第十章 脉冲波形的产生和整形

1、2022-2-9第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形王玲玲王玲玲2022-2-910.1 10.1 概述概述矩形脉冲信号矩形脉冲信号的获取方法有的获取方法有两种：两种：产生产生: : 不用信号源，加上电源自激振不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。荡，直接产生波形。整形整形: : 输入信号源进行整形输入信号源进行整形. .脉冲产生电路脉冲产生电路: :多谐振荡器多谐振荡器脉冲整形（变换）电路脉冲整形（变换）电路: : 施密特触发器、施密特触发器、 单稳态触发器单稳态触发器2022-2-9脉冲周期脉冲周期T T脉冲幅度脉冲幅度V Vmm脉冲宽度脉冲宽度Wt上升时间上升时间

2、t tr r下降时间下降时间t tf f占空比：占空比：TtqW/2022-2-9脉冲周期脉冲周期T T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。上升时间上升时间t tr r ：脉冲上升沿从：脉冲上升沿从0.10.1V Vmm上升到上升到 0.90.9V Vmm所需要的时间所需要的时间下降时间下降时间t tf f ：脉冲下降沿从：脉冲下降沿从0.90.9V Vmm 下降到下降到 0.10.1V Vmm所需要的时间所需要的时间脉冲宽度脉冲宽度t tWW：从脉冲前沿到达：从脉冲前沿到达0.50.5V Vmm起，到脉冲后沿到达起，到

3、脉冲后沿到达0.50.5V Vmm为止为止的一段时间。的一段时间。脉冲幅度脉冲幅度VmVm：脉冲电压的最大变化幅度。：脉冲电压的最大变化幅度。占空比占空比q q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q q t tw /Tw /T2022-2-910.2 10.2 施密特触发器（施密特触发器（schmitt triggerschmitt trigger）施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形是一种能够把输入波形整形整形成为适合于成为适合于 数字电路需要的数字电路需要的矩形脉冲矩形脉冲的电路。的电路。 2022-2-9CMOSCMOS门电路构成门电路构成010设设G1

4、、G2阈值电压阈值电压 VTHVDD/2，101当当 折折区区时时，进进入入传传输输特特性性的的转转至至THAIVVV , AV 1OV OV正反馈正反馈OHOVV 使使电电路路迅迅速速跳跳变变为为2022-2-9反相器的阈值电压反相器的阈值电压V VTHTHCMOSCMOS反相器的电压传输特性曲线反相器的电压传输特性曲线2022-2-9ITHAVRRRVV212 THTIVRRVV)1 (21 正向阈值电压正向阈值电压2022-2-9当当 折折区区时时，进进入入传传输输特特性性的的转转至至THAIVVV , AV 1OV OV正反馈正反馈THTIVRRVV)1(21 负向阈值电压负向阈值电压

5、0VVOLO 使使电电路路迅迅速速跳跳变变为为IIDDTHAVRRRVVVV 211)(2022-2-9THTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211施密特触发器的电压传输特性曲线施密特触发器的电压传输特性曲线通过调节通过调节R1和和R2的比值，可调节的比值，可调节VT、VT的大小。的大小。正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压2022-2-9同相输出的施密特触发器同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器2022-2-9 利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲。为边沿

6、很陡的矩形脉冲。2022-2-9 在数字系统中，经常出现在数字系统中，经常出现干扰干扰信号，使得信号波形信号，使得信号波形变差变差，这样可通过施密特触发器这样可通过施密特触发器整形整形获得获得比较理想比较理想的波形的波形2022-2-9 利用施密特触发器将一系列利用施密特触发器将一系列幅度不同幅度不同的脉冲信号，其中的脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压幅度大于正向阈值电压的幅度的幅度鉴别鉴别出来。出来。2022-2-9本节小结本节小结施密特触发器具有施密特触发器具有两个稳定的状态两个稳定的状态，是一种能够把输入波，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。而且由于形整形成

7、为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有具有滞回特性滞回特性，所以抗干扰能力也很强。，所以抗干扰能力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555555定时器构成。定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。2022-2-91 1、电路中有、电路中有一个稳态一个稳态和和一个暂稳态一个暂稳态两个工作状态；两个工作状态；2 2、在外界触发脉冲作用下，电路能从、在外界触发脉冲作用下，电路能从稳态稳态翻转至翻转至暂稳态暂稳态，在，在暂稳态暂稳态维持一段时间后，再维持

