数字第6章 脉冲波形.ppt

第六章脉冲波形的产生和整形 第六章脉冲波形的产生和整形 6 1概述 作用 产生和规整数字电路中的脉冲波形 一 产生脉冲波形 利用自激多谐振荡电路产生脉冲波形 一般场合可以使用低成本的RS定时电路来产生脉冲信号 在需要精确频率的场合 使用石英晶体振荡电路 2 脉冲波形的整形 由电路处理过或远程传输过的脉冲信号常常会有一定的失真或叠加干扰 杂波等 造成脉冲信号的失真 需要通过脉冲整形电路将其整型为规整的脉冲方波 脉冲波形的整形 三 矩形脉冲的主要参数 图6 1 1描述矩形脉冲特性的主要参数 描述矩形脉冲特性的主要参数 脉冲周期T 周期性重复的脉冲序列中 两个相邻脉冲之间的时间间隔 有时也使用频率表示单位时间内脉冲重复的次数 脉冲幅度Vm 脉冲电压的最大变化幅度 脉冲宽度tw 从脉冲前沿到达0 5Vm起 到脉冲后沿到达0 5Vm为止的一段时间 上升时间tr 脉冲上升沿从0 1Vm上升到0 9Vm所需要的时间 下降时间tf 脉冲下降沿从0 9Vm下降到0 1Vm所需要的时间 占空比q 脉冲宽度与脉冲周期的比值 亦即q TW T 此外 在将脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时 有时还可能有一些特殊的要求 例如脉冲周期和幅度的稳定性等等 这时还需要增加一些相应的性能参数来说明 6 2施密特触发器 施密特触发器 SchmittTrigger 是脉冲波形变换中经常使用的一种电路 它在性能上有两个重要的特点 第一 输入信号从低电平上升的过程中 电路状态转换时对应的输入电平 即阈值VTH 与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同 有两个不同的阈值VT 和VT 第二 在电路状态转换时 通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡 施密特触发器的传输特性 滞迴特性 图6 2 2图6 2 1电路的电压传输特 a 同相输出 b 反相输出 同相输出的传输特性 反相输出的传输特性 施密特触发器的应用 一 用于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 在图6 2 8的例子中 输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的 只要输入信号的幅度大于VT 即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号 图6 2 8用施密特触发器实现波形变换 图6 2 8用施密特触发器实现波形变换 图6 2 9用施密特触发器对脉冲整形 脉冲整形 a 脉冲整形 b 脉冲整形 c 图6 2 10用施密特触发器鉴别脉冲幅度 6 3单稳态触发器 一 单稳态触发器的工作特性 第一 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态 第二 在外界触发脉冲作用下 能从稳态翻转到暂稳态 在暂稳态维持一段时间以后 再自动返回稳态 第三 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 与触发脉冲的宽度和幅度无关 二 单稳态触发器的用途 由于单稳态触发器具备输出定时脉冲的特点 所以被广泛应用于 脉冲整形 产生等宽度的信号 延时 产生滞后于触发脉冲的输出脉冲 定时 产生固定时间宽度的脉冲信号 三 RC电路的时间效应 1 RC时间电路 RC微分网络 RC积分网络 1 RC微分网络的特性 微分网络输出尖脉冲 Vo iC R uC Vi Vo 当VO很小时 可以记为 Vo与Vi是微分关系 图6 3 1微分型单稳态触发器 6 4多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器 在接通电源以后 不需要外加触发信号 便能自动地产生矩形脉冲 由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量 所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器 多谐振荡器应至少能够设置振荡频率 完善的振荡器还应能改变占空比 改变振幅 6 5555定时器及其应用 555定时器是一种多用途的数字 模拟混合集成电路 利用它能极方便地构成施密特触发器 单稳态触发器和多谐振荡器 由于使用灵活 方便 所以555定时器在波形的产生与变换 测量与控制 家用电器 电子玩具等许多领域中都得到了应用 一 电路结构 1 分压网络 3个5K电阻组成分压网络 2 模拟比较器 C1 C2是模拟比较器 3 基本RSFF 4 输出电路 G1 G2组成基本RSFF G3 G4 TD 图6 5 1CB555的电路结构图 6V 4V 2V 555定时器的工作特性 高触发 保持 低触发 禁止 6 5 2用555定时器接成的施密特触发器 将555定时器的vI1和vI2两个输入端连在一起作为信号输入端 如图6 5 2所示 即可得到施密特触发器 当 时 假设VCC 4V vI 1V 图6 5 2用555定时器接成的施密特触发器 6V 1V 4V 2V 0 1 1 1 0 截止 置1 图6 5 2用555定时器接成的施密特触发器 6V 3V 4V 2V 1 1 1 1 0 截止 vI 3V时 保持 图6 5 2用555定时器接成的施密特触发器 6V 5V 4V 2V 1 0 0 0 1 导通 vI 5V时 置0 当 时 VO TD保持上次的状态 当 时 VO VOL TD导通 保持 高触发 图6 5 3图6 5 2电路的电压传输特性 高触发 保持 低触发 6 5 3用555定时器接成的单稳态触发器 RC组成暂稳态定时器 1 RC积分网络的电路 RC积分网络 RC积分电路的测试电路 5mS 根据RC电路的瞬态过程分析 可得到 当取t tP RC时 可以得到 式中 vC 0 是电容充电的初始电压 从0V开始 vC VCC 一 555组成的单稳态触发器的稳态 未触发前 vI为高电平 5V vC2 1 电容C未充电vC 0V vI1 VR1 vC1 1 vO 0 TD截止 电路处于稳态 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 5V 1 0 0 1 0 1 初始状态vI 5Vvc 0V 4V 2V 0 导通 二 低电平触发 进入暂稳态 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 0V 0 1 1 0 充电 1 低电平触发vI 0V进入暂稳态电容C开始充电 4V 2V 截止 ic 注意 vI2 2V vC1 1vI1 4V vC2 0 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 5V 1 1 1 0 4V 1 vI恢复5V 4V 2V 4V RC电路继续充电 使vC 4V ic 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 5V 1 0 0 1 4V 0 4V 2V 4V 导通 vC 4VTD导通 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 5V 1 0 0 1 放电 0 电容C放电 4V 2V 导通 vC 0Vvi1 4VvC1 1暂稳态结束 图6 5 4用555定时器接成的单稳态触发器 5V 1 0 0 1 0 1 初始状态vI 5VvO 0V 4V 2V 0 图6 5 5图6 5 4电路的电压波形图 单稳态电路延时计算 从图中可以看出 tW就是vC tP 6 5 4用555定时器接成的多谐振荡器 一 电路 图6 5 6用555定时器接成的多谐振荡器 二 工作原理 555电路接成施密特触发器形式