ch9脈沖波形的產(chǎn)生與變換

1、矩形脈沖的基本特性矩形脈沖的基本特性1. 矩形脈沖的二值性矩形脈沖的二值性矩形脈沖矩形脈沖二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)高、低電平高、低電平1、02. 矩形脈沖的特性參數(shù)矩形脈沖的特性參數(shù)TT 脈沖周期脈沖周期UmUm 脈沖幅度脈沖幅度0.5UmtWtW 脈沖寬度脈沖寬度0.1Um0.9Umtrtr 上升時(shí)間上升時(shí)間tftf 下降時(shí)間下降時(shí)間3. 獲得脈沖的方法：獲得脈沖的方法：1） 自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。自激振蕩電路直接產(chǎn)生矩形脈沖。由由多諧振蕩器多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 555 定時(shí)器定時(shí)器是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單是構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用

2、的器件。穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用的器件。2） 將已有波形將已有波形（正弦波、鋸齒波正弦波、鋸齒波等等）整形為矩整形為矩形脈沖。形脈沖。 由由施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)9.1 9.1 集成集成 555 定時(shí)器定時(shí)器1. 電路組成電路組成CC32VCC31V輸出輸出緩沖緩沖+VCCuOTD5 k 5 k 5 k RQ&1uD2. 基本功能基本功能+VCCuOTD5 k 5 k 5 k RQ&1uD 0UOL飽和飽和2VCC/3 111UOLVCC/3 飽和飽和VCC/3 不變不變不變不變2VCC/3UT+UOH1 &QQTRATRBTR+RintCextR

3、ICXRX/CXRext / Cext 表示不屬于邏輯狀態(tài)連接表示不屬于邏輯狀態(tài)連接下降沿觸發(fā)輸入下降沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入上升沿觸發(fā)輸入非重復(fù)觸發(fā)非重復(fù)觸發(fā)外接定時(shí)外接定時(shí)電阻、電容電阻、電容VCC內(nèi)接接定時(shí)電阻引出端內(nèi)接接定時(shí)電阻引出端)(BA TRTRTRTR2. 功能表功能表輸輸 入入輸輸 出出注注TRA TRB TR+Q Q L H L H L H H L H L H L H L H保持保持穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) H H H H H下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā) L L 上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā))(BA TRTRTRTR3. 主要參數(shù)主要參數(shù)RCRCt7 . 0 2lnW 輸出脈寬輸出脈寬 tw:輸入觸發(fā)脈沖

4、最輸入觸發(fā)脈沖最小周期小周期 Tmin :reWminttT 周期性輸入觸發(fā)周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比脈沖占空比 q:reWWminWtttTtq 二、可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74122可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā) 在暫穩(wěn)態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間, 能夠接受新的觸發(fā)信號(hào)。能夠接受新的觸發(fā)信號(hào)。1. 圖形符號(hào)圖形符號(hào)1QQTRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接復(fù)位直接復(fù)位)(BABA TRTRTRTRTR可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)2. 功能表功能表輸輸 入入輸輸 出出注注RD TRA TRB TR+A TR+BQ Q L H H L

5、 L L H L H L H L H復(fù)位復(fù)位保持保持穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) H L H H L H H L H L H L H H L H H上升沿上升沿觸發(fā)觸發(fā) H H H H H H H H H H H下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā))(BABA TRTRTRTRTR當(dāng)定時(shí)當(dāng)定時(shí)電容電容C 1000 pF時(shí)時(shí):RCt32. 0W 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理+VCCuOQ&1TDQRCuIuCuI 與與 VCC/3 比較比較uC 與與 2VCC/3 比較比較穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)： TD 飽和飽和, Q = 0110101飽和飽和暫穩(wěn)態(tài)：暫穩(wěn)態(tài)： TD 截止截止, Q = 1110截止截

6、止引起引起暫穩(wěn)態(tài)的原因暫穩(wěn)態(tài)的原因:1. 通電的隨機(jī)過(guò)程；通電的隨機(jī)過(guò)程；2. uI 從從 1 0使使 u2 VCC/3， 引起引起 Q = 1，TD 截止截止。暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)自動(dòng)自動(dòng)導(dǎo)通導(dǎo)通飽和飽和110062784153555RC+VCC0.01 FuI+uC二、工作波形二、工作波形uOuIVCC0uC02VCC/ 3VCCuO三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 twtwuC（0+） = 0, uC（ ） = VCCuC（tw） = 2VCC / 3)()()0()(lnW1WtuuuutCCCC RCRC1 . 13ln 2. 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間 tre 很小很

7、小 2 = RCESC3. 最高工作頻率最高工作頻率 fmax rewminmax11ttTf 一、延時(shí)與定時(shí)一、延時(shí)與定時(shí)1. 延時(shí)延時(shí)1uIu O&uOuFuIu OtW2. 定時(shí)選通定時(shí)選通uFuO二、整形二、整形uIuO9.4.2 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定，精度高。特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定，精度高。一、一、 符號(hào)和選頻特性符號(hào)和選頻特性符號(hào)符號(hào)當(dāng)當(dāng) f = f0 時(shí)時(shí),電抗電抗 X = 0fXf0電電感感性性電電容容性性二、二、 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器11C1R1R2C2uo工作原理：工作原理：1. 反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)反相器靜態(tài)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)（放大放大）

