脈沖波形產(chǎn)生和整形

1、第十章第十章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形脈沖波形的產(chǎn)生和整形10.1 概述獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種：獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種：利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖。利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖。通過(guò)整形電路把已有的周期性變化波形，通過(guò)整形電路把已有的周期性變化波形，1. 變換為符合要求的矩形脈沖。變換為符合要求的矩形脈沖。在同步時(shí)序電路中，在同步時(shí)序電路中，時(shí)鐘脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)系統(tǒng)的工作，時(shí)鐘脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)系統(tǒng)的工作，因此時(shí)鐘脈沖的特性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。因此時(shí)鐘脈沖的特性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。但以能夠找到頻率和幅度都符合要求的一種已有但以能夠找到

2、頻率和幅度都符合要求的一種已有電壓信號(hào)為前提。電壓信號(hào)為前提。矩形脈沖的特性：矩形脈沖的特性：m0.9Vm0.5Vm0.1VtftwtTmV脈沖周期脈沖周期T 周期性重復(fù)的脈沖序列中，周期性重復(fù)的脈沖序列中， 兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。脈沖幅度脈沖幅度Vm 脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度脈沖寬度tw 從脈沖前沿到達(dá)從脈沖前沿到達(dá)0.5 Vm起，起， 到脈沖后沿到達(dá)到脈沖后沿到達(dá)0.5 Vm為止的一段時(shí)間。為止的一段時(shí)間。上升時(shí)間上升時(shí)間tr 脈沖上升沿從脈沖上升沿從0.1 Vm上升到上升到0.9 Vm 所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。下降時(shí)間

3、下降時(shí)間tf 脈沖上升沿從脈沖上升沿從0.9 Vm下降到下降到0.1 Vm 所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。占空比占空比q 脈沖寬度與脈沖周期的比值，即脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q = tw /T 。在脈沖整形或產(chǎn)生電路用于具體的數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)還可能有一在脈沖整形或產(chǎn)生電路用于具體的數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)還可能有一些特殊的要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性等，這時(shí)還需要增加些特殊的要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性等，這時(shí)還需要增加一些相應(yīng)的性能參數(shù)來(lái)說(shuō)明。一些相應(yīng)的性能參數(shù)來(lái)說(shuō)明。二、施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。利用這兩個(gè)特點(diǎn)

4、利用這兩個(gè)特點(diǎn)不僅能將邊沿變化緩慢的信號(hào)波形整不僅能將邊沿變化緩慢的信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波，形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地消除。高、低電平上的噪聲有效地消除。它在性能上有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：它在性能上有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：輸入信號(hào)從低電平上升的過(guò)程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)輸入信號(hào)從低電平上升的過(guò)程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過(guò)程對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過(guò)程中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。1. 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)電路內(nèi)部的正反饋過(guò)程在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)電路內(nèi)部的正反饋過(guò)程使輸

5、出電壓波形的邊沿變得很陡。使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。10.2 施密特觸發(fā)器（常用的一類(lèi)脈沖整形電路）施密特觸發(fā)器（常用的一類(lèi)脈沖整形電路）10.2.1 用門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器用門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器THTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211同向的施密特觸發(fā)器同向的施密特觸發(fā)器正向閾值電壓正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓回差電壓反向的施密特觸發(fā)器反向的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的主要特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器的主要特點(diǎn)：輸入信號(hào)在上升和下降過(guò)程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電輸入信號(hào)在上升和下降過(guò)程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電平不同平不同電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過(guò)程，使輸出波形邊沿變

6、陡電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過(guò)程，使輸出波形邊沿變陡10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用一、用于波形變換一、用于波形變換 利用施密特觸發(fā)器狀利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以將邊沿饋?zhàn)饔?，可以將邊沿變化緩慢的周期性信變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的號(hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。矩形脈沖信號(hào)。10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用三、用于脈沖整形三、用于脈沖整形 在數(shù)字系統(tǒng)中在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，生波形畸變，可以通過(guò)施密可以通過(guò)施密特觸發(fā)器整形特觸發(fā)器整形獲得理想的矩獲得理想的矩形脈沖波

