幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路

幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第1頁(yè)2下頁(yè)返回一、概述獲取矩形脈沖波形路徑有兩種：利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要矩形脈沖。經(jīng)過整形電路把已經(jīng)有周期性改變波形，變換為符合要求矩形脈沖。在同時(shí)時(shí)序電路中，時(shí)鐘脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)系統(tǒng)工作，所以時(shí)鐘脈沖特征直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。但以能夠找到頻率和幅度都符合要求一個(gè)已經(jīng)有電壓信號(hào)為前提。上頁(yè)幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第2頁(yè)3下頁(yè)返回上頁(yè)矩形脈沖特征：占空比q=tW/T為了定量描述矩形脈沖特征通常給出幾個(gè)主要參數(shù)。脈沖周期上升時(shí)間下降時(shí)間脈沖幅度脈沖寬度幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第3頁(yè)4下頁(yè)返回上頁(yè)脈沖周期T—周期性重復(fù)脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖之間時(shí)間間隔。脈沖幅度Vm—脈沖電壓最大改變幅度。脈沖寬度tw—從脈沖前沿抵達(dá)0.5Vm起，到脈沖后沿抵達(dá)0.5Vm為止一段時(shí)間。上升時(shí)間tr—脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm

所需要時(shí)間。下降時(shí)間tf—脈沖上升沿從0.9Vm下降到0.1Vm

所需要時(shí)間。占空比q—脈沖寬度與脈沖周期比值，即q=tw/T。在脈沖整形或產(chǎn)生電路用于詳細(xì)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)還可能有一些特殊要求，如脈沖周期和幅度穩(wěn)定性等，這時(shí)還需要增加一些對(duì)應(yīng)性能參數(shù)來說明。幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第4頁(yè)5下頁(yè)返回上頁(yè)二、施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用一個(gè)電路。利用這兩個(gè)特點(diǎn)不但能將邊緣改變遲緩信號(hào)波形整形為邊緣陡峭矩形波，而且能夠?qū)B加在矩形脈沖高、低電平上噪聲有效地消除。它在性能上有兩個(gè)主要特點(diǎn)：輸入信號(hào)從低電平上升過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過程中對(duì)應(yīng)輸入轉(zhuǎn)換電平不一樣。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，經(jīng)過電路內(nèi)部正反饋過程使輸出電壓波形邊緣變得很陡。幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第5頁(yè)6下頁(yè)返回上頁(yè)G1、G2

VTH≈1/2VDDR1<R2當(dāng)vI=0時(shí)vO=vOL≈0,當(dāng)vI從0逐步升高并到達(dá)v'I=VTH時(shí)，G1進(jìn)入轉(zhuǎn)折區(qū)。VTHVT+0電路狀態(tài)快速轉(zhuǎn)換為vO=vOH≈VDD。1.用門電路組成施密特觸發(fā)器用CMOS反相器組成施密特觸發(fā)器幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第6頁(yè)7下頁(yè)返回上頁(yè)VTHVT+0得正向閾值電壓：幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第7頁(yè)8下頁(yè)返回上頁(yè)當(dāng)vI從高電平逐步下降并到達(dá)v'I=VTH時(shí)，v'I下降引發(fā)又一個(gè)正反饋過程。VTHVT-電路狀態(tài)快速轉(zhuǎn)換為vO=vOL≈0。VDD幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第8頁(yè)9下頁(yè)返回上頁(yè)VTHVT-VDD得負(fù)向閾值電壓：已得知正向閾值電壓：幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第9頁(yè)10下頁(yè)返回上頁(yè)電壓傳輸特征經(jīng)過改變R1和R2比值能夠調(diào)整VT+、VT-和回差電壓大小。但R1必須小于R2，不然電路將進(jìn)入自鎖狀態(tài)，不能正常工作。(a)同相輸出(b)反相輸出幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第10頁(yè)11下頁(yè)返回上頁(yè)2.集成施密特觸發(fā)器帶與非功效TTL集成施密特觸發(fā)器仿真幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第11頁(yè)12下頁(yè)返回上頁(yè)3.施密特觸發(fā)器應(yīng)用用于波形變換利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中正反饋?zhàn)饔?，可把邊緣改變遲緩周期性信號(hào)變成邊緣很陡矩形脈沖信號(hào)。用于脈沖整形在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，可經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形取得比較理想矩形脈沖波形。用于脈沖鑒幅施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+脈沖選出，含有脈沖鑒幅能力。4.組成多諧振蕩器幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第12頁(yè)13下頁(yè)返回上頁(yè)三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不一樣工作狀態(tài)。在觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖寬度和幅度無關(guān)。

