脉冲波形的整形与产生

1、第六章第六章 脉冲波形的产生脉冲波形的产生获取矩形脉冲波形获取矩形脉冲波形利用多谐振荡器直接产生利用多谐振荡器直接产生利用整形电路把周期性变化波利用整形电路把周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲形变换为符合要求的矩形脉冲6.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器是脉冲波形变换中常用的一种电路。它不是脉冲触发，施密特触发器是脉冲波形变换中常用的一种电路。它不是脉冲触发，而是用电位（连续波）触发。而是用电位（连续波）触发。性能特点：性能特点：.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，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入

2、转换电平不同。电平，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。.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。形的边沿变得很陡。用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器G1，G2为为CMOS反相器，阈值电压为：反相器，阈值电压为：VTH=1/2VDD，且且R1 VT 。这两个触发电平不一致这两个触发电平不一致的现象称为回差现象。的现象称为回差现象。以VI 作输出端施密特触发电路的应用施密特触发电路的应用1.波形变换：波形变换： 将边沿变化缓慢的周期将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡性信号

3、变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。的矩形脉冲信号。2.脉冲整形：脉冲整形： 在数字系统中，矩形脉冲经在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。传输后往往发生波形畸变。3.脉冲鉴幅：脉冲鉴幅： 可在输入的一系列幅度各异的可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。定值的脉冲输出。4.电压比较器：电压比较器：ViELVR=EHVo将一个线性上升的电压同一个将一个线性上升的电压同一个参考电压参考电压VR进行比较进行比较,当输入当输入电压上升至参考电压时电压上升至参考电压时,输出输出电压将发生跃变电压将发生跃变,使电路的上使电路的上触发电平触发电平E

4、H等于参考电压等于参考电压VR,达到电压比较的目的。达到电压比较的目的。6.单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器的工作特性：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；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。冲的宽度和幅度无关。单稳态触发器被广泛用于脉冲整形

5、、延时（产生滞后于触发脉冲单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等单稳态触发器的暂稳态通常是靠单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的电路的充、放电过程来维持的RC电路可接成两种形式：微分和积分电路形式电路可接成两种形式：微分和积分电路形式微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器:采用采用CMOS门电路和门电路和RC微分电路微分电路1. 在稳态下，在稳态下，VI=0, VI2=VDD， 故故Vo=0， Vo1=VDD，C上无电压上无电压当触发脉冲当触发脉冲VI加

6、到输入端时，经过微分电路输出很窄的正、负脉加到输入端时，经过微分电路输出很窄的正、负脉冲冲Vd。当当Vd上升到上升到VTH以后，引发正反馈过程：以后，引发正反馈过程：2. Vo1 迅速跳变为低电平，迅速跳变为低电平，VI2 也同时跳变为低，也同时跳变为低，Vo跳变为高电平，跳变为高电平，电路进入暂稳态。同时电容电路进入暂稳态。同时电容C开始充电，开始充电，VI2逐渐升高逐渐升高3. 当当VI2升高至升高至VTH时，时，此时若触发脉冲已消失，则此时若触发脉冲已消失，则Vo1，VI2迅速跳变为高电平，并使输迅速跳变为高电平，并使输出返回出返回Vo=0，电路恢复稳态。同时电容，电路恢复稳态。同时电容

7、C放电到放电到C上电压为上电压为0。输出脉冲幅度：输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOL VDD输出脉冲宽度：输出脉冲宽度：恢复时间：恢复时间：Tre=(35)RONC分辨时间：分辨时间：Td=tw+TreRCVVRCVVVTHDDTHC69. 00Vln)()0()(VRClntDDCCwVI2 VoVo1VdVo1VI2Vo单稳态触发电路的应用：单稳态触发电路的应用：1.脉冲整形：脉冲整形：将输入的不规则脉将输入的不规则脉冲整型为具有一定幅度和一定宽度冲整型为具有一定幅度和一定宽度的脉冲。的脉冲。2.脉冲延时：脉冲延时：可改变单稳态触发器可改变单稳态触发器的的Rb1、C来调节延迟时间。来调节延