7、形。形脈沖波形。10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用二、用于鑒幅二、用于鑒幅 若將一系列幅度各異若將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)加到施密的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于只有那些幅度大于VT+的脈沖才會(huì)在輸?shù)拿}沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。因此施密特觸發(fā)器能因此施密特觸發(fā)器能將幅度大于將幅度大于VT+的脈的脈沖選出，具有脈沖鑒沖選出，具有脈沖鑒幅的能力。幅的能力。10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因?yàn)橛|發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即因?yàn)橛|發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即0和和1，所以觸發(fā)器也被，所以觸發(fā)器也被稱(chēng)為雙穩(wěn)態(tài)電路。稱(chēng)為雙穩(wěn)態(tài)電路。與雙穩(wěn)態(tài)電路不同，

8、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。與雙穩(wěn)態(tài)電路不同，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)要么是這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)要么是0，要么是，要么是1。單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是： ( (1) )在沒(méi)有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒(méi)有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持在穩(wěn)態(tài)；保持在穩(wěn)態(tài)；（2）在受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)）在受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入，進(jìn)入“暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)”。假設(shè)穩(wěn)態(tài)為。假設(shè)穩(wěn)態(tài)為0，則暫穩(wěn)態(tài)為，則暫穩(wěn)態(tài)為1。（3）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從暫

9、穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)停留的時(shí)間僅僅取決于電路本身的參數(shù)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)停留的時(shí)間僅僅取決于電路本身的參數(shù)。 10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、電路的充、放電過(guò)程來(lái)維持的。根據(jù)放電過(guò)程來(lái)維持的。根據(jù)RC電路的不同接法，電路的不同接法，又將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種又將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。10.3.1 用門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、積分型一、積分型G1和和G2為為T(mén)TL門(mén)門(mén)1、原理分析、原理分析；穩(wěn)態(tài)下：OHAOHOOIVVVVVV),( ,*110開(kāi)始放電；

10、進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，后，CVVVOOI,*001返回穩(wěn)態(tài)；后，當(dāng)放至,*1OTHAVVV恢復(fù)初始態(tài)；重新充電至后，,*OHIVCV 2. 性能參數(shù)計(jì)算性能參數(shù)計(jì)算輸出脈寬：輸出脈寬：THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(0reTRdOretttCRRt)(53的時(shí)間。放電至從時(shí)間）等于輸出脈沖寬度（THOHAOVVVV0二、微分型二、微分型G1和和G2為為CMOS門(mén)門(mén)1. 原理分析原理分析DDTHOLDDOHVVVVV210,上無(wú)電壓；穩(wěn)態(tài)下：CVVVVVVVDDOODDIdI),( ,12000開(kāi)始充電電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)加觸發(fā)信號(hào)CVVVVVVVOOOIOdI,01121 10.

11、4 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器（多諧振蕩器（Astable Multivibrator）是一）是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又將矩形波振蕩器稱(chēng)富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又將矩形波振蕩器稱(chēng)為多諧振蕩器。為多諧振蕩器。10.4.3 環(huán)形振蕩器一、最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器 環(huán)形振蕩器就是利用延遲環(huán)形振蕩器就是利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩的，它是負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩的，它是利用門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)利用門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間將奇數(shù)個(gè)反

12、相器首位相間將奇數(shù)個(gè)反相器首位相接而構(gòu)成的。接而構(gòu)成的。二、實(shí)用的環(huán)形振蕩器二、實(shí)用的環(huán)形振蕩器。積積分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，加加大大第第一一步步：增增加加2pdtRC輸輸出出。的的接接地地端端改改至至遲遲，將將第第二二步步：為為獲獲取取更更大大延延1GC 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生于變換、測(cè)量定時(shí)器在波形的產(chǎn)生于變換、測(cè)量與控制、家用電器等領(lǐng)域中都

