脈沖波形的整形與產(chǎn)生

1、第六章第六章 脈沖波形的產(chǎn)生脈沖波形的產(chǎn)生獲取矩形脈沖波形獲取矩形脈沖波形利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生利用整形電路把周期性變化波利用整形電路把周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖形變換為符合要求的矩形脈沖6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中常用的一種電路。它不是脈沖觸發(fā)，施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中常用的一種電路。它不是脈沖觸發(fā)，而是用電位（連續(xù)波）觸發(fā)。而是用電位（連續(xù)波）觸發(fā)。性能特點：性能特點：.輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入

2、轉(zhuǎn)換電平不同。電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。.在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。形的邊沿變得很陡。用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器G1，G2為為CMOS反相器，閾值電壓為：反相器，閾值電壓為：VTH=1/2VDD，且且R1 VT 。這兩個觸發(fā)電平不一致這兩個觸發(fā)電平不一致的現(xiàn)象稱為回差現(xiàn)象。的現(xiàn)象稱為回差現(xiàn)象。以VI 作輸出端施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用1.波形變換：波形變換： 將邊沿變化緩慢的周期將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡性信號

3、變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。的矩形脈沖信號。2.脈沖整形：脈沖整形： 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。傳輸后往往發(fā)生波形畸變。3.脈沖鑒幅：脈沖鑒幅： 可在輸入的一系列幅度各異的可在輸入的一系列幅度各異的脈沖信號中選出幅度大于某一脈沖信號中選出幅度大于某一定值的脈沖輸出。定值的脈沖輸出。4.電壓比較器：電壓比較器：ViELVR=EHVo將一個線性上升的電壓同一個將一個線性上升的電壓同一個參考電壓參考電壓VR進(jìn)行比較進(jìn)行比較,當(dāng)輸入當(dāng)輸入電壓上升至參考電壓時電壓上升至參考電壓時,輸出輸出電壓將發(fā)生躍變電壓將發(fā)生躍變,使電路的上使電路的上觸發(fā)電平觸發(fā)電平E

4、H等于參考電壓等于參考電壓VR,達(dá)到電壓比較的目的。達(dá)到電壓比較的目的。6.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)器的工作特性：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。沖的寬度和幅度無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖整形

5、、延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖整形、延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等的輸出脈沖）以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充、放電過程來維持的電路的充、放電過程來維持的RC電路可接成兩種形式：微分和積分電路形式電路可接成兩種形式：微分和積分電路形式微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:采用采用CMOS門電路和門電路和RC微分電路微分電路1. 在穩(wěn)態(tài)下，在穩(wěn)態(tài)下，VI=0, VI2=VDD， 故故Vo=0， Vo1=VDD，C上無電壓上無電壓當(dāng)觸發(fā)脈沖當(dāng)觸發(fā)脈沖VI加

6、到輸入端時，經(jīng)過微分電路輸出很窄的正、負(fù)脈加到輸入端時，經(jīng)過微分電路輸出很窄的正、負(fù)脈沖沖Vd。當(dāng)當(dāng)Vd上升到上升到VTH以后，引發(fā)正反饋過程：以后，引發(fā)正反饋過程：2. Vo1 迅速跳變?yōu)榈碗娖?，迅速跳變?yōu)榈碗娖?，VI2 也同時跳變?yōu)榈停餐瑫r跳變?yōu)榈?，Vo跳變?yōu)楦唠娖?，跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。同時電容電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。同時電容C開始充電，開始充電，VI2逐漸升高逐漸升高3. 當(dāng)當(dāng)VI2升高至升高至VTH時，時，此時若觸發(fā)脈沖已消失，則此時若觸發(fā)脈沖已消失，則Vo1，VI2迅速跳變?yōu)楦唠娖剑⑹馆斞杆偬優(yōu)楦唠娖?，并使輸出返回出返回Vo=0，電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。同時電容，電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。同時電容

7、C放電到放電到C上電壓為上電壓為0。輸出脈沖幅度：輸出脈沖幅度：Vm=VOH-VOL VDD輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度：恢復(fù)時間：恢復(fù)時間：Tre=(35)RONC分辨時間：分辨時間：Td=tw+TreRCVVRCVVVTHDDTHC69. 00Vln)()0()(VRClntDDCCwVI2 VoVo1VdVo1VI2Vo單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的應(yīng)用：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的應(yīng)用：1.脈沖整形：脈沖整形：將輸入的不規(guī)則脈將輸入的不規(guī)則脈沖整型為具有一定幅度和一定寬度沖整型為具有一定幅度和一定寬度的脈沖。的脈沖。2.脈沖延時：脈沖延時：可改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的的Rb1、C來調(diào)節(jié)延遲時間。來調(diào)節(jié)延

