fl10脈沖波形的產(chǎn)生和整形

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形概述1施密特觸發(fā)器2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3多諧振蕩器4555定時(shí)器510.1概述一、脈沖信號

脈沖是脈動和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信號均可稱為脈沖信號。廣義講，各種非正弦信號都是脈沖信號。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波10.1概述

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號，如觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時(shí)電路——555定時(shí)器。10.1概述二、脈沖信號的參數(shù)trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脈沖信號的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T

。施密特觸發(fā)器是又一種常用的脈沖信號整形電路。工作特性：①具有兩個穩(wěn)態(tài)；②屬于電平觸發(fā)，緩慢變化的信號也可以作為輸入信號，當(dāng)輸入信號達(dá)到某一特定值時(shí)，輸出電平就發(fā)生突變；③輸入信號從低電平上升時(shí)，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降時(shí)對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。uo0U－U+uI電壓傳輸特性①輸入信號上升時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U+

，稱為正向閾值電壓；②輸入信號下降時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U－

，稱為負(fù)向閾值電壓；③差值ΔU＝U+－U-，稱為回差電壓。10.2施密特觸發(fā)器G1、G2的VTH≈1/2VDDR1<R2當(dāng)vI=0時(shí)vO=vOL

≈0,當(dāng)vI從0逐漸升高并達(dá)到v'I

=VTH時(shí)，G1進(jìn)入轉(zhuǎn)折區(qū)。VTHVT+電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為vO=vOH

≈VDD。1.用門電路組成的施密特觸發(fā)器用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器VDDVTHVT+得正向閾值電壓：VDD當(dāng)vI從高電平逐漸下降并達(dá)到v'I

=VTH時(shí)，v'I的下降引發(fā)又一個正反饋過程。VTHVT-電路的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為vO=vOL

≈0。0VTHVT-VDD得負(fù)向閾值電壓：已得知正向閾值電壓：電壓傳輸特性通過改變R1和R2的比值可以調(diào)節(jié)VT+、VT-和回差電壓的大小。但R1必須小于R2，否則電路將進(jìn)入自鎖狀態(tài)，不能正常工作。(a)同相輸出(b)反相輸出2.集成施密特觸發(fā)器帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器3、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換

施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號變換成邊沿陡峭的矩形脈沖信號。2.波形整形

施密特觸發(fā)器可以將不規(guī)則的波形整形為矩形波。若適當(dāng)增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)

從一系列幅度不同的脈沖信號中選出幅度大于正向閾值電壓U+的輸入脈沖，即對幅度進(jìn)行鑒別。3.幅度鑒別uIU+U-t0uo0t同向輸出施密特觸發(fā)器4.構(gòu)成多諧振蕩器工作原理：電容上初始電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經(jīng)R向C充電，當(dāng)充至uI＝U+時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進(jìn)行放電，當(dāng)放電至uI＝U-時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常用的脈沖整形電路，簡稱單穩(wěn)。由外界觸發(fā)自動返回穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)恢復(fù)期工作特性：①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；②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(shí)間以后，電路能自動返回穩(wěn)態(tài)；③暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，其維持時(shí)間的長短取決于電路自身參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)。10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)CMOS或非門--RC微分電路VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI22.工作原理當(dāng)觸發(fā)脈沖vI加到輸入端時(shí)，在微分電路輸出端得到很窄的正負(fù)脈沖vd，當(dāng)vd上升到VTH以后，將引發(fā)如下的正反饋過程vdvO1vI2vO使vO1迅速跳變?yōu)榈碗娖?。VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI2192.工作原理vI2同時(shí)跳變至低電平，并使vO跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。這時(shí)即使vd回到低電平，vO

的高電平仍將維持。同時(shí)，電容C開始充電。vI2逐漸升高，當(dāng)升至vI2=VTH時(shí)，又引發(fā)另外一個正反饋過程vOvI2vO1VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI22.工作原理如果這時(shí)觸發(fā)脈沖已消失（vd已回到低電平），則vO1

、vI2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，并使輸出返回vO=0的狀態(tài)。同時(shí)，電容C通過電阻R和門G2的輸入保護(hù)電路向VDD放電，直至電容上的電壓為0，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI2vItttttOOOOOvdvO1vOvI2VTHtWtW輸出脈沖的幅度分辨時(shí)間td是指在保證電路能正常工作的前提下，允許兩個相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時(shí)間間隔?；謴?fù)時(shí)間CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)積分型延時(shí)環(huán)節(jié)CMOS或非門A+VDDvO1vOvIRC+CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.工作原理vI

≈

UDD（為“1”），vO1

≈0V（為“0”），vA

為“0”，輸出vO

為“0”。穩(wěn)定狀態(tài)“1”“0”A+VDDvO1vOvIRC+CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vIOtvOOtvO1OtvAOt暫穩(wěn)態(tài)vI=0vO1=1C放電vO=1VDD

UTH

恢復(fù)vI=1vO1=0C充電vO=0Ttp要求T>tp穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)A+VDDvO1vOvIRC+要求T>tp的原因vIOtvOOtvO1OtvAOtVDD

UTH

若不滿足T>tp，則：vO隨著vI的變化而變化。A+VDDvO1vOvIRC+vOOtvAOtUTH

tp暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1634759101114輸入輸出0×101×0101××00111×01111110××0集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部連接方法16347591011141使用外接電阻Rext(下降沿觸發(fā)）1634759101114使用內(nèi)部電阻Rint(上升沿觸發(fā)）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.脈沖整形IutWOu

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把輸入的不規(guī)則脈沖信號uI，整形為具有一定幅度和一定寬度的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖uO。uO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于定時(shí)元件R和C。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形波形2.脈沖延時(shí)

脈沖延時(shí)電路一般要用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成。延時(shí)時(shí)間為tW1，它決定于第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)波形3.定時(shí)

由于單穩(wěn)觸發(fā)器可產(chǎn)生寬度為tW的矩形脈沖，利用這個矩形脈沖去控制某電路使它在tW的時(shí)間內(nèi)動作或不動作，這就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)作用。定時(shí)時(shí)間為tW，可通過調(diào)節(jié)定時(shí)元件R和C來調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間。1&uIOuuO單穩(wěn)與門uFtWuIuOuFOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)波形10.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種常用的脈沖信號產(chǎn)生電路。工作特性：①無穩(wěn)態(tài)，具有兩個暫穩(wěn)態(tài)；②自激振蕩器－－在接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖；③矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波－－故稱為多諧振蕩器。自動觸發(fā)自動返回暫穩(wěn)態(tài)0暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)0

對稱式多諧振蕩器假定由于某種原因使vI1

有微小的正跳變，則必然會引起如下的正反饋過程使vO1

迅速跳變?yōu)榈碗娖?、vO2

迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第一個暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)電容C1

開始充電而C2

開始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO1vI1vO2vI2C1

充電速度較快，vI2

首先上升到G2的閾值電壓VTH

，并引起如下的正反饋過程使vO2

迅速跳變至低電平、vO1

迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)電容C2

開始充電而C1

開始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO2vI2vO1vI1vO2OtvI2OtOtvO1vI1OtVTHVTH在RF1=RF2=RF、

C1=C2=C的條件下，VIKVIKRC環(huán)形多諧振蕩器vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假設(shè)vI1=0則vI2=1vO2=0vI3

躍變?yōu)?vO=0RSG1G2G3RvI3vI2vI1vO2CvORRSR1vOL2vIH2VCCCvI3RvOL2vIH2CvI3vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假設(shè)vI1=0則vI2=1vO2=0vI3

躍變?yōu)?vO=0電容C放電vI3

電位下降RSG1G2