定的時(shí)間（tw）內(nèi)產(chǎn)生聲音。

延時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一經(jīng)觸發(fā)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw≈0.7RC

，調(diào)節(jié)R、C可產(chǎn)生比觸發(fā)脈沖時(shí)間長(zhǎng)很多的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw。把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出。延時(shí)功能典型的例子就是我們前面提到的樓道燈延時(shí)開(kāi)關(guān)電路，下面是它的電路組成及工作過(guò)程簡(jiǎn)述。電容降