肪沖波形的產(chǎn)生和整形

肪沖波形的產(chǎn)生和整形肪沖波形的產(chǎn)生和整形第1頁內(nèi)容提要本章限于介紹矩形脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。脈沖整形電路中，介紹最常見整形電路——施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。在脈沖振蕩電路中，介紹了多諧振蕩器電路和幾個常見形式——對稱式和非對稱式多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器以及用施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器等。另外，還對幾個不一樣類型壓控振蕩器電路作了概要介紹。在本章最終，討論了廣為應(yīng)用555定時器和用它組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器方法。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第2頁6、1概述獲取矩形脈沖波形路徑不外乎有兩種：一個是利用各種形式多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要矩形脈沖，另一個是經(jīng)過各種整形電路把已經(jīng)有周期性改變波形變換為符合要求矩形脈沖。但在采取整形方法獲取矩形脈沖時，是以能夠找到頻率和幅度都符合要求一個已經(jīng)有電壓信號為前提。為了定量描述矩形特征，通常給出圖6.1.1中所標(biāo)注幾個主要參數(shù)。脈沖周期T——周期性重復(fù)脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間時間間隔。有時也用頻率 表示單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)次數(shù)。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0.5Vm起，到脈沖后沿抵達0.5Vm為止一段時間。上升時間tr——脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需要時間。下降時間tf——脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要時間。占空比q——脈沖寬度與脈沖周期比值，亦即q=tw/T。圖6.1.1描述矩形脈沖特征主要參數(shù)肪沖波形的產(chǎn)生和整形第3頁圖6.1.1描述矩形脈沖特征主要參數(shù)肪沖波形的產(chǎn)生和整形第4頁6、2施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)是脈沖波形變換中經(jīng)常使用一個電路。它在性能上有兩個主要特點：輸入信號從低電平上升過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)輸入轉(zhuǎn)換電平不一樣。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，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。利用這兩個特點不但能將邊緣改變遲緩信號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去除。6、2、1用門電路組成施密特觸發(fā)器圖6.2.1用CMOS反相器組成施密特觸發(fā)器

（a）電路（b）圖形符號肪沖波形的產(chǎn)生和整形第5頁圖6.2.2圖6.2.1電路電壓傳輸特

（a）同相輸出（b）反相輸出肪沖波形的產(chǎn)生和整形第6頁6、2、3施密特觸發(fā)器應(yīng)用一、用于波形變換利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中正反饋作用，能夠把邊緣改變緩慢周期性信號變換為邊緣很陡矩形脈沖信號。圖6.2.8用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)波形變換肪沖波形的產(chǎn)生和整形第7頁二、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，但都能夠經(jīng)過用施密特觸發(fā)器整形而取得比較理想矩形脈沖波形。圖6.2.9用施密特觸發(fā)器對脈沖整形肪沖波形的產(chǎn)生和整形第8頁三、用于脈沖鑒幅若將一系列幅度各異脈沖信號加到施密特觸發(fā)器輸入端時，只有那些幅度大于VT+脈沖才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號。所以，施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+

脈選出，含有脈沖鑒幅能力。圖6.2.10用施密特觸發(fā)器判別脈沖幅度肪沖波形的產(chǎn)生和整形第9頁6、3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特征含有以下顯著特點：它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不一樣工作狀態(tài)；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，再自行返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持時間長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)。因為具備這些特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時(產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖輸出脈沖)以及定時(產(chǎn)生固定時間寬度脈沖信號)等。6、3、1用門電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路充、放電過程來維持。依據(jù)RC電路不一樣接法(即接成微分電路形式或積分電路形式)，以把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第10頁一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖6.3.1是用CMOS門電路和RC微分電路組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。對于CMOS門電路，能夠近似地認(rèn)為 ，而且通常在穩(wěn)態(tài)下 ,故 ,電容C上沒有電壓。圖6.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器肪沖波形的產(chǎn)生和整形第11頁

當(dāng)觸發(fā)脈沖加到輸入端時，Rd和Cd組成微分電路輸出端得到很窄正、負脈沖。當(dāng)上升到VTH以后，將引發(fā)以下正反饋過程與此同時，電容C開始充電。伴隨充電過程進行VI2逐步升高，當(dāng)升至VI2=VTH時，又引發(fā)另外一個正反饋過程圖6.3.2圖6.3.1電路電壓波形圖肪沖波形的產(chǎn)生和整形第12頁

