第6章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

1、Vm脈沖幅度脈沖幅度TW正脈正脈沖寬度沖寬度Tr上升上升時(shí)間時(shí)間占空比占空比：q= TW / T脈沖周期脈沖周期 一、分立的施密特、單穩(wěn)、多諧電路的種類較多，一、分立的施密特、單穩(wěn)、多諧電路的種類較多，只分析一種類型的工作原理，目的是使學(xué)習(xí)者了解其電只分析一種類型的工作原理，目的是使學(xué)習(xí)者了解其電路特點(diǎn)和相關(guān)概念，不要求掌握內(nèi)部參數(shù)計(jì)算和畫(huà)內(nèi)部路特點(diǎn)和相關(guān)概念，不要求掌握內(nèi)部參數(shù)計(jì)算和畫(huà)內(nèi)部過(guò)程的波形。過(guò)程的波形。 二、集成施密特、單穩(wěn)等電路只需掌握二、集成施密特、單穩(wěn)等電路只需掌握vO與與vi之之間的關(guān)系，內(nèi)部電路及其工作原理不介紹，也不做要間的關(guān)系，內(nèi)部電路及其工作原理不介紹，也不做要求。

2、求。 三、三、555定時(shí)器是一種常用的數(shù)?；旌霞呻娐?，定時(shí)器是一種常用的數(shù)模混合集成電路，既要理解內(nèi)部的結(jié)構(gòu)既要理解內(nèi)部的結(jié)構(gòu),也要熟練掌握外部連接。由也要熟練掌握外部連接。由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特、單穩(wěn)和多諧電路是本章的重點(diǎn)定時(shí)器構(gòu)成的施密特、單穩(wěn)和多諧電路是本章的重點(diǎn)。 施密特觸發(fā)器適用于緩慢變化的信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)施密特觸發(fā)器適用于緩慢變化的信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)漸漸變變達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變突變( (電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過(guò)程時(shí)有正反饋過(guò)程) )。 電路有電路有兩個(gè)兩個(gè)閾值電壓（閾值電壓（VT+，VT-）。）。 輸入信號(hào)增加和減

3、少時(shí)，輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性 。 o vI vO VOH VOL (a) VT+VT_ o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovI 1 vovI施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：正向傳輸正向傳輸特性特性(VT+)負(fù)向傳輸負(fù)向傳輸特性特性(VT-)圖圖6.2.2 P-31121210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且， OOITHIIOIVVVVVVVV1,00故故，進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的放放大大區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)OHOVV 使使電電路路迅

4、迅速速跳跳變變到到 OOTHIIOIVVV,VVV1A00vv故故進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的放放大大區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)TH2121)VRR(11 TTITHIVVVV)RR(V所所以以即即此此時(shí)時(shí) OOTHIIOIVVVV,VVV100Iv故故，進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的放放大大區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)門的正負(fù)向閾值電門的正負(fù)向閾值電壓壓VTH都是都是VDD/2圖圖3.3.12 P-81 o vI vO VOH VOL (a) VT+VT_00vi是漸變是漸變, ,vo是突變是突變.ITHIVRRRV212 vTHIVV, 此此時(shí)時(shí)vI而觸發(fā)器正向閾而觸發(fā)器正向閾值值VT

5、+與負(fù)向閾與負(fù)向閾值值VT-不同不同 OOITHIIOIVVVVVVVV1,11大大區(qū)區(qū)，故故時(shí)時(shí)，進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的放放至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)OLOVV 使使電電路路迅迅速速跳跳變變到到THTIIIDDTHIVRRVVVRRRVVV)1()(21211 v OOITHIIOIVVVV,VVV111v故故，進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的放放大大區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) OOITHIIOIVVVV,VVV111故故，進(jìn)進(jìn)入入傳傳輸輸特特性性的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，至至當(dāng)當(dāng)。時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)vTHTIIIDDTHIVRRVVVRRR)VV(VV)1(21211 o vI vO VOH VOL

6、(a) VT+VT_11vi是漸變是漸變, ,vo是突變是突變.vITHTVRRV)1(21 THTVRRV)1(21 結(jié)論結(jié)論:施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器有兩個(gè)有兩個(gè)閾值電壓（閾值電壓（VT+，VT-）。）。 212RVRVVV:THTTT 回回差差電電壓壓偏偏移移部部分分電電壓壓值值較較高高，加加入入電電平平反反相相”輸輸出出加加推推拉拉式式輸輸出出級(jí)級(jí)“輸輸入入加加“與與門門”附附加加部部分分：OLV vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0ttpovOvI1 vovIvov vT2v vT1ttt合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。 為去掉干擾信號(hào)為去掉干