8、;2. 石英晶體石英晶體 X = 0, 回路構(gòu)成正反饋回路構(gòu)成正反饋;3. C1 、 C2 為耦合電容為耦合電容, 可不要?？刹灰?。電阻取值范圍：電阻取值范圍：TTL反相器：反相器：R1= R2 = 0.7 2 k CMOS反相器：反相器：R1= R2 =10 100 M Astable Multivibrator三、三、 CMOS 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器放放大大器器為保證為保證 CMOS 反相反相器靜態(tài)時(shí)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，器靜態(tài)時(shí)工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，偏置電阻偏置電阻RF 取值為取值為 :RF =10 100 M C1RFC2uo11100 M 20 pF5 50 pF f0電容三點(diǎn)式電容

9、三點(diǎn)式9.4.4 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器+VCCuOQ&1TDR1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL一、電路組成和工作原理一、電路組成和工作原理 6278 4153555R1C1+R2C2+VCC二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCC(1) C 充電時(shí)間充電時(shí)間 tw1uC（0+） = VCC / 3, uC（ ） = VCC)()()0()(ln1W1W1tuuuutCCCC 2lnln1CC32CCCC31CC1 VVVVCRRt）（21W17 . 0 充電時(shí)間

10、常數(shù)充電時(shí)間常數(shù) 1= （R1+R2）C(2) C 放電時(shí)間放電時(shí)間 tw22ln2W2 t可求得可求得: :CRt2W27 . 0 放電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù) 2 = R2C1. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算(3) 振蕩頻率振蕩頻率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1= 0.7 ( (R1+R2) Ctw2 = 0.7R2CT = 0.7（R1+2R2）C振蕩周期：振蕩周期：振蕩頻率：振蕩頻率：CRRCRRTf）（）（2121243. 127 . 011 占空比：占空比：CRRCRRTtq）（）（2121W127 . 07 . 0 002121502 RRR

11、R2. 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1= 0.7R1Ctw2 = 0.7R2CCRRCRTtq）211W17 . 07 . 0(7 . 0 211RRR 多諧振蕩器應(yīng)用舉例多諧振蕩器應(yīng)用舉例一、秒信號(hào)發(fā)生器一、秒信號(hào)發(fā)生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 觸發(fā)器觸發(fā)器32768 Hz 16384 Hz1 Hz2 Hz二、模擬聲響電路二、模擬聲響電路10 F26784153NE555ICICR1C1B21+26784153NE55510k 100k 10k 150k 10k 8 R2R3

12、R4R5C2C3C4+5V0.01 F0.01 F100 FuO1uO2uo1uo2一、一、555 定時(shí)器定時(shí)器 是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和多諧振蕩器多諧振蕩器等。等。12348765GNDTROUTDRCOTHCCVDIS雙極型雙極型 (TTL)電源電源: 4.5 16 V單極型單極型 (CMOS)電源電源: 3 18 V帶負(fù)載能力強(qiáng)帶負(fù)載能力強(qiáng)62784153555R1C+ +R2C1+VCCuO二、多諧振蕩

13、器二、多諧振蕩器 是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖?？梢宰詣?dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。 多諧振蕩器多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動(dòng)完成。電和放電自動(dòng)完成。 改變改變 R、C 定時(shí)元件數(shù)值的定時(shí)元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。 在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶石英晶體振蕩器體振蕩器。CRRTf）（2127 . 011 三、施密

14、特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器 是一種是一種脈沖整形電路脈沖整形電路，雖然不能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈，雖然不能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖，卻可將輸入的周期性信號(hào)整形成所要求的同周期沖，卻可將輸入的周期性信號(hào)整形成所要求的同周期的矩形脈沖輸出，還可用來(lái)進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)的矩形脈沖輸出，還可用來(lái)進(jìn)行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。62784153555+VCCuO2uIUCOuO1+VDDR 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平，因此具有有兩個(gè)不同的觸發(fā)電平，因此具有回差特性回差特性。它的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)是靠。它的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)是靠?jī)蓚€(gè)不同的電平來(lái)維

15、持的，輸出脈兩個(gè)不同的電平來(lái)維持的，輸出脈沖的寬度由輸入信號(hào)的波形決定。沖的寬度由輸入信號(hào)的波形決定。此外，調(diào)節(jié)回差電壓的大小，也可此外，調(diào)節(jié)回差電壓的大小，也可改變輸出脈沖的寬度。改變輸出脈沖的寬度。外接電壓外接電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可由可由 555 定時(shí)器構(gòu)定時(shí)器構(gòu)成，也可用專門的集成電路實(shí)現(xiàn)。成，也可用專門的集成電路實(shí)現(xiàn)。四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 也屬于也屬于脈沖整形電路脈沖整形電路，可將輸入的觸發(fā)脈沖變換，可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，還常用于脈沖為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，還常用于脈沖的定時(shí)、整形、展寬（延時(shí)）等。的定時(shí)、整形、展寬（延時(shí)）等。62784153555RC+ +C1+VCCuO0.01 FuI 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。其輸