脉冲波形的产生和整形

第 十 章 脉 冲 波 形 的 产 生 和 整 形学 习 要 点n 脉 冲 波 形 的 基 本 概 念 、 整 形 和 产 生 电 路n 施 密 特 触 发 器 、 单 稳 态 触 发 器 和 多 谐 振 荡 器 的工 作 特 点n 分 析 电 路 的 工 作 过 程 ， 等 效 电 路 ， 电 路 各 点 电压 波 形 ， 计 算 电 路 参 数 n 集 成 定 时 器 555构 成 的 施 密 特 触 发 器 、 单 稳 态触 发 器 和 多 谐 振 荡 器 电 路 、 参 数 计 算 和 波 形 分析 第 十 章 脉 冲 波 形 的 产 生 和 整 形n 概 述n 施 密 特 触 发 器n 单 稳 态 触 发 器n 多 谐 振 荡 器 n 集 成 定 时 器 555及 其 应 用n 小 结 一. 脉 冲 电 路 概 述n 脉 冲 信 号 非 正 弦 变 化 的 电 压 /电 流 信 号 (一 般 指矩 形 脉 冲 信 号 )产 生 和 整 形 非 正 弦 变 化 的 电压 /电 流 信 号产 生 ： 利 用 脉 冲 振 荡 器 （ 多 谐 振 荡 器 ）整 形 ： 对 已 有 的 周 期 信 号 进 行 整 形 和 变 换 （ 施 密 特 触 发 器 、 单 稳 态 触 发 器 ）n 脉 冲 信 号 的 获 取 常 见 脉 冲 波 形下一页 一. 脉 冲 电 路 概 述 （ 续 1）n 矩 形 脉 冲 信 号 的 主 要 参 数 ： 脉 冲 周 期 T脉 冲 幅 度 Um脉 冲 宽 度 t w上 升 时 间 t r下 降 时 间 t f占 空 比 q=t w /Tn RC电 路 的 过 渡 过 程过 渡 过 程 公 式 ： )()( )0()(ln )()0()()( /tuu uut euuutu t 其 中 ： u(t)元 件 两 端 在 某 一 时 刻 t的 电 压 值 t 充 /放 电 至 u(t) 所 需 的 时 间 一. 脉 冲 电 路 概 述 （ 续 2）n RC电 路 的 过 渡 过 程 RC电 路 特 点 ： 1.电 容 C上 的 电 压 UC不 可 突 变 2.对 简 单 电 路 ， 时 间 常 数 为 RC *一 阶 RC回 路 ： )()( )0()(ln )()0()()( /tuu uut euuutu CC CC tCCCC cccc udtduRCu dtduCi uiRu 解 ：求 解 一 阶 微 分 方 程 得 ：其 中 ： uC(t)电 容 两 端 在 某 一 时 刻 t的 电 压 值 t 充 /放 电 至 u(t) 的 所 需 时 间 n 波 形 特 点 ：K A 对 C充 电K B C放 电 一. 脉 冲 电 路 概 述 （ 续 3）n 波 形 特 点 ： n 微 分 电 路 与 积 分 电 路 ： 一. 脉 冲 电 路 概 述 （ 续 4）n 微 分 电 路 与 积 分 电 路 ：微 分 电 路 积 分 电 路电路型式电路方程电 压波形）当oii oico uudtduRC dtuduRCdtduRCRiu ( ）当oii oico uudtuRC dtRuuCidtCuu ( 1 11 idtCudtduCi RC cc 1 二. 施 密 特 触 发 器n 施 密 特 触 发 器 的 主 要 特 点 : (1) 电 路 状 态 转 换 时 所 需 的 输 入 电 平 不 同 。 （ 有 两 个 阈 值 电 压 ） (2) 能 改 善 输 出 波 形 ,使 输 出 电 压 波 形 边 沿 变 得 很 陡 。