脉冲波形的产生和整形主题知识

,单击此处编辑母版标题样式,1/10/2022,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,脉冲波形的产生和整形主题知识,脉冲波形的产生和整形主题知识,第1页,2,本章内容,10.1,概述,10.2,施密特触发器,10.3,单稳态触发器,10.4,多谐振荡器,10.5 555,定时器,脉冲波形的产生和整形主题知识,第2页,3,10.1,概述,一、产生矩形脉冲路径,1.,利用各种形式多谐振荡器电路；,2.,经过各种整形电路把已经有周期性改变波形变换成符合要求矩形脉冲。,二 、矩形脉冲特征描述,通常矩形脉冲波形如图,10.1.1,所表示。,图,10.1.1,脉冲波形的产生和整形主题知识,第3页,4,图,10.1.1,其中：,10.1,概述,脉冲周期,T,：,周期性重复脉冲序列中，两个相邻脉冲之间时间间隔。有时也用频率,f,1/,T,表示单位时间内脉冲重复次数,脉冲幅度,V,m,：,脉冲电压最大改变幅度。,脉冲波形的产生和整形主题知识,第4页,5,上升时间,t,r,：,脉冲上升沿从,0.1,V,m,上升到,0.9,V,m,所需要时间,图,10.1.1,脉冲宽度,t,W,：,从脉冲,前沿,抵达,0.5,V,m,起，到脉冲,后沿,抵达,0.5,V,m,为止一段时间。,下降时间,t,f,：,脉冲下降沿从,0.9,V,m,下降到,0.1,V,m,所需要时间,10.1,概述,脉冲波形的产生和整形主题知识,第5页,6,占空比,q,：,脉冲宽度与脉冲周期比值，即,q,t,w,/T,图,10.1.1,10.1,概述,注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度稳定性等，这时需要另增加一些参数来描述脉冲。,脉冲波形的产生和整形主题知识,第6页,7,10.2,施密特触发器（,Schmitt Trigger,）,第一 输入信号从低电平上升过程中，电路状态转换时对应输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应输入,转换电平不一样,；,第二 在电路状态转换时，经过电路内部正反馈过程使,输出电压波形边缘变得很陡。,注：利用这两个特点不但能将边缘改变迟缓地信号波形整形为边缘陡峭矩形波，而且能够将叠加在矩形波脉冲高、低电平上噪声有效地去除。,施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用一个电路，它含有下面两个性能特点：,脉冲波形的产生和整形主题知识,第7页,8,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,将两极反相器串接起来，经过分压电阻把输出端电压反馈到输入端就够成施密特触发器电路，其电路及其图形符号如图,10.2.1,所表示。,图,10.2.1,设反相器,G,1,和,G,2,均为,CMOS,门，其阈值电压为,V,TH,V,DD,/2,，输出高低电平分别为,V,OH,V,DD,，,V,OL,0,，且,R,1,R,2,脉冲波形的产生和整形主题知识,第8页,9,1.,其工作原理,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,当,v,I,0,时，,v,o1,V,OH,，,v,o,V,OL,0,，此时,G,1,门输入电压为,脉冲波形的产生和整形主题知识,第9页,10,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,当,v,I,从,0,逐步升高到使得,v,A,V,TH,时，,G1,进入电压传输特征放大区（转折区），故,v,A,增加，会引发下面正反馈，即,使电路快速跳变到,v,o,V,OH,V,DD,脉冲波形的产生和整形主题知识,第10页,11,由叠加原理得,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,设施密特触发器在输入信号,v,I,正向增加时门槛电压（阈值电压）为,V,T,，称为,正向阈值电压,，此时,v,o,0,，,G,1,门输入电压为,脉冲波形的产生和整形主题知识,第11页,12,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,当,v,I,从高电平,V,DD,逐步下降到,v,A,V,TH,时，因为也存在正反馈，即,使电路快速跳变到,v,o,V,OL,0,此时施密特触发器在,v,I,下降时对应输出电