【大學(xué)課件】脈沖產(chǎn)生與整形電路

脈沖產(chǎn)生與整形電路本課程將深入探討脈沖電路的原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。我們將學(xué)習(xí)如何產(chǎn)生、整形和分析各種脈沖信號(hào)，為電子工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一、脈沖概述定義脈沖是電路中短暫的電壓或電流變化。特點(diǎn)脈沖具有快速變化、持續(xù)時(shí)間短的特性。分類包括方波、三角波、鋸齒波等多種形式。1.脈沖的定義電壓變化脈沖是電路中電壓從一個(gè)穩(wěn)定值快速變化到另一個(gè)值，然后又返回的現(xiàn)象。時(shí)間特性脈沖的持續(xù)時(shí)間通常很短，可能只有幾微秒或更短。信息載體脈沖可以攜帶信息，廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信和信號(hào)處理中。2.脈沖的特點(diǎn)快速變化脈沖的上升和下降時(shí)間非常短，通常在納秒或微秒級(jí)別?？芍貜?fù)性脈沖可以按照一定的頻率重復(fù)出現(xiàn)，形成周期性信號(hào)。多樣性脈沖可以有多種波形，如方波、三角波、指數(shù)波等。3.脈沖的分類1方波脈沖上升和下降時(shí)間極短，持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持恒定電壓。2三角波脈沖呈線性上升和下降的波形，無(wú)恒定電壓平臺(tái)。3鋸齒波脈沖線性上升（或下降），然后快速返回初始值的波形。4指數(shù)脈沖電壓按指數(shù)規(guī)律變化的波形，常見(jiàn)于RC電路中。二、脈沖產(chǎn)生電路觸發(fā)器利用單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器生成脈沖。開(kāi)關(guān)電路使用單刀雙擲開(kāi)關(guān)構(gòu)建簡(jiǎn)單的脈沖發(fā)生器。振蕩器通過(guò)LC或RC振蕩電路產(chǎn)生連續(xù)脈沖。1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在接收到觸發(fā)信號(hào)后，輸出一個(gè)固定寬度的脈沖，然后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。特點(diǎn)輸出脈沖寬度可調(diào)只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)常用于定時(shí)和延時(shí)電路2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖生成電路1觸發(fā)輸入接收外部觸發(fā)信號(hào)2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生固定寬度脈沖3RC網(wǎng)絡(luò)控制脈沖寬度4輸出緩沖提供驅(qū)動(dòng)能力3.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩個(gè)穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，可以在兩個(gè)狀態(tài)之間切換。觸發(fā)切換通過(guò)外部信號(hào)觸發(fā)，可以從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)。應(yīng)用廣泛在數(shù)字電路中廣泛應(yīng)用，如存儲(chǔ)單元、計(jì)數(shù)器等。4.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖生成電路時(shí)鐘輸入提供周期性觸發(fā)信號(hào)。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在時(shí)鐘信號(hào)控制下切換狀態(tài)。組合邏輯根據(jù)觸發(fā)器狀態(tài)生成所需脈沖。輸出調(diào)整根據(jù)需要調(diào)整脈沖的幅度和形狀。5.單刀雙擲開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單刀雙擲開(kāi)關(guān)有一個(gè)公共端和兩個(gè)可選擇的接觸端。電路控制可以用于切換電路連接，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的脈沖生成。手動(dòng)操作通常由人工操作，也可以用繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。