第九章 脉冲波形的产生与变换
脉冲波形的获取：
1）利用脉冲信号产生器直接产生；
2）对已有的信号进行变换，使之满足系统的要
求。
1、场效应晶体管中的电流是一种载流子的运动，
所以 MOS电路属于单极型电路。
2、采用 MOS管的逻辑集成电路：
1） P沟道增强型管构成的 PMOS电路；
2） N沟道增强型管构成的 NMOS电路；
3）采用 PMOS和 NMOS管两种互补管构成的 CMOS
（又称互补 MOS）电路。
3,MOS管有三个电极：源极 S、漏极 D
和栅极 G。它是电压控制元件。
4、一般 N沟道增强型 MOSFET的开启电压 VT值
为正值,P沟道的 VT值为负值。
5、对于增强型 MOS场效应管,NMOS的栅源开启
电压（门坎电压） Vth为正值,VGS>0； PMOS管
的栅源开启电压是负值,VGS<0，其数值范围在
2~5V之间。为了使电路能正常工作，要求电源
电压 VDD>（ VthN+|VthP|)。 VDD可在 3~18V之间
工作，其适用范围较宽。
6,CMOS反向器的工作原理：
§ 9.1 多谐振荡器
一、门电路组成的多谐振荡器：
1、电路组成及工作原理：
1）组成：开关器件；反馈网络；延迟环节。
2）原理：
2、振荡周期的计算：
第一暂稳态：
第二暂稳态：
多谐振荡器原理图
二, 石英晶体振荡器：
为了得到频率稳定性很高的脉冲波形, 多采
用由石英晶体组成的石英晶体振荡器 。
1,符号及频率特性：
2,各元件的作用：
R：使反相器工作在线性放大区, 取值,TTL门电路,
0.7~2k；对 CMOS门则常在 10~100M之间； C1用于两个
反相器间的耦合； C2：抵制高次谐波, 以保证稳定的
频率输出, C2选择：使 RC2并联在 fs处产生极点, 减少
谐振信号损失 。
§ 9.2 单稳态触发器
单稳态触发器的特点：
1）电路有一个稳态、一个暂稳态；
2）在外来触发器信号作用下，电路由稳态翻转
到暂稳态； 3）暂稳态是一个不有长久保持的
状态，由于电路中 RC延时环节的作用，经过一
段时间后，电路会自动返回到稳态。
1）组成：
2）原理,A、没有触发信号时，电路处于一种
稳态； B、外加触发信号，电路由稳态翻转到暂
稳态； C、电容充电，电路由暂稳态自动返回至
稳态。
1、电路组成及工作原理：
一、门电路组成的微分型单稳态触
发器：
rew ttT ?
? 11
m in
2、主要参数的计算：
1）输出脉冲宽度 tw(暂稳态的维持时间）：
2）恢复时间 tre=3?d,?d为放电时间常数。
3）最高工作频率 fmax=
最小时间间隔。
3、讨论：
1）为保护（ MOSI），在 CMOS器件内加有二极
管。
2）为避免 VI的脉冲宽度 tpi>tw时,V02的输出
边沿变缓，可在其输入端加入微分电路。
二、集成单稳态触发器：
1、分类：可重复触发；不可重复触发。
2、不可重复触发器的集成单稳态触发器 74121。
1）逻辑图。
Q
2）电路组成及工作原理：
a)组成：电路由触发信号控制电路，微
分型单稳态触发器及输出缓冲电路组成。
b)功能表：
c)主要特性：
1）电路在输入信号 A1,A2,B的所有静态组
合下均处于稳态 Q=0,=1。
2）有两种边沿触发方式。输入 A1或 A2是下降
沿触发，输入 B是上升沿触发。从功能表可见，
当 A1,A2或 B中的任一端输入相应的触发脉冲，
则在 Q端可以输出一个正向定时脉冲,端输
出一个负向脉冲。
3） 74121一经触发进入暂稳态，就不再
受 A1,A2或 B跳变的影响，暂稳态的定时仅取决
于定时电阻 R和 C的数值，因此,74121是一个不
可重复触发的单稳态触发器。
3、可重复触发集成单稳态触发器以 CMOS集
成器件 MC14528为例。