8、遲時間。3.定時：定時：調(diào)節(jié)單穩(wěn)電路中的定時調(diào)節(jié)單穩(wěn)電路中的定時元件元件Rb1或或C，可改變控制時間的可改變控制時間的長短。長短。tVi0tVo0單穩(wěn)單穩(wěn)微分微分限幅限幅ViVoVAVBViVAVBVo6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器。多諧振蕩器是一種自激振蕩器。在接通電源以后不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。在接通電源以后不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以又把矩形波振蕩器由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。稱為多諧振蕩器。6.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器1. 可恰

9、當(dāng)?shù)剡x取可恰當(dāng)?shù)剡x取RF1值，使反相器的靜態(tài)工作點值，使反相器的靜態(tài)工作點P位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，電源波動和外界干擾使折區(qū)，電源波動和外界干擾使VI1有微小的正跳變，必有如下反饋：有微小的正跳變，必有如下反饋：使使Vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖剑杆偬優(yōu)榈碗娖剑?Vo2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第1個個暫穩(wěn)態(tài)，同時電容暫穩(wěn)態(tài)，同時電容C1開始充電，充電速度較快。開始充電，充電速度較快。2. VI2首先上升至首先上升至G2的閾值電壓的閾值電壓VTH，并引起如下正反饋并引起如下正反饋,從而使從而使Vo2迅速迅速跳變至低電平而跳變至低電平而Vo1迅速跳變

10、至高電平，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。接著迅速跳變至高電平，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。接著C2開始充電而開始充電而C1開始放電。開始放電。VI1Vo1VI2Vo2VI2Vo2VI1Vo16.4.3 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器一個最簡單的環(huán)形振蕩器一個最簡單的環(huán)形振蕩器這個電路是沒有穩(wěn)定狀態(tài)的。這個電路是沒有穩(wěn)定狀態(tài)的。在靜態(tài)時任何一個反相器的在靜態(tài)時任何一個反相器的輸入和輸出都不可能穩(wěn)定在輸入和輸出都不可能穩(wěn)定在高電平或低電平，而只能處高電平或低電平，而只能處于高低電平之間，所以處于于高低電平之間，所以處于放大狀態(tài)。放大狀態(tài)。6.4.4 用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器電容上初始電

11、壓為零，所以輸出為高電平，并開始經(jīng)電阻電容上初始電壓為零，所以輸出為高電平，并開始經(jīng)電阻R向電向電容充電。當(dāng)充至?xí)r，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，電容容充電。?dāng)充至?xí)r，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，電容C又經(jīng)又經(jīng)R開始放電。開始放電。6.4.5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器以上振蕩器的頻率穩(wěn)定性不高以上振蕩器的頻率穩(wěn)定性不高石英晶體電抗頻率特性：外加電壓頻率為石英晶體電抗頻率特性：外加電壓頻率為f0時阻抗最小時阻抗最小所以頻率為所以頻率為f0的電壓信號最容易通過它，并在電路中形成正反饋，的電壓信號最容易通過它，并在電路中形成正反饋，而頻率不是而頻率不是f0的電壓信號被衰減。的電壓信號被衰減。6.5 定時器定時

12、器6.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時器是一種多用途的數(shù)字定時器是一種多用途的數(shù)字 模擬混合集成電路，可以方模擬混合集成電路，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為品型號最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為7555。C1, C2為比較器為比較器TD為集電極開為集電極開路的放電三極管路的放電三極管VCO懸空時，懸空時，VR1=2VCC/3VR2=VCC/3VCO外接固定電外接固定電壓則壓則VR1=VCO， VR2=VCO/2CB555的

13、功能表的功能表輸入輸入輸出輸出RDVI1VI2VOTD狀態(tài)狀態(tài)0 低低導(dǎo)通導(dǎo)通12VCC/3VCC/3低低導(dǎo)通導(dǎo)通1VCC/3不變不變不變不變12VCC/32VCC/3VCC/3高高截止截止555能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。雙極型雙極型555定時器的電源電壓：定時器的電源電壓：516v，最大負(fù)載電流：最大負(fù)載電流：200mACMOS型型7555定時器的電源電壓：定時器的電源電壓：318v，最大負(fù)載電流：最大負(fù)載電流：4mA6.5.2 用用555定時器接成施密特觸發(fā)器定時器接成施密特觸發(fā)器C1與與C2的參考電壓不同，因而基本的參考電壓不同，因而基本RS觸發(fā)器的置觸發(fā)器的置0信號和置信號和置1信信號必然發(fā)生在輸入信號號必然發(fā)生在輸入信號VI的不同電平。的不同電平。 (VC1=0 , VC2=0)0.01F為濾波電容，提高VR1和VR2的穩(wěn)定性。 VT=VT+VT- =VCC/36.5.3 用用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器負(fù)脈沖觸發(fā)負(fù)脈沖觸發(fā)輸出脈沖的寬度等于輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。即即tW等于電容電壓在等于電容電壓在充電過程中從充電過程中從0上升上升至至2VCC/3所需時間：所需時間：3ln320lnRCVVVRCtC