依據(jù)對RC電途經(jīng)渡過程分析可知，在電容充、放電過程中，電容上電壓從充、放電開始到改變至某一數(shù)值VTH所經(jīng)過時間可用下式計算。圖6.3.2波形圖可見，圖電路中電容電壓從0充至VTH時間即tw

。將 代入式(6.3.1)得到肪沖波形的產(chǎn)生和整形第13頁二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖6.3.5是用TTL與非門和反相器以及RC積分電路組成積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖6.3.5積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖6.3.6圖6.3.5電路電壓波形圖肪沖波形的產(chǎn)生和整形第14頁6、4、4用施密特觸發(fā)器組成多揩振蕩器圖6.4.15用施密特觸發(fā)器構(gòu)

成多諧振蕩器圖6.4.16圖6.4.15電路電壓波形圖肪沖波形的產(chǎn)生和整形第15頁6、4、5石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場所下都對多揩振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求。比如在將多諧振器作為數(shù)字鐘脈沖源使用時，它頻率穩(wěn)定性直接影響著計時準(zhǔn)確性。在這種情況下，前面所講幾個多諧振蕩器電路難以滿足要求。順為在這些多諧振蕩器中振蕩頻率主要取決于門電路輸入電壓在充、放電過程中到達轉(zhuǎn)換電平所需要時間，所以頻率穩(wěn)定性不可能很高。圖6.4.18石英晶體電抗頻率特征和符號肪沖波形的產(chǎn)生和整形第16頁6、5555定時器及其應(yīng)用6、5、1555定時器電路結(jié)構(gòu)與功效

555定時器是一個多用途數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便地組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。因為使用靈活、方便，所以555定時器在波形產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。圖6.5.1是國產(chǎn)雙極型定時器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它由比較器C1和C2、基礎(chǔ)RS觸發(fā)器和集電極開路放電三極管TD三個別組成。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第17頁圖6.5.1CB555電路結(jié)構(gòu)圖肪沖波形的產(chǎn)生和整形第18頁輸入輸出TD狀態(tài)01111低低不變高高導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止截止表6.5.1CB555功效表肪沖波形的產(chǎn)生和整形第19頁

能夠構(gòu)想，假如使低電平信號發(fā)生在輸入電壓信號不一樣電平，那么輸出與輸入之間關(guān)系將為施密特觸發(fā)特征；假如在加入一個低電平觸發(fā)信號以后，經(jīng)過一定時間能在輸入端自動產(chǎn)生一個低電平信號，就能夠得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；假如能使低電平信號交替地反復(fù)出現(xiàn)，就能夠得到多諧振蕩器。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第20頁6、5、2用555定時器接成施密特觸發(fā)器將555定時器 兩個輸入端連在一起作為信號輸入端,如圖6.5.2所表示，即可得到施密特觸發(fā)器。圖6.5.2用555定時器接成施密特觸發(fā)器肪沖波形的產(chǎn)生和整形第21頁首先咱們分析逐步升高過程：其次，再看開始下降過程：假如參考電壓由外接電壓VCO供給，則不難看出這時 。經(jīng)過改變VCO值能夠調(diào)整回差電壓大小。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第22頁圖6.5.3圖6.5.2電路電壓傳輸特征肪沖波形的產(chǎn)生和整形第23頁6、5、3用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖6.5.4用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器肪沖波形的產(chǎn)生和整形第24頁

假如沒有觸發(fā)信號時處于高電平，那么穩(wěn)態(tài)時這個電路一定處于 。假定接通電源后觸發(fā)器停在Q=0狀態(tài)，則TD導(dǎo)通 。故將穩(wěn)定地維持不變。圖6.5.5圖6.5.4電路電壓波形圖肪沖波形的產(chǎn)生和整形第25頁輸出脈沖寬度等于暫穩(wěn)態(tài)連續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)連續(xù)時間取決于外接電阻R和電容C大小。由圖可知，等于電容電壓在充電過程中從0上升到2/3Vcc所需要時間，所以得到通常R取值在幾百到幾兆歐姆之間，電容取值范圍為幾百皮法到幾百微法，tw范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，伴隨tw寬度增加它精度和穩(wěn)定度也將下降。肪沖波形的產(chǎn)生和整形第26頁6、5、4用555定時器接成多揩振蕩器既然用555定時器能很方便地接成施密特觸發(fā)器，那么咱們就能夠先把它接成施密特觸發(fā)器，然后利用前面6.4.4節(jié)講過方法，在施密特觸發(fā)器基礎(chǔ)上改接成多諧振蕩器。圖6.5.6用555定時器接成多諧振蕩器肪沖波形的產(chǎn)生和整形第27頁圖6.5