1）逻辑图和引脚图：
2）工作原理：
三、单稳态触发器的应用：
1、定时：由于单稳态触发器能产生一定
宽度 tw的矩形输出脉冲，如利用这个矩形
脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在 tw时间
内动作（或不动作）。
2、延时：
3、多谐振荡器：
4、噪声消除电路（宽鉴别电路）：
§ 9.3施密特触发器
施密特触发器也是一种常用的脉冲波形变
换电路，可以将正弦波或其它不规则波形变换成矩
形波。
一、门电路组成的施密特触发器
1、电路图和图形符号：
2、工作原理：假定 CMOS反相器的阈值电压
Vth?VDD/2，且两管参数完全对称,R1<R2，
VI为三角波。
3、门限电压（阈值电压）：
二、集成施密特触发器：
三、施密特触发器的应用：
1、波形的整形及变换，利用回差电压的选
择来控制波形。
2、幅度鉴别：
3、多谐振荡器：
§ 9.4 555定时器及其应用
一、基本知识：
1,555定时器是一种应用极为广泛的中规模集
成电路。
2,555定时器的应用,1）灵活、方便； 2）可
构成单稳态触发器，多谐振荡器和施密特触发器；
3）用于信号的产生、变换、控制与检测； 4）电
源电压很亮，可承受较大的负载电流。
3,555定时器的分类：
双极型：具有较大的驱动能力，电源电压范
围为 5~16V，最大负载电流可达 200mA；
CMOS型：具有低功耗、输入阻抗高，电源电
压范围为 3~18V，最大负载电流在 4mA以下。
二,555定时器：
1、比较器基本知识复习：
1）比较器：是一种用来比较输入信号 VI和参
考电压 VREF并将比较结果输出的电路。
2）电路图、传输特性：
3）当 VID=VI–VREF<0时，运放处于负饱和状
态,VO=VOL,VID>0时，运放立即转入正饱和
状态,VO=VOL；反相输入端正好相反。 VI=
VREF微小减小时即 VOH ? VOL，微小增加时，
VOL ?VOH。
4）门限电压（平）（阈值电压） Vth:比较器
输出电压 VO从一个电平跳变到另一个电平时，
相应的输入电压值 VI称为门限电压。
2、组成：
由 3个阻值为 5k?的电阻组成的分压器、
两个比较器 C1和 C2基本 RS触发器。
放电 BJT以及缓冲器 G组成，集成电路有 8个引
脚 ;1—地,2—触发输入,3—输出,4—RD复位，
5—控制电压,6—阈值输入,7—放电端,8—
VCC电源。
3、工作原理：
1）原理图：
2）功能表：（分析原理图得到功能表）
三、定时器应用举例：
1、单稳态触发器：
1）电路图
工作波形
2、多谐振荡器
将 555定时器的阈值输入端和触发输入端连在一
起, 便构成了施密特触发器 。
如将图中 5脚外接控制电压 VIC,改变 VIC的大小,，
可以调节回差电压的范围 。 如果在 555定时器的
放电 BJT输出端 （ 7脚 ） 外接一电阻, 并与另一电
源 VCC1相连, 则由 VO2输出的信号可实现电平转换 。
3、施密特触发器
用卡诺图画简下列函数为最简与 --或式
)7,5,2,1,0(),,()1( ??CBAF
)14,12,10,8,7,6,3,2(),,,()2( ??DCBAF
)15,14,9,8,5,4,3,2(),,,()3( ??DCBAF
BDACBCABAF ????)4(
)()5( DCBA B DBAF ???
)12,10,9,8()15,14,13,6,5,4(),,,()6( dDCBAF ????
ACBACAF ???)1(
CADAF ??)2(
CBAF ???)3(
))(()4( DCBBAF ????
DCBADBBAF ???)5(
DBABCBF ???)6(