压由高电平转为低电平时输入电压为,V,T,，称为,负向阈值电压,，此时,v,o,V,DD,，,G,1,门输入电压为,脉冲波形的产生和整形主题知识,第12页,13,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,因为,V,TH,V,DD,/2,，故,只要,v,I,V,T-,，,v,o,0,脉冲波形的产生和整形主题知识,第13页,14,将,V,T,和,V,T,之间差值定义为回差电压，用,V,T,表示，即,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,施密特触发器电压传输特征为图,10.2.2,所表示,图,10.2.2,脉冲波形的产生和整形主题知识,第14页,15,施密特触发器两个输出电压传输特征为图,10.2.3,所表示,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,脉冲波形的产生和整形主题知识,第15页,16,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,图,10.2.3(a),是以,v,o,做为输出，,v,o,和,v,I,同相位；而图,10.2.3(b),是以,v,o,做为输出，,v,o,和,v,I,反相位。另经过调整,R,1,和,R,2,比值，可调整,V,T,、,V,T,和回差电压,V,T,大小。,脉冲波形的产生和整形主题知识,第16页,17,利用施密特触发器能够将边缘改变迟缓周期性信号变换为边缘很陡矩形脉冲,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,3.,施密特触发器应用,(1),用于波形变换,脉冲波形的产生和整形主题知识,第17页,18,利用施密特触发器将一系列幅度不一样脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压幅度判别出来。,二、用于鉴幅,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,脉冲波形的产生和整形主题知识,第18页,19,三、用于脉冲整形,10.2.1,用门电路组成施密特触发器,在数字系统中，经常出现干扰信号，使得信号波形变差，这么可经过施密特触发器整型取得比较理想波形。,脉冲波形的产生和整形主题知识,第19页,20,10.3,单稳态触发器,特点：,第一 它有,稳态,和,暂稳态,两个不一样工作状态；,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 暂稳态维持时间长短,取决于电路本身参数,，与触发脉冲宽度和幅度无关。,应用：脉冲整形、延时、定时等,脉冲波形的产生和整形主题知识,第20页,21,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,单稳态触发器暂稳态通常是靠,RC,电路充放电过程来维持，依据,RC,电路不一样接法，把单稳态触发器分成微分型和积分型。,一、微分型单稳态触发器,图,10.3.1,是由,CMOS,门电路,G,1,、,G,2,和,R,d,、,C,d,微分电路组成单稳态触发器。,图,10.3.1,设,V,OH,V,DD,，,V,OL,0,，且,CMOS,门转折电压为,V,TH,V,DD,/2,，,脉冲波形的产生和整形主题知识,第21页,22,a.,无触发信号时，电路处于稳态，,v,o,=0,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,图,10.3.1,在稳态下,v,I,=0,，,v,I2,=,V,DD,，故,v,o,=0,，,v,o1,=,V,DD,，电容,C,两端无电压，,v,c,=0,b.,外加触发信号时，电路由稳态翻转到暂稳态,当输入信号,v,I,加触发脉冲时，在,R,d,、,C,d,组成微分电路输出端得到很窄正负脉冲,v,d,，如图,10.3.2,波形所表示。