n 施 密 特 触 发 器 的 逻 辑 符 号n 门 电 路 组 成 的 施 密 特 触 发 器 n 其 它 的 施 密 特 触 发 器n 施 密 特 触 发 器 的 应 用n 例 题 施 密 特 触 发 器 逻 辑 符 号n 逻 辑 符 号n 阈 值 电 压 和 传 输 特 性 * 正 向 阈 值 电 压 VT+ ： 输 入 电 压 从 低 电 平 上 升 到 高 电 平 的 阈 值 电 压 负 向 阈 值 电 压 VT- ： 输 入 电 压 从 高 电 平 下 降 到 低 电 平 的 阈 值 电 压 回 差 电 压 U= VT+ VT- * 传 输 特 性 （ a)同 相 输 出 (b)反 相 输 出 门 电 路 组 成 的 施 密 特 触 发 器 （ 1）n 电 路 图 (P458 图 10.2.1） 组 成 及 电 路 特 点 ： 两 级 CMOS反 相 器 分 压 电 阻 把 输 出 端 的 电 压 反 馈 到 输 入 端 输 出 V 0为 同 相 输 出 端 ， 输 出 V0 为 反 相 输 出 端n 原 理 分 析 (设 ： V0H=VDD VTH=1/2VDD R1VT+ Q=0 当 VT-VIVT+ Q=0 当 VIVT- Q=1 当 VT-VI V- 输 出 为 1; V+ V- 输 出 为 0 ) ;0;31;1;31: 0;32;1;32: 222 111 SCVTRSCVTRC RCVTHRCVTHC CCCC CCCC 集 成 定 时 器 555_输 出 及 放 电 管 状 态n 集 成 定 时 器 555 n SR触 发 器 控 制 输 出 端 及 放 电 管 TDCCCCCCVVV323232导通不变截止0保持1 TD管输出(3脚)TR(2脚)TH(6脚) CCCCCCVVV313131 集 成 定 时 器 555_管 脚 图 及 一 般 连 接n 集 成 定 时 器 555管 脚 图 及 一 般 连 接 工 作 电 压 （ 8脚 ） 清 零 端 （ 4脚 ） 输 出 端 （ 3脚 ） 接 地 端 （ 1脚 ） 555_构 成 施 密 特 触 发 器n 555构 成 施 密 特 触 发 器n 工 作 原 理*当 V I1/3VCC V0 =1; *当 1/3VCCVI2/3VCC V0 =0; *当 1/3VCCVI2/3VCC V0 保 持 (=0)*当 VI1/3 VCC V0 =1n 阈 值 电 压 555施 密 特 触 发 器 _阈 值 电 压n 阈 值 电 压图 (1) 图 (2)*当 V I1/3VCC V0 =1; *当 VI2/3VCC V0 =0; *当 VIVC0 V0 =0; *当 VI1/3 VCC V0 =1 *当 VI1/2VC0 V0 =1 有 : VT+ = 2/3VCC 有 : VT+ = VC0 VT- = 1/3VCC VT- = 1/2VC0 555_构 成 单 稳 态 触 发 器n 555构 成 单 稳 态 触 发 器 n 工 作 原 理 接 通 电 源 后 VI=1(S=0), UC(6脚 )=1( R=1) V0 =0 (此 时 ,T管 导 通 ,C经 (7脚 )T管 放 电 后 R=0 V0 =0保 持 不 变 ) 当 VI (=0触 发 脉 冲 到 来 ) 有 (S=1) V0 =1 进 入 暂 稳 态 此 时 , VCC 经 R对 C充 电 , 充 电 使 UC(6脚 )电 压 上 升 , 当 UC =2/3VCC 时 , V0 =0 回 到 稳 态 n 脉 冲 宽 度 的 计 算 555单 稳 态 触 发 器 计 算 脉 冲 宽 度n 555构 成 单 稳 态 触 发 器 n 脉 冲 宽 度 的 计 算RCRC VV VRCtVV VVt CCCC CCW 1.13ln 3/2 0ln)()( )0()(ln 555_构 成 多 谐 振 荡 器n 555构 成 多 谐 振 荡 器 n 工 作 原 理 （ 初 态 时 ： VC =0 V0 =1） （ 1） VCC 经 R1、 R2 对 C充 电 ， 充 电 使 VC 上 升 。 