脈沖波形的產(chǎn)生與整形李燕榮版教材202課件

第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形6.1施密特觸發(fā)器6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3多諧振蕩器6.4555集成定時(shí)器通常，把非正弦波稱(chēng)之為脈沖波。按脈沖波形的形式分成矩形波、鋸齒波等。矩形脈沖波常作為時(shí)鐘信號(hào)。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。矩形波的參數(shù)trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖寬度Tw:從上升沿上升到0.5Vm起到下降沿下降到0.5Vm之間的時(shí)間。脈沖周期T:周期性重復(fù)的脈沖序列中，相鄰兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔。占空比:q=tw/T,即脈沖寬度tw與脈沖周期T之比trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT以下主要討論幾種常用脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路：1.施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；3.多諧振蕩器：產(chǎn)生矩形脈沖；4.555定時(shí)器。施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：(1)電平觸發(fā),將邊沿緩慢變化的信號(hào)變換成邊沿陡峭的矩形波(2)對(duì)于正向和負(fù)向變化的輸入信號(hào)，電路的觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平不同6.1.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用6.1.2TTL集成施密特觸發(fā)器6.1.3CMOS集成施密特觸發(fā)器6.1.1用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.1施密特觸發(fā)器2.工作原理(1)工作過(guò)程設(shè)CMOS反相器的閾值電壓Vth=VDD/2，VOH=VDD,VOL=0輸入信號(hào)vI為三角波。

11R1VIG2G1VI1VoVo1R2VotvI6.1.1用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器B、當(dāng)VI上升，使得VI1=Vth時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程：Vi↑→Vi1↑→Vo1↓→Vo↑C、VI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會(huì)改變。VI1=Vth=R2/（R1+R2）*VT+

VT+

=（R1＋R2)/R2*Vth

=（1＋R1/R2)*Vth

A、當(dāng)VI=0V時(shí)，經(jīng)G1、G2輸出為VO=0V。（第一穩(wěn)態(tài)）電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為VO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時(shí)的VI值(使輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剿鶎?duì)應(yīng)的值)稱(chēng)為施密特觸發(fā)器的正向觸發(fā)閾值電平VT+。11R1VIG2G1VI1VoVo1R2VotvI6.1.1用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器D、如果VI下降，VI1也會(huì)下降。E、當(dāng)VI1下降到Vth時(shí)，電路又會(huì)產(chǎn)生以下的正反饋過(guò)程：Vi↓→Vi1↓→Vo1↑→Vo↓F、電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為為VOL的第一穩(wěn)態(tài).此時(shí)的VI值(使輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剿鶎?duì)應(yīng)的值)稱(chēng)為施密特觸發(fā)器的負(fù)向觸發(fā)閾值電平VT-。G、VI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。VT-

=（1-R1/R2)*Vth

11R1VIG2G1VI1VoVo1R2VotvI6.1.1用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)反相器(b)電壓傳輸特性(c)邏輯符號(hào)6.1.1用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器6.1.2TTL集成施密特觸發(fā)器CMOS的CC40106TTL的CT7413就是施密特觸發(fā)的與非門(mén)電路。

6.1.3CMOS集成施密特觸發(fā)器&ABCDYCT7413的符號(hào)VT＋VT－Vo電壓傳輸特性VIVOLVOHVthVCCΔV16.1.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換vIvOVT+VT-波形變換和整形&ABCDY3.幅度鑒別vIvOVT+VT-幅度鑒別波形&ABCDY6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn):(1)僅有一個(gè)穩(wěn)態(tài),另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)(2)在外加觸發(fā)脈沖的作用下,電路才能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，而暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持,保持一段時(shí)間后又自動(dòng)返回原來(lái)的穩(wěn)態(tài)(3)暫穩(wěn)態(tài)保持的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù),而與外加觸發(fā)信號(hào)無(wú)關(guān)6.2.1用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖示為CMOS門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因其阻容元件R、C構(gòu)成了微分電路，故稱(chēng)為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖1VIVRC11VoG1G2Vo1≥1R1RC≥VI1當(dāng)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，ui為低電平。因?yàn)殚T(mén)G2的輸入端經(jīng)電阻R接至VDD，VA為高電平，因此uo2為低電平；門(mén)G1的兩個(gè)輸入均為0，其輸出uo1為高電平，電容C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩(wěn)態(tài)，在觸發(fā)信號(hào)到來(lái)之前，電路一直處于這個(gè)狀態(tài)：uo1＝1，uo2＝0。1.工作原理0011uiCuA≥1(a)電路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥1（1）沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)電路工作在穩(wěn)態(tài)010016.2.1用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uiCuA≥1uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥1110這個(gè)高電平反饋到門(mén)G1的輸入端，此時(shí)即使ui的觸發(fā)信號(hào)撤除，仍能維持門(mén)G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的，所以稱(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，uo1＝0，uo2＝1。（2）外加觸發(fā)信號(hào)使電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)正觸發(fā)脈沖ui到來(lái)時(shí)，門(mén)G1輸出uo1由1變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變，uA也隨之跳變到低電平，使門(mén)G2的輸出uO2變?yōu)?。6.2.1用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uiCuA≥1uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP≥101由于這時(shí)G1輸入觸發(fā)信號(hào)已經(jīng)過(guò)去，G1的輸出狀態(tài)只由uo2決定，所以G1又返回到穩(wěn)定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變，加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩(wěn)態(tài)而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，此時(shí)uo1＝1，uo2＝0。（3）電容充電使電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)從暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)之后，電容C放電，使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始值。在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)R和G1的導(dǎo)通工作管對(duì)C充電，隨著充電的進(jìn)行，C上的電荷逐漸增多，使uA升高。當(dāng)uA上升到閾值電壓時(shí)，G2的輸出uo2由1變?yōu)?。16.2.1用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在使用微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)，輸入觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)小于輸出脈沖的寬度，否則電路不能正常工作。3.對(duì)輸入觸發(fā)脈沖寬度的要求uiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP6.2.1用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.2.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vOvIRC1vAvT+vT-tvitvAtvOtWtw=RCln(VDD/VT-)二.帶RC延遲電路的環(huán)形振蕩器vI1vI2vI3vO1vO2G1G2G3RC環(huán)形振蕩器CRSR1116.3.1

