第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形第1頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.1概述1、矩形脈沖的獲得（1）利用各種形式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生（2）通過(guò)整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。2、矩形脈沖的主要參數(shù)脈沖周期T——相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔脈沖幅度Vm——電壓的最大變化幅度脈沖寬度tw——前沿到達(dá)0.5Vm起到后沿到達(dá)0.5Vm止的時(shí)間第2頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四脈沖寬度tr——脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需的時(shí)間脈沖寬度tf——脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需的時(shí)間占空比q——脈沖寬度與脈沖周期的比值。第3頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。10.2施密特觸發(fā)器10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器第4頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四正向閾值電壓第5頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四負(fù)向閾值電壓第6頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回差電壓下限閾值電壓上限閾值電壓第7頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四施密特觸發(fā)器的主要特點(diǎn)：1、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2、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第8頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四集成施密特觸發(fā)器第9頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、用于波形變換

10.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用第10頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、用于鑒幅第11頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、用于脈沖整形第12頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本節(jié)小結(jié)：施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門電路及555定時(shí)器構(gòu)成。施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。第13頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：①有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。②在外界觸發(fā)信號(hào)作用下，能從穩(wěn)態(tài)→暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時(shí)間后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作用：定時(shí)產(chǎn)生一定寬度的矩形波整形把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形延時(shí)把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出

第14頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型G1和G2為CMOS門1、原理分析第15頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四G1和G2為CMOS門第16頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、性能參數(shù)計(jì)算輸出脈寬：第17頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第18頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、積分型

1、原理分析G1和G2為TTL門第19頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第20頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.性能參數(shù)計(jì)算輸出脈寬：第21頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第22頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)控制附加電路電路結(jié)構(gòu)與工作原理(74121)第23頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第24頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四非可重復(fù)觸發(fā)：可重復(fù)觸發(fā)：在暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，電路不會(huì)產(chǎn)生任何響應(yīng)在暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間內(nèi)，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)可產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的輸出脈沖1第25頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用延遲與定時(shí)整形第26頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本節(jié)小結(jié)：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)。由門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上也極為相似，只有用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)”信號(hào)也是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度也由電路的阻容元件決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖，但卻可以把其它形狀的信號(hào)變換成為矩形波，用途很廣。第27頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器一、工作原理（TTL）(1)靜態(tài)（未振蕩）時(shí)應(yīng)是不穩(wěn)定的10.4多諧振蕩器（自激振蕩，不需要外加觸發(fā)信號(hào)）第28頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第29頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第30頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、電壓波形第31頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、振蕩頻率計(jì)算第32頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

10.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器一、工作原理（CMOS）第33頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、電壓波形第34頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

10.4.3環(huán)形振蕩器

一、最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器第35頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、實(shí)用的環(huán)形振蕩器

（TTL）第36頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第37頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器第38頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.4.5石英晶體多諧振蕩器１９２２年美國(guó)卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電磁振蕩的頻率。

巴黎廣播電臺(tái)首先用嚴(yán)濟(jì)慈制作的石英振蕩片實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國(guó)相繼采用，使無(wú)線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要應(yīng)用之一。

第39頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.4.6多諧振蕩器的應(yīng)用秒信號(hào)發(fā)生器多諧振蕩器分頻電路第40頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本節(jié)小結(jié)：多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成，也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。RS觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，所以又稱為無(wú)穩(wěn)電路。在多諧振蕩器中，由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無(wú)需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。第41頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四輸出緩沖比較器鎖存器放電三極管分壓器10.5555定時(shí)器第42頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端電源電壓10.5555定時(shí)器第43頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.分壓器分壓器由3個(gè)5kΩ電阻R組成，它為兩個(gè)電壓比較器提供基準(zhǔn)電平。當(dāng)5腳懸空時(shí)，電壓比較器A的基準(zhǔn)電平為，比較器B的基準(zhǔn)電平為。改變5腳的接法可改變比較器A、B的基準(zhǔn)電平，如5腳通過(guò)電阻10kΩ接地，則基準(zhǔn)電平分別為和。5腳也可另接小于等于UDD的電源，如采用和，則5腳通過(guò)一個(gè)電容0.01～0.1μF電容接地，以防干擾信號(hào)影響5腳電壓值。第44頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.比較器比較器A、B是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器。A的輸入端為引腳6高觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，A端輸出為高電平，即邏輯“1”；當(dāng)時(shí)，A輸出為低電平，即邏輯“0”。B的輸入端為引腳2低觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，B輸出為低電平，即邏輯“0”；當(dāng)時(shí)，B輸出為高電平，即邏輯“1”。A、B的輸出直接控制基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作。第45頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四RS觸發(fā)器由兩個(gè)或非門組成，它的狀態(tài)由兩個(gè)比較器輸出控制，根據(jù)基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。3.基本RS觸發(fā)器4.開關(guān)放電管和輸出緩沖級(jí)放電管V是N溝道增強(qiáng)型的MOS管，其控制柵為0電平時(shí)截止，為1電平時(shí)導(dǎo)通。反相器構(gòu)成輸出緩沖級(jí)，反相器的設(shè)計(jì)考慮了有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，一般可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)TTL門電路。同時(shí)，輸出級(jí)還起隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器影響的作用。第46頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四001①R=0時(shí)，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。第47頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＞2VCC/3＞VCC/300011第48頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。110第49頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四＜2VCC/3＜VCC/311100④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3時(shí)，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。第50頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四555定時(shí)器功能表第51頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器第52頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第53頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第54頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10.5.3由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第55頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期四接通VCC后瞬間，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo＝0。這時(shí)Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過(guò)T放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

ui到來(lái)時(shí)，因?yàn)閡i＜VCC/3，使C2＝0，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時(shí)Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對(duì)C充電。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo＝0，T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。第56頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月