当 VC =2/3VCC时 , V0 =0 进 入 暂 稳 态 1 （ 2） 此 时 ： T管 导 通 ， C经 R2 到 T管 放 电 ， 放 电 使 VC 下 降 ， 当 VC =1/3VCC时 ， V0 =1 进 入 暂 稳 态 2 此 时 , VCC 经 R1、 R2 重 新 对 C充 电 ,回 到 （ 1）n 计 算 脉 冲 周 期 和 占 空 比 555多 谐 振 荡 器 计 算 脉 冲 周 期 和 占 空 比n 555构 成 多 谐 振 荡 器 n 计 算 脉 冲 周 期 T = t1（ 充 电 ） + t2（ 放 电 ）2ln3/10 3/20ln)()( )0()(ln 2ln)(3/2 3/1ln)()()( )0()(ln 222 21211 CRVVCRtVV VVt CRRVV VVCRRtVV VVt CCCC CCCC CCCC CRRCRRttT )2(7.02ln)2( 212121 555多 谐 振 荡 器 计 算 脉 冲 周 期 和 占 空 比 (续 )n 计 算 脉 冲 周 期 T = t1（ 充 电 ） + t2（ 放 电 ）2ln 2ln)( 22211 CRtCRRt 21 2121 211 22ln)2( 2ln)( RR RRCRR CRRTtq n 占 空 比 q: CRRCRRttT )2(7.02ln)2( 212121 n 占 空 比 q可 调 的 555多 谐 振 荡 器 占 空 比 可 调 的 555多 谐 振 荡 器n 电 路 图 （ 部 分 ） 2ln3/10 3/20ln 2ln3/2 3/1ln 222 111 CRVVCRt CRVV VVCRt CCCCCCCC CCCC CRR CRRttT )(7.0 2ln)( 21 2121 21 121 11 2ln)( 2ln RR RCRR CRTtq n 计 算 脉 冲 周 期T = t1（ 充 电 ） + t2（ 放 电 ） 六 . 小 结 和 要 求n 掌 握 施 密 特 触 发 器 的 工 作 特 点 和 应 用n 掌 握 单 稳 态 触 发 器 的 工 作 特 点 和 应 用n 掌 握 多 谐 振 荡 器 的 工 作 特 点 和 应 用 n 掌 握 555定 时 器 构 成 施 密 特 触 发 器 、 单 稳 态 触 发 器 、多 谐 振 荡 器 的 电 路 图 、 参 数 计 算 和 画 波 形 图n 施 密 特 触 发 器 、 单 稳 态 触 发 器 、 多 谐 振 荡 器 的 典 型 电路 、 参 数 计 算 、 波 形 图 六 . 小 结 和 要 求 （ 续 1）n 主 要 参 数 的 计 算 * 施 密 特 触 发 器 （ VT+ 、 VT- ； 输 出 波 形 图 ） 对 555: (1) VT+ =2/3 V CC 、 VT- =1/3 V CC (2) VT+ =VC0 、 VT- = 1/2 VC0 * 单 稳 态 触 发 器 （ 脉 冲 宽 度 TW ） 对 555： TW =RCln3 =1.1RC * 多 谐 振 荡 器 （ 脉 冲 周 期 T、 占 空 比 q） 对 555: (1) T=（ R 1+2R2） ln2=0.7(R1+2R2） q= R1+R2 Cln2/0.7(R1+2R2） (2) T=（ R1+R2） ln2=0.7(R1+R2） q= R1/ (R1+R2） 六 . 小 结 和 要 求 （ 续 2）n 学 习 和 掌 握 波 形 分 析 法 ： * 分 析 电 路 工 作 过 程 对 单 稳 态 触 发 器 ： 确 定 稳 态 时 的 输 入 信 号 和 输 出 状 态 ， 进 入 暂 稳 态 后 电路 的 充 、 放 电 状 态 、 回 到 稳 态 的 转 换 电 压 对 多 谐 振 荡 器 ： 设 定 初 始 状 态 （ 暂 稳 态 1） ， 分 析 电 路 状 态 变 化 的 过 程（ 充 、 放 电 引 起 的 状 态 变 化 ） ， 确 定 进 入 暂 稳 态 2的 转 换 点 ， 分 析如 何 从 暂 稳 态 2回 到 暂 稳 态 1 * 电 路 各 关 键 点 的 波 形 图 注 意 状 态 转 换 的 关 键 电 压 ， 电 容 /电 阻 上 的 电 压 变 化 特 点 * 电 路 中 充 、 放 电 的 等 效 电 路 * 计 算 电 路 参 数 （ T、 q、 t w） 确 定 起 始 值 、 终 了 值 、 转 换 值 ， 电 路 的 时 间 常 数