7、擾信號(hào)回差電壓應(yīng)如何選擇？回差電壓應(yīng)如何選擇？ o vI vO 1 VO H VO L (b) o vI vO VO H VO L (a) 二二、幅度鑒別幅度鑒別 vovI00ttVth(VT+)1 1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：2 2、關(guān)于、關(guān)于“單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)” ” 、“雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)” ” 、“無(wú)穩(wěn)無(wú)穩(wěn)”的概念的概念觸發(fā)器有觸發(fā)器有“0”和和“1”兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),故又可其為雙穩(wěn)態(tài)電故又可其為雙穩(wěn)態(tài)電路路1；穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)下下：OHAOHOOIVVVVVV ),(,*110開(kāi)開(kāi)始始放放電電；進(jìn)進(jìn)入入暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)，后后，CVVVOOI,*001 返回穩(wěn)態(tài)；返回穩(wěn)態(tài)；后，后，當(dāng)放至

8、當(dāng)放至,*1 OTHAVVV恢恢復(fù)復(fù)初初始始態(tài)態(tài)；重重新新充充電電至至后后，,VCV*OHI 圖圖6.3.5 P-322101100110穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)0 1THOLOHOL)t ()()0()(wVVVVlnRCVVVVlnRCt 的時(shí)間。的時(shí)間。放電至放電至從從時(shí)間）等于時(shí)間）等于輸出脈沖寬度（輸出脈沖寬度（THOHAOVVVV0 輸出脈寬：輸出脈寬：tTR tw也就是也就是暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間2. 2. 性能參數(shù)計(jì)算性能參數(shù)計(jì)算求求tw利用一階利用一階RC電路公式電路公式結(jié)論：?jiǎn)畏€(wěn)電路有多種，但動(dòng)作特點(diǎn)是一樣的。結(jié)論：?jiǎn)畏€(wěn)電路有多種，但動(dòng)作特點(diǎn)是一樣的。一、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、

9、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74 121電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 和框圖和框圖 Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121等效內(nèi)部電路見(jiàn)等效內(nèi)部電路見(jiàn) P-324輸入端：輸入端：A1、A2、B，輸入觸發(fā)脈沖，輸入觸發(fā)脈沖OOU,U:輸輸出出端端外接元件端：外接元件端：Rext、Cext，決定暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。，決定暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。輸 入輸 出A1A2BvO0X101X0101XX00111X01電平電平觸發(fā)觸發(fā)111110XX0脈沖脈沖觸發(fā)觸發(fā)ov表表6.3.1 P3251 1、不可重復(fù)觸發(fā)、不可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再加觸發(fā)脈沖無(wú)效觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再加

10、觸發(fā)脈沖無(wú)效tUITWUOt2 2、可重復(fù)觸發(fā)、可重復(fù)觸發(fā)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再次觸發(fā)有效，觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，再次觸發(fā)有效，輸出脈沖可再維持一個(gè)脈寬。輸出脈沖可再維持一個(gè)脈寬。tUIUOtTW三、分類三、分類200lnlnln)()()()(RCVVVRCVVVVRCtTHCCCCtwtw振蕩器特點(diǎn)：不需觸發(fā)信號(hào)振蕩器特點(diǎn)：不需觸發(fā)信號(hào),無(wú)輸入端。無(wú)輸入端。開(kāi)關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平；開(kāi)關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平； 多諧振蕩器電路應(yīng)由哪幾部分組成？多諧振蕩器電路應(yīng)由哪幾部分組成？反饋延遲環(huán)節(jié)：反饋延遲環(huán)節(jié)： 利用利用RC電路的充放電特性電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)延時(shí)，將輸出電壓恰當(dāng)

11、地反饋給開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出反饋給開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻狀態(tài)，以獲得所需要的振蕩頻率。率。1、電路組成（、電路組成（TTL門）門）2、工作原理、工作原理則則暫態(tài)暫態(tài)： vI1 =1、vO1=0、v0 2=1； 設(shè)某一時(shí)刻，電路出現(xiàn)設(shè)某一時(shí)刻，電路出現(xiàn)vI1 ，vO1=0、vO2=1的狀態(tài)，的狀態(tài)，C1充電充電 v i2 = VTH 時(shí)，時(shí)， 進(jìn)入暫態(tài)進(jìn)入暫態(tài)： vi1 =0、 vo1=1、 vo2=0C2充電充電 vi1 = VTH 時(shí)時(shí) G1導(dǎo)通導(dǎo)通 vO1=0 vi1 vo1=1返回暫態(tài)返回暫態(tài) G2導(dǎo)通導(dǎo)通 vo2=0C1開(kāi)始充電、開(kāi)始充電、C2 放電放電1010

12、10101001振蕩器進(jìn)入第一暫態(tài)振蕩器進(jìn)入第一暫態(tài),C1充電充電,C2放電放電.振蕩器進(jìn)入第二暫態(tài)振蕩器進(jìn)入第二暫態(tài), C1放電，放電，C2充電充電. 221OIO.vvvvI1 結(jié)論結(jié)論：多諧振蕩器只有兩個(gè)暫態(tài)多諧振蕩器只有兩個(gè)暫態(tài),暫態(tài)時(shí)間由充電參數(shù)決定。暫態(tài)時(shí)間由充電參數(shù)決定。 這里參數(shù)計(jì)算不作要求。這里參數(shù)計(jì)算不作要求。圖圖6.4.5 P3311、組成、組成利用門電路的傳輸延遲時(shí)間利用門電路的傳輸延遲時(shí)間t tpd pd ， 將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接。將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接。vO1vO2vO31G11G21G32、工作波形、工作波形tvO1tvO2tvO3tpd3、計(jì)算、計(jì)算TW =