（觸發(fā)脈沖應(yīng)滿足電路要求）。幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第13頁(yè)14下頁(yè)返回上頁(yè)

定時(shí)（產(chǎn)生一定寬度矩形波）。

整形（把不規(guī)則波形變?yōu)橐?guī)則脈沖波形）。

延時(shí)（將輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出）。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中作用：幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第14頁(yè)15下頁(yè)返回上頁(yè)

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G1vdCdRdG2vI2幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第15頁(yè)16下頁(yè)返回上頁(yè)2.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正負(fù)脈沖vd，當(dāng)vd上升到VTH以后，將引發(fā)以下正反饋過程vdvO1vI2vO使vO1快速跳變?yōu)榈碗娖?。VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI2幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第16頁(yè)17下頁(yè)返回上頁(yè)2.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

高電平仍將維持。同時(shí)，電容C開始充電。vI2逐步升高，當(dāng)升至vI2=VTH時(shí)，又引發(fā)另外一個(gè)正反饋過程vOvI2vO1VDDvO1vOvIRC微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1vdCdRdG2vI2幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第17頁(yè)18下頁(yè)返回上頁(yè)2.工作原理假如這時(shí)觸發(fā)脈沖已消失（vd已回到低電平），則vO1

、vI2快速跳變?yōu)楦唠娖?，并使輸出返回vO=0狀態(tài)。同時(shí)，電容C經(jīng)過電阻R和門G2輸入保護(hù)電路向VDD放電，直至電容上電壓為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G1vdCdRdG2vI2幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第18頁(yè)19下頁(yè)返回上頁(yè)vItttttOOOOOvdvO1vOvI2VTHtWtW輸出脈沖幅度分辨時(shí)間td是指在確保電路能正常工作前提下，允許兩個(gè)相鄰觸發(fā)脈沖之間最小時(shí)間間隔?；謴?fù)時(shí)間幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第19頁(yè)20下頁(yè)返回上頁(yè)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)步驟CMOS或非門A+VDDvO1vOvIRC+CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第20頁(yè)21下頁(yè)返回上頁(yè)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)器幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第21頁(yè)22下頁(yè)返回上頁(yè)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+幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第22頁(yè)23下頁(yè)返回上頁(yè)要求T>tp原因vIOtvOOtvO1OtvAOtVDD

UTH

若不滿足T>tp，則：vO伴隨vI改變而改變。A+VDDvO1vOvIRC+幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第23頁(yè)24下頁(yè)返回上頁(yè)vOOtvAOtUTH

tp暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)連續(xù)時(shí)間幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第24頁(yè)25下頁(yè)返回上頁(yè)

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功效表幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第25頁(yè)26下頁(yè)返回上頁(yè)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121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)）幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第26頁(yè)27下頁(yè)返回上頁(yè)四、多諧振蕩器多諧振蕩器是一個(gè)自激振蕩器，接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖中含有豐富高次諧波分量，所以習(xí)慣上把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第27頁(yè)28下頁(yè)返回上頁(yè)

對(duì)稱式多諧振蕩器假定因?yàn)槟撤N原因使vI1

有微小正跳變，則必定會(huì)引發(fā)以下正反饋過程使vO1

快速跳變?yōu)榈碗娖?、vO2

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

開始充電而C2

開始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO1vI1vO2vI2幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第28頁(yè)29下頁(yè)返回上頁(yè)C1

充電速度較快，vI2

首先上升到G2閾值電壓VTH

，并引發(fā)以下正反饋過程使vO2

快速跳變至低電平、vO1

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

開始充電而C1

開始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO2vI2vO1vI1幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第29頁(yè)30下頁(yè)返回上頁(yè)vO2OtvI2OtOtvO1vI1OtVTHVTH在RF1=RF2=RF、

C1=C2=C條件下，VIKVIK幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第30頁(yè)31下頁(yè)返回上頁(yè)RC環(huán)形多諧振蕩器vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假設(shè)vI1=0則vI2=1vO2=0vI3

躍變?yōu)?vO=0RSG1G2G3RvI3vI2vI1vO2CvORRSR1vOL2vIH2VCCCvI3RvOL2vIH2CvI3幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路第31頁(yè)32下頁(yè)返回上頁(yè)vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO假設(shè)vI1=0則vI2=1vO2=0vI3

躍變?yōu)?vO=0電容C放電vI3

電位下降RSG1G2G3RvI3vI2vI1vO2CvORvOL2v