8、一段时间后，再自动翻转自动翻转至至稳态；稳态；3 3、暂稳态维持时间的、暂稳态维持时间的长短长短取决于电路本身的取决于电路本身的参数参数与触发与触发脉冲无关脉冲无关。2022-2-9 单稳态触发器因为电路具有单稳态触发器因为电路具有一个一个稳定状稳定状态而得名。它由两个门电路、一个态而得名。它由两个门电路、一个RCRC电路组电路组成。它的暂稳态通常都是靠成。它的暂稳态通常都是靠RCRC电路的充、放电路的充、放电过程电过程来维持的，根据来维持的，根据RCRC电路的不同接法，电路的不同接法，分为分为微分型微分型和和积分积分型。型。2022-2-9DDTHOLDDOHVVVVV210,010101

9、稳态稳态 没有触发器电平时，没有触发器电平时，vI为低电平，为低电平，vO为低电为低电平，平，vO1为高电平。为高电平。 2022-2-9 稳态至暂稳态稳态至暂稳态 当当v vI I正跳变时，正跳变时，v vO1O1由高由高到低，到低，v vI2I2为低电平。于是为低电平。于是v vOO为高电平。即使为高电平。即使v vI I 触发器信触发器信号撤除，由于号撤除，由于v vOO的作用，的作用，v vO1O1仍可为低电平。仍可为低电平。110102022-2-9 暂稳态至稳态暂稳态至稳态 暂稳态期间，电源经电阻暂稳态期间，电源经电阻R和门和门G1对电容对电容C充电，充电，vI2升升高，当高，当v

10、I2=VTH时，时，vO下降，下降，vO1上升，但使上升，但使vI2再次升高，再次升高，最终最终vO1=1，vO=0。00101脉冲宽度要窄脉冲宽度要窄tW=0.69RC2022-2-9 当当v vI I的脉冲宽度很的脉冲宽度很宽宽时，在单稳态触发器时，在单稳态触发器的输入端加一个的输入端加一个RCRC微分电路微分电路，否则，在电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于由暂稳态返回到稳态时，由于门门GG1 1被被v vI I封住了封住了，会使会使v vo o的下降沿变缓。的下降沿变缓。 2022-2-9单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1 1、定时、定时只有在脉冲宽度只有在脉冲宽度 tpo

11、内内的信号才能通过。的信号才能通过。2022-2-92 2、延时与整形、延时与整形 可将脉冲宽度可将脉冲宽度不等的矩形脉冲整不等的矩形脉冲整形成脉冲宽度相等形成脉冲宽度相等的矩形波。的矩形波。2022-2-9通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。3 3、消除噪声、消除噪声2022-2-9本节小结本节小结单稳态触发器具有单稳态触发器具有一个稳态一个稳态和

12、和一个暂稳态一个暂稳态。在在单稳态触发器中单稳态触发器中,由稳态到暂稳态需要输入触发由稳态到暂稳态需要输入触发脉冲脉冲,暂稳态的持续时间即暂稳态的持续时间即脉冲宽度脉冲宽度是由电路的阻是由电路的阻容元件容元件RC决定的决定的,与输入信号无关。与输入信号无关。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由由555555定时器构成。定时器构成。单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。信号，用途很广。2022-2-910.4 10.4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器又称无稳电路多谐振荡器又称无稳电路，主要用于产生各种，

13、主要用于产生各种方方波或时间脉冲信号波或时间脉冲信号。它是一种自激振荡器，在接通电。它是一种自激振荡器，在接通电源之后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形源之后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲波。由于矩形脉冲波中含有丰富的高次谐波分量，脉冲波。由于矩形脉冲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称为多谐振荡器。所以习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。 性能特点：性能特点： 没有稳态，有没有稳态，有两个暂稳态两个暂稳态。 工作工作不需要外加信号源不需要外加信号源，只需要电源。，只需要电源。2022-2-910.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器T1.3RFC10011Iv1ov2Iv2ov1Iv1ov2Iv2ov10012022-2-910.4.5 10.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。前面几种电路频率稳定率稳定性有严格的要求。前面几种电路频率稳定性不是很高。在对性不是很高。在对频率稳定性有较高要求频率稳定性有较高要求时，应时，应采用石英晶体