13、nt tpd ；T=2TW =2ntpd；一般，一般，tpd = =TTL類幾十類幾十 nsCMOS類幾百類幾百ns（所以，環(huán)形振蕩器所以，環(huán)形振蕩器的振蕩頻率的振蕩頻率f f 特別高）特別高）為了獲得較低的、可調(diào)的為了獲得較低的、可調(diào)的f f ，可在環(huán)形回路中增加，可在環(huán)形回路中增加RCRC延時(shí)環(huán)節(jié)。延時(shí)環(huán)節(jié)。TWn n是門的數(shù)目。是門的數(shù)目。010110100。加加大大積積分分環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，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1GC3 3、構(gòu)成矩形波振蕩器構(gòu)成矩形波振蕩器 CvovIR112DDTT+DDTTDDT

14、T+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t0110C充電充電C放電放電4、電路改進(jìn)、電路改進(jìn)占空比可調(diào)電路如圖：占空比可調(diào)電路如圖：1CvIvOR2R1+充電經(jīng)過(guò)充電經(jīng)過(guò)R2 ，放電經(jīng)過(guò)，放電經(jīng)過(guò)R1 ，T1= R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2= R1C ln VT+VT-q =T1/TT=T1+T2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1 或或 R2 ，即可調(diào)節(jié)，即可調(diào)節(jié)qP-487 年年美國(guó)美國(guó) 卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電磁振蕩的頻率。磁振蕩的頻率。巴黎廣播電臺(tái)首先用嚴(yán)濟(jì)慈制作的石英振巴黎廣播電臺(tái)

15、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)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。為壓電晶體的最重要應(yīng)用之一。DRQDR6.5.1 555定時(shí)器定時(shí)器 （數(shù)（數(shù)/模混合?；旌螴C）VCC/3，2VCC/3。C1為反相比較器為反相比較器, C2為同相比較器。為同相比較器。DRDRQDRDS低電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端放電端放電端置置0端端電源端電源端外接電壓端外接電壓端輸出端輸出端接地端接地端2、6、7、5、3五端之間的關(guān)系一定要清楚！五端之間的關(guān)系一定要

16、清楚！QDRDR010導(dǎo)通導(dǎo)通1010111截止截止圖圖6.5.1 P-348表表 6.5.1 555定時(shí)器功能表定時(shí)器功能表 1100CCV32 CCV32 CCV32 CCV32 CCV31 CCV31 CCV31 CCV31 DR Vo和和TD狀態(tài)狀態(tài) 維持不變維持不變010截止截止復(fù)習(xí)基本復(fù)習(xí)基本SR觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT?,?, TITIVVVV值值使使電電路路狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變的的值值使使電電路路狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變的的2 2、工作原理、工作原理?,?, TI

17、TIVVVV值值使使電電路路狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變的的值值使使電電路路狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變的的1 1、電路組成、電路組成 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 CCV32不變不變不變不變導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CCV31 CC31V CC32V CCV32 CC32V a a、接通電源，設(shè)、接通電源，設(shè)vC C=0,=0,vo o=0,=0, TD導(dǎo)通，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。導(dǎo)通，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 vc=02 2、工作原理、工作原理1 1、電路組成、電路組成CCV31CC32V vI1=0

18、CC31V vI2=10VCC只要只要vI1(VCC/3) ，vo=0的的穩(wěn)態(tài)一直維持下去。穩(wěn)態(tài)一直維持下去。 t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 不變不變不變不變導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V b b、當(dāng)輸入信號(hào)、當(dāng)輸入信號(hào)下降沿下降沿到達(dá)時(shí)到達(dá)時(shí), , 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 。tWtw = RC1n3 1.1RC c c、電

19、容放電、電容放電, , 電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) 1、工作原理、工作原理單穩(wěn)的低電平觸發(fā)脈沖單穩(wěn)的低電平觸發(fā)脈沖間隔時(shí)間若小于間隔時(shí)間若小于tW，會(huì)會(huì)出現(xiàn)什么情況？出現(xiàn)什么情況？RC.lnRCVVVlnRCVVVVlnRCtCCCCCC)t()()()(w1133200 o t o tvoVOH o vIt 0 vC23VCC13VCCtW 55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 F00 0ttt vIvCvOVCC31VCC32tW(補(bǔ)充題補(bǔ)充題,不作要求不作要求) VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2vO 2

20、 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 不變不變不變不變導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通（P-353）1、電路組成、電路組成2、工作原理、工作原理C)RR(7 . 02lnC)RR(V32VV31VC)RR(t2121CCCCCCCC211 設(shè)設(shè)vC在初在初始時(shí)間為始時(shí)間為0. VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t2 t2=R2C1n20.7R2C 不變不變不變不變導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通0 T VOVI2VI1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 振蕩周期振蕩周期:T=t1+t2=(R1+2R2)Cln2占空比占空比: q = t1/T問(wèn)題問(wèn)題：如果如果5端外端外接電源接電源E，將