最新数字电子技术基础电子教案 - 第6章 脉冲波形的产生与变换

第6章 脉冲波形的产生与变换

脉冲波形是数字电路或系统中最常用的信号。脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种是对已有的信号进行变换，使之成为能够满足电路或系统要求的标准的脉冲信号。6.1 多 谐 振 荡 器

多谐振荡器可以产生连续的、周期性的脉冲波形。它是一种自激振荡电路。多谐振荡器有两个暂稳态，没有稳态，工作过程中在两个暂稳态之间按照一定的周期周而复始地依次翻转，从而产生连续的、周期性的脉冲波形。 6.1.1 门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成及工作原理

由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。

① 电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。常用的开关器件有门电路、电压比较器、BJT等。

② 具有合适的反馈网络，将输出电压反馈到开关器件的输入端使之改变输出状态。

③ 有延时环节，以获得所需要的振荡频率。一般情况下，反馈网络兼有延时作用，由阻容元件构成，利用RC电路的充、放电特性实现延时。

由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，图6.1 是一种由CMOS 门电路组成的多谐振荡器。

图6.1 所示电路的原理图和波形图

图6.2CMOS门电路组成的多谐振荡器的原理图和波形图 （1） 第一暂稳态及电路自动翻转的过程 （2） 第二暂稳态及电路自动翻转的过程 2.振荡周期的计算 （1） T1的计算 （2） T2的计算

6.1.2 石英晶体多谐振荡器

为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，石英晶体的电路符号和阻抗频率特性如图6.3所示。

图6.3 石英晶体的电路符号及阻抗频率特性

由阻抗频率特性曲线可知，石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率fS，且等效品质因数Q值很高。当频率等于fS时，石英晶体的电抗为0，而当频率偏离fS时，石英晶体的电抗急剧增大，因此，在串联谐振电路中，只有频率为fS的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。

fP 是石英晶体的并联谐振频率 。

石英晶体的串联谐振频率fS和并联谐振频率fP仅仅取决于石英晶体的几何尺寸，通过加工成不同尺寸的晶片，即可得到不同频率的石英晶体，并且串联谐振频率fS和并联谐振频率fP的值非常接近。

用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。

为了改善输出波形和提高负载能力，一般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器，如图6.4和图6.5所示。

图6.4 串联型石英晶体振荡器 图6.5 并联型石英晶体振荡器 6.1.3 多谐振荡器的应用

多谐振荡器可以产生一定频率、一定幅值的矩形波或者方波，广泛应用于音

响、报警电路或系统的时钟、计时等方面，图6.6所示是一种秒信号产生电路。

图6.6 秒信号产生电路

6.2 单 稳 态 触 发 器

单稳态触发器可以在外部触发信号作用下，输出一个一定宽度、一定幅值的脉冲波形。它具有以下特点。

① 电路有一个稳态和一个暂稳态。

② 没有触发信号时，电路始终处于稳态，在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。

③ 暂稳态是一个不能长久保持的状态，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。暂稳态持续的时间取决于电路中RC的参数。

6.2.1 门电路组成的单稳态触发器 1.微分型单稳态触发器 （1） 电路组成及工作原理

微分型单稳态触发器可由与非门或者或非门电路构成，图6.7 （a）、（b） 分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。