由門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器6.3.2

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器1CRVIVOT2VT+VT-vOtt工作波形圖vIT1

接通電源瞬間，電容C上的電壓為0，

Vi為低電平，則VO為高電平。VO1CRVIVO通過(guò)電阻R對(duì)電容C充電，直到

Vi達(dá)到VT+，電路翻轉(zhuǎn)，VO變成低電平。而后電容C又通過(guò)電阻R放電，直到Vi降到VT－，電路翻轉(zhuǎn)，VO又恢復(fù)高電平。如此往復(fù)循環(huán)，電路無(wú)需外加信號(hào)便實(shí)現(xiàn)了多諧振蕩。T=T1+T2=RCln(VDD-VT-)/(VDD-VT+)+RCln(VT+/VT-)6.3.2

用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.3.4

石英晶體環(huán)形多諧振蕩器石英晶體的阻抗頻率特性圖石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。11C1C2G1G2RRvO

6.4555集成定時(shí)器

6.4.1集成定時(shí)器的工作原理比較器：V+＞V－：

1V+＜V－：0

V－

V+

VO

－+ARSQn+100Qn01110011不確定SDRDQQSRVCC58437621555555555定時(shí)器原理圖1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’ABVCO為控制電壓輸入端VCO懸空時(shí),VA＝2/3VCC，VB＝1/3VCC。VCO＝UCO時(shí)，VA＝UCO，VB＝1/2UCO

6.4.1集成定時(shí)器的工作原理1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’AB輸入輸出RDVI1VI2VOT狀態(tài)0XX低導(dǎo)通1>2Vcc/3>Vcc/3低導(dǎo)通RSQn+100Qn01110011不確定

6.4.1集成定時(shí)器的工作原理1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’RSQn+100Qn01110011不確定輸入輸出RDVI1VI2VOT狀態(tài)0XX低導(dǎo)通1>2Vcc/3>Vcc/3低導(dǎo)通1<2Vcc/3>Vcc/3不變不變1<2Vcc/3<Vcc/3高截止1>2Vcc/3<Vcc/3高截止

6.4.1集成定時(shí)器的工作原理

6.4.2集成定時(shí)器應(yīng)用舉例

一.構(gòu)成施密特觸發(fā)器

二.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

三.構(gòu)成多諧振蕩器

一.構(gòu)成施密特觸發(fā)器1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’VI

6.4.2集成定時(shí)器應(yīng)用舉例工作波形

1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’VI電壓傳輸特性ΔT=1/3VccVT+=2/3VccVT-=1/3Vcc

6.4.2集成定時(shí)器應(yīng)用舉例VOVCC0.01μF58437621555CRVI1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’VI

二.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

6.4.2集成定時(shí)器應(yīng)用舉例1VCO+VCCVO5kΩ5kΩ5kΩC1C2T++－－(2)(6)(5)(8)(4)(3)(7)RDVI1VI2RSQQVO’VI穩(wěn)態(tài)時(shí),Vi＝1接通Vcc后瞬間，Vcc通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，比較器C1輸出為1，將觸發(fā)器置0，Vo＝0。這時(shí)，放電管T導(dǎo)通,C通過(guò)T放電,電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。RCVi負(fù)極性觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，因?yàn)閂i＜Vcc/3，使C2＝0，觸發(fā)器置1，Vo由0變?yōu)?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)Q=1，放電管T截止，Vcc經(jīng)R對(duì)C充電。直到Vc上升到2Vcc/3時(shí)，比較器C1輸出為1，將觸發(fā)器置0，電路輸出Vo＝0，T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。vivovc2/3vCCTw充電放電電容C從零電平上升到2Vcc/3的時(shí)間為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，即輸出脈沖寬度Tw為：Tw=RCln3=1.1RC

6.4.2集成定時(shí)器應(yīng)用舉