脉冲波形

基本内容

获取矩形脉冲波形的途径不外乎两种：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。

在同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调着整个系统的工作。

此外，在将脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，有时还可能有一些特殊的要求，例如脉冲周期和幅度的稳定性等。这时还需要增加一些相应的能参数来说明。

施密特触发器

两个重要特点：

第一，输人信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输人信号从高电平下降过程中对应的输人转换电平不同。

第二，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。

利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。

门电路组成

将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻将输出端的电压反馈到输人端。

V_T+为正向阈值电压

V_T-为负向阈值电压

回差电压ΔV_T

第一个为同相输出的施密特触发特效，后者为反向输出的施密特触发特效。

通过改变R₁和R₂的比值可以调节V_T+、V_T-和回差电压的大小。但R₁必须小于R₂，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。

施密特触发器的应用

用于波形变换

利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。

用于脉冲整形

用于脉冲鉴幅

单稳态触发器

单稳态触发器( Monostable Multivibrator, 又称One-shot) 的工作特性具有如下的显著特点：

第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；

第二，在外界触发脉冲作用下, 能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；

第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。

由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等。

门电路组成

单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。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），又将单稳态触发器分为微分型和积分型两种。

微分型

根据对RC电路过渡过程的分析可知，在电容充、放电过程中，电容上的电压v_c从充、放电开始到变化至某一数值V_TH所经过的时间可以用下式计算

计算可得

输出脉冲的幅度

恢复时间

分辨时间t_d是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔，故有

微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。

积分型

用TTL与非门和反相器以及RC积分电路组成的积分型单稳态触发器。为了保证v_o1为低电平时v_A在V_TH以下，R的阻值不能取得很大。这个电路用正脉冲触发。

计算可得

输出脉冲的幅度

恢复时间

与微分型单稳态触发器相比，积分型单稳态触发器具有抗干扰能力较强的优点。因为数字电路中的噪声多为尖峰脉冲的形式（即幅度较大而宽度极窄的脉冲），而积分型单稳态触发器在这种噪声作用下不会输出足够宽度的脉冲。

积分型单稳态触发器的缺点是输出波形的边沿比较差，这是由于电路的状态转换过程中没有正反馈作用的缘故。此外，这种积分型单稳态触发器必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲宽度时方能正常工作。

多谐振荡器

多谐振荡器(AstableMultivibrator)是一-种自激振荡器。

对称式多谐振荡器

下图所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由两个反相器G₁、G₂经耦合电容C₁、C₂连接起来的正反馈振荡回路。

输入电压

这就是从外电路求得的v_o与v_I的关系。该式表明，v_o与v_I之间是线性关系，其斜率为

而且v_O=0时与横轴相交处的v_I值为

这条直线与电压传输特性的交点就是反相器的静态工作点。

总的振荡周期必为T的两倍。

上式中

施密特触发器组成多谐振荡器

施密特触发器最突出的特点是它的电压传输特性有一个滞回区。使它的输人电压在V_T+与V_T-之间不停地往复变化，那么在输出端就可以得到矩形脉冲波了。只要将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回输人端即可，如下图所示。

振荡周期公式

通过调节R和C的大小，即可改变振荡周期。

在上图中的电路中，因为电容的充电和放电分别经过两个电阻R₂和R₁所以只要改变R₁和R₂的比值，就能改变占空比。

555定时器及其应用

555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

功能表

为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4。555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。

如果使v_C1和v_C2的低电平信号发生在输人电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性；如果在v_I2加入一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在v_C1输人端自动产生一个低电平信号，就可以得到单稳态触发器；如果能使v_C1和v_C2的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。

555组成施密特触发器

将555定时器的v_I1和v_I2两个输入端连在一起作为信号输人端，如下图所示，即可得到施密特触发器。

回差电压

如果参考电压由外接的电压V_CO供给，则不难看出这时V_T+= V_CO，V_T- =1/2V_CO，ΔV_T=1/2V_CO。通过改变Vco值可以调节回差电压的大小。

555组成单稳态触发器

若以555定时器的v_I2端作为触发信号的输人端，并将由T_D和R组成的反相器输出电压v_OD接至v_I1端，同时在v_I1对地接人电容C，就构成了如下图所示的单稳态触发器。

输出脉冲的宽度t_W等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。

555组成多谐振荡器

只要将555定时器的v_I1和v_I2连在一起接成施密特触发器，然后再将V_O经RC积分电路接回输入端就可以了。

电容C的充电时间T₁和放电时间T₂各为

振荡周期

频率

通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

占空比

C的充电时间

放电时间

占空比

振荡周期