,图,10.3.2,脉冲波形的产生和整形主题知识,第22页,23,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,当,v,I,上升，,v,d,也随之上升，当上升到,V,TH,后，此时存在以下正反馈：,图,10.3.2,则,v,o,1,快速跳变为低电平，因为电容电压不能跃变，故,v,I2,同时为低电平，使得输出翻转为高电平，此时电路进入暂态，电容随即开始充电,暂态,脉冲波形的产生和整形主题知识,第23页,24,c.,电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,图,10.3.2,电源,V,DD,经过,R,和,G,1,门输出电路给电容,C,充电,C,充电电路,脉冲波形的产生和整形主题知识,第24页,25,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,伴随,v,I2,增加，当增加到,v,I2,V,TH,，产生另一正反馈，即,图,10.3.2,此时,v,o1,和,v,I2,快速跳变为高电平，电路马上翻为稳态，即,v,o,0,脉冲波形的产生和整形主题知识,第25页,26,10.3.1,用门电路组成单稳态触发器,此时电容,C,经过,R,和,G,2,门输入保护电路很快放电，知道电容电压为,0,，电路恢复到稳态。,图,10.3.2,C,放电电路,C,放电,脉冲波形的产生和整形主题知识,第26页,27,10.4,多谐振荡器,多谐振荡器是一个,自激振荡器,，在接通电源后，,不需要外加触发信号，便能自动产生矩形波形,。因为矩形波中含有高次谐波故把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。,10.4.1,对称式多谐振荡器,图,10.4.1,为对称式多谐振荡器经典电路。,1.,组成：,它是由两个反相器,G,1,、,G,2,经耦合电容,C,1,、,C,2,连接起来正反馈电路。,图,10.4.1,脉冲波形的产生和整形主题知识,第27页,28,2.,产生自激振荡条件：,由图,10.4.2,所表示,TTL,反相器电压传输特征可知，若静态时,G,1,和,G,2,工作在转折区或线性区，它们即工作在放大状态，其电压放大倍数为,10.4.1,对称式多谐振荡器,为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态，即静态（未振荡）时应是不稳定,图,10.4.2,此时只要输入电压有微小波动，就会被正反馈回路放大而引发振荡,脉冲波形的产生和整形主题知识,第28页,29,故为了使反相器工作在放大状态，则要给它们设置适当偏置电压，其数值在高、低电平之间。这个偏置电压能够由,R,F,来设定。,10.4.1,对称式多谐振荡器,由反相器输入电路（图,10.4.3),可得,图,10.4.3,脉冲波形的产生和整形主题知识,第29页,30,在反相器电压传输特征上做出此直线，交点,P,即为反相器静态工作点，如图,10.4.2,所表示。计算标明，对于,74,系列门电路而言，,R,F1,阻值应取,0.5K,1.9K,。,此式是输出与输入线性关系方程。,10.4.1,对称式多谐振荡器,图,10.4.2,脉冲波形的产生和整形主题知识,第30页,31,3.,工作情况分析,假使当电路接通电源后，因为电冲击，使得输入有微小正跳变，则因为以下正反馈：,10.4.1,对称式多谐振荡器,此正反馈使得,v,o1,快速跳变为低电平，,v,o2,翻转成高电平，电路进入第一个暂稳态。同时,C,1,充电，而,C,2,放电,C,1,充电回路,C,2,放电回路,脉冲波形的产生和整形主题知识,第31页,32,因为充电速度比放电速度快，故,v,I2,首先到达阈值电压,V,TH,，并有下面正反馈：,C,1,充电回路,C,2,放电回路,10.4.1,对称式多谐振荡器,v,o2,快速跳变为低电平，而,v,o1,跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态，同时,C,1,放电,C,2,充电。因为电路对称，过程与前相同，,C,2,充电速度比,C,1,充电快，很快,v,I1,首先到达阈值电压,V,TH,，使得,v,o1,快速跳变为低电平，而,v,o2,跳变为高电平，又回到第一暂稳态,脉冲波形的产生和整形主题知识,第32页,33,电路中各处电压波形如图,10.4.3,所表示。,10.4.1,对称式多谐振荡器,图,10.4.3,脉冲波形的产生和整形主题知识,第33页,34,10.4.3,环形振荡器,利用闭合回路中正反馈作用能够产生自激振荡，而利用闭合回路中延迟负反馈作用也能够产生自激振荡，但需要负反馈信号足够强。,环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡。它是利用门电路传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而组成。,1.,最简单环形振荡器,电路如图,10.4.7,所表示。,图,10.4.7,脉冲波形的