第10章-脉冲波形的产生和整形

第十章脉冲波形的产生和整形,10.1概述一、获取矩形脉冲的方法1.脉冲波形发生电路2.脉冲波形整形电路二、描述矩形脉冲特性的主要参数,tW脉冲宽度,tr上升时间,tf下降时间,T脉冲周期,Vm脉冲幅度,q=tW/T占空比,10.2施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路）10.2.1用门电路(例如COMS电路)组成的施密特触发器,0,1,0,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。,达到开启电压后的最初的一段时间内，电路处于放大区。,详细介绍,VT+为vI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平（vI）的值，称为：正向阈值电压。,VT为vI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平（vI）的值，称为：负向阈值电压。,在R2上下降的电压部分,输入真正下降的电压,VT,回差电压VT,施密特触发器的主要特点：输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同。电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。,10.2.3施密特触发器的应用一、用于波形变换二、用于鉴幅,1.用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。,2.从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。,10.2.3施密特触发器的应用三、用于脉冲整形,3.把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,10.3单稳态触发器特点：有一个稳态和一个暂稳态。在外界触发信号作用下，能从稳态暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。10.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、积分型G1和G2为TTL门,注意：暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的。,积分型电路的电容在下面,暂稳态0:是靠RC电路的充、放电过程来维持的。,1、原理分析,电压不能跳变,积分型电路的电容在下面,+,2.性能参数计算输出脉宽：,原因：由于电容C上的电压不能突变。,二、微分型G1和G2为CMOS门1.原理分析,电压不能跳变,微分型电路的电容在中间,2、微分电路的性能参数计算输出脉宽：,恢复时间,分辨时间,10.3.2集成单稳态触发器电路结构与工作原理(74121),微分型单稳,控制附加电路,微分型电路的电容在中间,使用外接电阻,使用内部电阻,集成单稳触发器的分类：,目前集成单稳触发器分为：可重复触发和不可重复触发两种。,不可重复触发：必须在暂稳态以后，才能接受下一个下一个触发脉冲而转为暂稳态；可重复触发：在进入暂稳态后如果再次加入触发脉冲，电路将重新触发。,10.4多谐振荡器,能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。,Page,Rf1,Rf2,第一个暂稳态:ui1有微小正跳变,C2充电,10.4.1对称式多谐振荡器,Page,注意：须使G1和G2工作在转折区或放大区，必须设置适当的偏置电压即通过反馈电阻Rf来得到。,电容有感应电压,Rf1,Rf2,第二个暂稳态：C1充电，C2放电,0,u,o,1,u,i,1,t,t,t,波形图,0,0,u,o2,t,1,t,2,t,3,第三个暂稳态：C2充电，C1放电,C,&,ui1,G1,G2,&,uo1,uo2,ui2,RP,RF,10.4.2非对称式多谐振荡器,电路进入第一个暂稳态,Page,&,ui1,G1,G2,&,uo1,uo2,ui2,RP,RF,C,C放电，电路进入第二个暂稳态,0,u,o,1,u,i,1,t,t,t,波形图,0,0,u,o2,t,1,t,2,t,3,&,ui1,G1,G2,&,uo1,uo2,ui2,RP,RF,C,C再充电，电路进入第三个暂稳态,10.4.3环形振荡器,10.4.11最简单的环形振荡器,想获得稍低一些的震荡频率很困难，而且频率不易调节。,有不足之处,电路要处于放大过程。,0,1,1,0,1,0,0,0,1,uo2,0,1,0,1,1,0,10.4.32RC环形多谐振荡器,电容C的两端为高电平，前一个暂稳态时，电容C上充满了正电荷，接下来，电容C开始放电，ui3的电压开始降低。,第一暂稳态及其自动翻转的工作过程:,在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。,1,0,0,1,0,1,uo2,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,uo2,在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo（ui1）由1变为0。uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。,1,1,0,0,1,0,0,1,1,0,第二暂稳态及其自动翻转的工作过程:,0,1,0,1,0,uo2,同样由于电容电压不能跃变，故ui3=1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。,1,0,1,1,0,在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。,1,0,1,0,1,0,uo2,0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,1,10.4.5石英晶体多谐振荡器,(b)石英晶体阻抗频率特性,振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0；石英晶体构成选频环节。,Page,对称式多谐振荡器,6.4.5石英晶体多谐振荡器,电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R21k；C1C20.05uF是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计。,10.4.6多谐振荡器的应用,秒信号发生器,多谐振荡器,分频电路,当T触发器的输入端为T=1时，称为T触发器。,T触发器的特性方程：,Page,补充内容：T触发器也可以构成分频器,1、555定时器,C2输入端,C1输入端,电压控制端,复位端低电平有效,放电端,4.516V,10.5555定时器及其应用,0,1,0,第1类情况：,VR1,VR2,1,high,0,high,1,1,1,0,1,0,第2类情况：,VR1,VR2,1,low,high,1,1,1,0,第3类情况：,VR1,VR2,Page491表10.5.1,1,low,low,1,0,1,0,1,第4类情况：,VR1,VR2,1,high,low,0,0,1,0,1,第5类情况：,VR1,VR2,由555定时器构成的施密特触发器,0,1,0,1,第5，4，3类情况：,-,+,1,0,1,0,第2，3类情况：,0,1,0,1,第4，5，5，4，3类情况：,由555定时器构成的单稳态触发器,-,+,接通VCC后瞬间（Ui负脉冲还没有到来），VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。,-,+,1,1,0,0,1,ui的负脉冲到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。,-,+,1,0,1,1,0,0,由555定时器构成的多谐振荡器,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3