13、得到了應(yīng)用。與控制、家用電器等領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用10.5.1 555定時(shí)器定時(shí)器 （數(shù)（數(shù)/模混合?；旌螴C）一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)由電壓比較器（由電壓比較器（C1,C2）觸發(fā)器觸發(fā)器輸出緩沖器（輸出緩沖器（G3,G4）OC輸出的三極管（輸出的三極管（TD）組成組成10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用入的關(guān)系）二、功能表（輸出與輸 （1）當(dāng)）當(dāng)VI1VR1、VI2VR2時(shí)，時(shí)，VC1=0、VC2=1，SR鎖存器被置鎖存器被置零，零，TD導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)Vo為低電平。為低電平。 （2）當(dāng)）當(dāng)VI1VR2時(shí)，時(shí)，VC1=1、VC2=1，SR鎖存器狀態(tài)鎖存器狀態(tài)保持不

14、變，保持不變，TD和和Vo的狀態(tài)也保持的狀態(tài)也保持不變。不變。 （3）當(dāng)）當(dāng)VI1VR1、VI2VR1、VI2VR2時(shí)，時(shí)，VC1=0、VC2=0，SR鎖存器鎖存器Q=Q=1，TD截止，同時(shí)截止，同時(shí)Vo為高電平。為高電平。入的關(guān)系）二、功能表（輸出與輸輸輸 入入輸輸 出出0XX0導(dǎo)導(dǎo)通通10導(dǎo)導(dǎo)通通1不不變變不不變變11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT如果使如果使VC1和和VC2的低電平信號(hào)發(fā)生在輸入電壓信的低電平信號(hào)發(fā)生在輸入電壓信號(hào)的不同電平，那么輸出與輸入之間的關(guān)系將為施號(hào)的不同電平，那么輸出與輸入之間的關(guān)

15、系將為施密特觸發(fā)器特性；密特觸發(fā)器特性；如果在如果在VI2加入一個(gè)低電平觸發(fā)信號(hào)以后，經(jīng)過(guò)一加入一個(gè)低電平觸發(fā)信號(hào)以后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間能在定的時(shí)間能在VC1輸出端自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)輸出端自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；如果能使如果能使VC1和和VC2的低電平信號(hào)交替地反復(fù)出現(xiàn)的低電平信號(hào)交替地反復(fù)出現(xiàn)，就可以得到多諧振蕩器。，就可以得到多諧振蕩器。 10.5.2 用用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器工作原理工作原理輸輸 入入輸輸 出出0XX0導(dǎo)導(dǎo)通通10導(dǎo)導(dǎo)通通1不不變變不不變變11截截止止11截截止止CCV32CCV31CCV3

16、2CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT?,?,TITIVVVV值使電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的值使電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的?,?,TITIVVVV值使電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的值使電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的COV10.5.3 用用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸輸 入入輸輸 出出0XX0導(dǎo)導(dǎo)通通10導(dǎo)導(dǎo)通通1不不變變不不變變11截截止止11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT保持放電導(dǎo)通充電至截止若通電后保持導(dǎo)通若通電后即可，穩(wěn)態(tài)時(shí)，無(wú)觸發(fā)信號(hào)：01100321011001311211212Q

17、VVCTQVVVCTQQVVVTQVVVCCDCCCCDCCCDCCCI)(導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)：DOITVV,01）已經(jīng)回到高于時(shí)（假定此時(shí)充至當(dāng)CCICCCVVVV3132保持開(kāi)始放電至導(dǎo)通則01100102121QVVCTQVVCCDCC,開(kāi)始充電截止則降至只要觸發(fā)時(shí)CTQVVVVVDCCCCII,1013121性能參數(shù)：性能參數(shù)：暫穩(wěn)態(tài)輸出的寬度暫穩(wěn)態(tài)輸出的寬度3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCw的寬度有何要求？對(duì)IV的寬度過(guò)寬？若IV是否可以重復(fù)觸發(fā)？導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)：DOITVV,01開(kāi)始充電截止則降至只要觸發(fā)時(shí)CTQVVVVVDCCCCII,101312110.5.4 用555接成多諧觸發(fā)器輸輸 入入輸輸 出出0XX0導(dǎo)導(dǎo)通通10導(dǎo)導(dǎo)通通1不不變變不不變變11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV3