脉冲信号的产生与整形(1).ppt

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1、 第七章第七章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 本章介绍矩形脉冲的产生和整形电路。首先介绍两种常用的整形电路施密特触发器和单稳态触发器电路。在脉冲产生电路中介绍多谐振荡器的几种常见形式。本章的最后讨论应用555定时器的原理及用它构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。本章讨论的是脉冲波形，重点是脉冲波形的变重点是脉冲波形的变换和波形参数的计算。换和波形参数的计算。7.1概述概述1本章研究波形的产生和变换，重点：波形的分析和计算。2脉冲波形的参数：见下页图，3.获得矩形脉冲有两种方法：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路把已有

2、的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。4.主要讨论多谐振荡器的几种常见形式非对称式和对称式多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器以及应用施密特触发器和单稳态触发器的一些常用结构形式，并对它们的功能特点及其主要应用作简单的叙述。脉冲幅度VM脉冲周期T脉冲频率f脉冲宽度TW上升时间TR下降时间TF占空比：q=TW/T7.1 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡电路，在接通电源后无需外加输入信号便可以自动产生一定频率和幅值的矩形脉冲。多谐振荡器是数字式仪表和设备中必有的部分，用于产生基准信号或时钟脉冲。无稳定状态，只有两个暂稳态，通过对电路中的储能元件电容器的差点和放电，使电路在两个暂稳态之间

3、交替变化，产生自激振荡，从而输出周期性的矩形脉冲信号。因此多谐振荡器又称为无稳态电路。特点：1.两个暂稳态，状态自动转换；2.停留在暂稳态的时间TW由电路本身参数决定3.正反馈产生振荡、改善波形。二二 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器：CMOS电路电路1.RF、C用作定时元件觉得该振荡器的频率，RP是补偿电阻，可以减小电源电压变化对震荡频率的影响，一般RPRF2.T=T1+T2=2.2RFC。7.1.1.2 工作原理工作原理1.第一稳态电路接通电源后，假定vI1有极微小的正跳变发生，使门G1的输出vO1有负跳变，它使门G2的输出有一个正跳变，通过电容C的耦合，是vI1进一步增大。如此形成正

4、反馈，其结果是当vI1上升到vI1=VTH时，门G1开启，输出vO1在极短的时间里迅速跳变为低电平VOL;而门G2关闭，输出vO2跳变为高电平VOH,电路进入第一稳态。2.第二稳态第二稳态由于vO1为低电平(门G1输出相当于接地)，则vO2的高电平经RP及G1的输入阻抗和RF对电容C进行反向充电，使电压VI1逐渐下降，同时必将又有另一个正反馈过程产生.正反馈的结果是，当vI1下降到vI1=VTH时，门G1关闭，vO1迅速跳变到高电平VOH;而门G2开启，vO2迅速跳变到低电平vOL,电路进入第二暂稳态。3.两个暂稳态之间的相互转换两个暂稳态之间的相互转换随着vO1通过RF对C进行正向充电，使v

5、I1迅速增加，当vI1增加到vI1=VTH时，门G1开启，输出vO1=vOL，电路又重新转换到第一暂稳态。7.1.1.3 参数估算参数估算当取VTH=VDD/2时，输出方波的幅度：VmVDD使用方波的周期：T=2RFCln32.2RFCTTL门电路组成的对称式多谐振荡器，由G1,G2两个反相器经耦合电容C1,C2连接起来，形成正反馈回来。须恰当的选择反馈电阻RF1,RF2的阻值，G1,G2的静态工作点位于电压传输特性的转折区，以便于两个暂稳态之间的相互转换。7.1.2对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器：TTL电路7.1.2对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器：TTL电路1.第一暂稳态电路接通电源后，

6、假定vI1产生较小正跳变，则有以下反馈过程：vI1vO1vI2vO2正反馈的结果，使得输出vO1在极短的时间里迅速跳变为低电平VOL,vO2跳变为高电平VOH,此时把电路称为进入第一暂稳态。第二暂稳态由于vO1为低电平，则输出电压vO2通过电阻RF2,以及门G2的外接正电源通过门G1内部的电阻，两条线同时对电容C1进行正向充电，使电压vI2上升；vI2vO2vI1vO1由于C1充电较快，C2放电较慢，当vI2上升到门G2的阀值电压VTH时，vO2迅速跳变到低电平VOL,而vO1迅速跳变到高电平VOH,电路进入第二暂稳态。7.1.2.3 参数估算参数估算3.两个暂稳态之间的相互转换两个暂稳态之间

7、的相互转换电路进入第二暂稳态的同时，C2开始充电，C1开始放电。由于电路的对称性，这一过程与上升C1充电、C2放电的过程完全对应，当vI1上升到G2的阀值电压VTH时，vO1跳变为低电平VOL，vO2跳变为高电平VOH,电路又返回到第一暂稳态。电路在这两个暂稳态之间不停的往复振荡，在输出端产生矩形脉冲信号。RF1=RF2=RF,C1=C2=C,VTH=VDD/2时输出方波的幅度：VmVDD输出方波的周期：T=2RCln21.4RFC五五 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1.其谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决定，与外接电阻、电容无关，频率稳定性高频率稳定性高；2.在石英晶体两端加上

8、不同频率的电压信号时，它表现出不同的电抗频率特性。石英晶体的固有频率f0，即等效的串联谐振频率，基本上只与晶体的几何尺寸有关。选频特性：串联在电路中时，由于在f0处其等效阻抗近似为零，振荡信号很容易通过，其他信号频率则被衰减。因此，石英晶体振荡器的振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率f0,基本与外接电阻、电容无关。故又称其为石英晶体谐振器。7.1.3.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1.电路组成2.工作原理一旦接通电源，电路就会在f0处形成自激振荡，而且频率稳定性高。选频特性：选频特性：当信号频率在f0附件时，具体表现为电感性阻抗，当信号频率大于或小于f0时，表现为电容性阻抗。石英晶

9、体串联在电路中时，由于在f0处其等效阻抗近似为零，振荡信号很容易通过，其他信号频率则被衰减。7.2 施密特触发器施密特触发器特点：1.双双稳稳态态触发器(VOH,VOL)2.两个触发电平VT+,VT-3.用正反馈改善波形。由于电路中的器件状态的转换需要一定的时间，因此，一般脉冲波形的上升沿和下降沿都与理想的矩形脉冲有一些差距，使用时往往需要加以整形。施密特触发器就是常用的整形电路。双稳态：一个是高电平VOH,另一个稳态输出低电平VOL.两个稳态之间的转换都需要外加触发信号。回差特性：两稳态之间转换时输入端需要加上不同的阀值电压VT+、VT-。两者之差即回差，用VT一一 用门电路构成的施密特触发

10、器用门电路构成的施密特触发器 1.CMOS门：R1R3，VE1=ICS1R4=VCCR4/R2，VE2=ICS2R4=VCCR4/R3，VE1VE2。P314的计算可得VT+=1.7V，VT-=0.8V，VT=0.9V。3.P315 CMOS电路：略vI上升（T1饱和导通、T2截止）vI下降（T1截止、T2饱和导通）7.2.3 集成施密特触发器：集成施密特触发器：7.2.3.2 施密特触发器的应用；施密特触发器的应用；1.波形变换：利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入信号的幅度大于VT+。可以将三角波、正弦波及不规则的模拟

11、信号变换为矩形脉冲信号。2、用于脉冲波形整形整形合理设置VT+和VT-。3、用于脉冲鉴幅鉴幅能将幅度大于VT+的脉冲选出。将幅度较小的脉冲除去，幅度较大的脉冲得以保留。7.3 单稳态触发器单稳态触发器特点：1.一个稳态、一个暂稳态。2.停留在暂稳态的时间TW由电路本身参数决定；3.一般用正反馈改善波形。暂稳态的时间通常由RC电路的充放电来维持，根据RC电路的不同接法，单稳态触发器可分为微分型和积分型。一一 用门电路构成的单稳态触发器用门电路构成的单稳态触发器 Rd,Cd组成的微分电路，可将输入脉冲转换为微分型单稳态触发器所需的窄脉冲；R,C组成定时电路，决定了单稳态触发器停留在暂稳态的时间。为

12、保证窄脉冲触发，加Cd、Rd；各点波形：正脉冲触发，稳态：VO1=1、VO=0暂稳态：VO1=0、VO=1 用正反馈改善波形 2.积分型单稳态触发器：积分型单稳态触发器：稳态：VO1=1、VO=1，暂稳态：VO1=0、VO=0；宽脉冲触发；TWV-，V0=+VOM=“1”；V+V-，VO=-VOM=“0”；二二 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器 1见右VT+=2/3VCC，VT-=1/3VCC；VT=1/3VCC；2.电压传输特性如右图所示；3.当5脚接VCO时，VT+=VCO，VT-=1/2VCO，VT=1/2VCO。三三 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成

13、的多谐振荡器见左图，为减轻G4的负担，利用7脚(TD和R)充、放电(VO与VO相位相同),3脚输出。波形图如右图。2.T=T1+T2=(R1+R2)Cln2+R2Cln2=(R1+2R2)Cln2，3.占空比大于50%，4.改进电路：加二极管引导，占空比可调四四 用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器 1.见左下图，2脚输入，6脚充、放电；2.窄脉冲、下降沿触发；3.稳态VO=0，暂稳态VO=1；4.TW=RCln3=1.1RC；开关断开前VR=VCC，开关断开后电容器被充电。充电到VR=1/3VCC后VO跳为高电平。1解：5脚接VI，即VT+=VIVT-=1/2VIT=T

14、1+T2=(R1+R2)Cln+R2ClnVI升高，T变大，f下降。例题3：P362 6.32 与6.29类似 但5脚的电压为VO1 和VCC迭加而成。当VO1=VOH=11V时，V5=8.8V，带入上式T=1.1毫秒、f=611HZ，持续1.04S，当VO1=VOL=0.2V时，V5=6V，带入上式T=1.14毫秒、f=876HZ，持续1.1S。第六章学习要求第六章学习要求1.掌握施密特触发器的功能、描述方法：了解施密特触发器的各种结构的工作原理。2.掌握单稳态触发器的功能、描述方法；计算暂稳态时间的方法，了解其各种结构的工作原理。3.掌握多谐振荡器的功能、描述方法；计算振荡周期、频率；了解其各种结构的工作原理。4.熟练掌握555定时器的工作原理及其简单应用。第六章作业第六章作业6.2、6.6、6.8、6.11、6.12、6.15、6.18、6.20、6.24、6.25、6.29、6.31、6.32