6.單刀雙擲開(kāi)關(guān)構(gòu)成的脈沖生成電路1電源連接連接直流電源2開(kāi)關(guān)切換快速切換開(kāi)關(guān)位置3電容充放電產(chǎn)生電壓變化4輸出脈沖形成簡(jiǎn)單脈沖波形三、脈沖整形電路1波形調(diào)整修改脈沖的形狀，使其符合特定要求。2參數(shù)優(yōu)化改善脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)間和幅度。3噪聲抑制去除脈沖中的噪聲和干擾成分。4標(biāo)準(zhǔn)化處理將不規(guī)則脈沖轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波形。1.整形電路的作用信號(hào)質(zhì)量改善整形電路可以改善脈沖信號(hào)的質(zhì)量，提高系統(tǒng)的可靠性和精度。它可以消除信號(hào)中的毛刺和噪聲，使波形更加規(guī)整。波形標(biāo)準(zhǔn)化將各種不規(guī)則的輸入脈沖轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波或其他所需波形。這對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。2.截止電路工作原理利用二極管或晶體管的單向?qū)щ娞匦?，?duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅。正向截止限制信號(hào)的正向幅度，去除超過(guò)某一電平的部分。負(fù)向截止限制信號(hào)的負(fù)向幅度，防止信號(hào)超出負(fù)向限值。3.微分電路斜率檢測(cè)輸出與輸入信號(hào)變化率成正比。窄脈沖生成可將方波轉(zhuǎn)換為窄脈沖序列。邊沿檢測(cè)用于檢測(cè)信號(hào)的快速變化。4.積分電路1輸入信號(hào)接收需要積分的脈沖信號(hào)。2RC網(wǎng)絡(luò)通過(guò)RC電路實(shí)現(xiàn)積分功能。3充放電過(guò)程電容器充放電產(chǎn)生積分效果。4輸出波形得到平滑的輸出信號(hào)。5.比較器電路輸入信號(hào)待比較的脈沖信號(hào)?；鶞?zhǔn)電壓設(shè)定比較閾值。比較過(guò)程運(yùn)算放大器比較兩個(gè)輸入。輸出結(jié)果產(chǎn)生高低電平輸出。四、脈沖特性分析幅度脈沖的最大值與最小值之差。脈寬脈沖持續(xù)的時(shí)間。上升時(shí)間從10%到90%幅度所需時(shí)間。重復(fù)率脈沖每秒鐘重復(fù)的次數(shù)。1.幅度100%最大相對(duì)幅度脈沖幅度通常用百分比表示，100%表示全幅度。5V典型電壓幅度數(shù)字電路中常見(jiàn)的脈沖幅度值，如TTL電平。1ms測(cè)量時(shí)間準(zhǔn)確測(cè)量幅度通常需要在脈沖平臺(tái)期進(jìn)行。2.脈寬定義脈寬是指脈沖從上升沿到下降沿之間的時(shí)間間隔。它通常在50%幅度點(diǎn)測(cè)量。影響因素信號(hào)源特性傳輸線效應(yīng)負(fù)載條件3.上升時(shí)間和下降時(shí)間上升時(shí)間脈沖從10%幅度上升到90%幅度所需的時(shí)間。下降時(shí)間脈沖從90%幅度下降到10%幅度所需的時(shí)間。測(cè)量方法通常使用高速示波器直接測(cè)量或通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出。4.重復(fù)率1定義單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)2計(jì)算重復(fù)率=1/周期3單位赫茲（Hz）4應(yīng)用決定信號(hào)傳輸速率五、脈沖應(yīng)用1.計(jì)數(shù)數(shù)字計(jì)數(shù)器利用脈沖信號(hào)觸發(fā)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)精確計(jì)數(shù)。頻率分頻通過(guò)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的降低。事件記錄記錄特定事件發(fā)生的次數(shù)。2.時(shí)間測(cè)量1啟動(dòng)計(jì)時(shí)第一個(gè)脈沖觸發(fā)計(jì)時(shí)器開(kāi)始。2計(jì)時(shí)進(jìn)行內(nèi)部晶振提供精確時(shí)基。3停止計(jì)時(shí)第二個(gè)脈沖停止計(jì)時(shí)器。4讀取結(jié)果顯示或輸出時(shí)間間隔。3.頻率測(cè)量信號(hào)輸入待測(cè)脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)門控精