8、迟时间。3.定时：定时：调节单稳电路中的定时调节单稳电路中的定时元件元件Rb1或或C，可改变控制时间的可改变控制时间的长短。长短。tVi0tVo0单稳单稳微分微分限幅限幅ViVoVAVBViVAVBVo6.4 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器。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。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，所以又把矩形波振荡器由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。称为多谐振荡器。6.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器1. 可恰

9、当地选取可恰当地选取RF1值，使反相器的静态工作点值，使反相器的静态工作点P位于电压传输特性的转位于电压传输特性的转折区，电源波动和外界干扰使折区，电源波动和外界干扰使VI1有微小的正跳变，必有如下反馈：有微小的正跳变，必有如下反馈：使使Vo1迅速跳变为低电平，迅速跳变为低电平， Vo2迅速跳变为高电平，电路进入第迅速跳变为高电平，电路进入第1个个暂稳态，同时电容暂稳态，同时电容C1开始充电，充电速度较快。开始充电，充电速度较快。2. VI2首先上升至首先上升至G2的阈值电压的阈值电压VTH，并引起如下正反馈并引起如下正反馈,从而使从而使Vo2迅速迅速跳变至低电平而跳变至低电平而Vo1迅速跳变

10、至高电平，电路进入第二个暂稳态。接着迅速跳变至高电平，电路进入第二个暂稳态。接着C2开始充电而开始充电而C1开始放电。开始放电。VI1Vo1VI2Vo2VI2Vo2VI1Vo16.4.3 环形振荡器环形振荡器一个最简单的环形振荡器一个最简单的环形振荡器这个电路是没有稳定状态的。这个电路是没有稳定状态的。在静态时任何一个反相器的在静态时任何一个反相器的输入和输出都不可能稳定在输入和输出都不可能稳定在高电平或低电平，而只能处高电平或低电平，而只能处于高低电平之间，所以处于于高低电平之间，所以处于放大状态。放大状态。6.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器电容上初始电

11、压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电向电容充电。当充至时，输出跳变为低电平，电容容充电。当充至时，输出跳变为低电平，电容C又经又经R开始放电。开始放电。6.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器以上振荡器的频率稳定性不高以上振荡器的频率稳定性不高石英晶体电抗频率特性：外加电压频率为石英晶体电抗频率特性：外加电压频率为f0时阻抗最小时阻抗最小所以频率为所以频率为f0的电压信号最容易通过它，并在电路中形成正反馈，的电压信号最容易通过它，并在电路中形成正反馈，而频率不是而频率不是f0的电压信号被衰减。的电压信号被衰减。6.5 定时器定时

12、器6.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字 模拟混合集成电路，可以方模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为型产品型号最后数码为7555。C1, C2为比较器为比较器TD为集电极开为集电极开路的放电三极管路的放电三极管VCO悬空时，悬空时，VR1=2VCC/3VR2=VCC/3VCO外接固定电外接固定电压则压则VR1=VCO， VR2=VCO/2CB555的

13、功能表的功能表输入输入输出输出RDVI1VI2VOTD状态状态0 低低导通导通12VCC/3VCC/3低低导通导通1VCC/3不变不变不变不变12VCC/32VCC/3VCC/3高高截止截止555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型双极型555定时器的电源电压：定时器的电源电压：516v，最大负载电流：最大负载电流：200mACMOS型型7555定时器的电源电压：定时器的电源电压：318v，最大负载电流：最大负载电流：4mA6.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器C1与与C2的参考电压不同，因而基本的参考电压不同，因而基本RS触发器的置触发器的置0信号和置信号和置1信信号必然发生在输入信号号必然发生在输入信号VI的不同电平。的不同电平。 (VC1=0 , VC2=0)0.01F为滤波电容，提高VR1和VR2的稳定性。 VT=VT+VT- =VCC/36.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器负脉冲触发负脉冲触发输出脉冲的宽度等于输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。暂稳态的持续时间。即即tW等于电容电压在等于电容电压在充电过程中从充电过程中从0上升上升至至2VCC/3所需时间：所需时间：3ln320lnRCVVVRCtC