脈沖信號的產(chǎn)生與整形(1)ppt課件

1、 第七章第七章 脈沖波形的產(chǎn)生和整脈沖波形的產(chǎn)生和整形形 本章引見矩形脈沖的產(chǎn)生和整形電路。首先引見兩種常用的整形電路施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。在脈沖產(chǎn)生電路中引見多諧振蕩器的幾種常見方式。本章的最后討論運用555定時器的原理及用它構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。本章討論的是脈沖波形，重點是脈沖波形的變換和波形參數(shù)的計算。7.1概述概述1本章研討波形的產(chǎn)生和變換，重點：波形的分析和計算。2脈沖波形的參數(shù)：見下頁圖，3. 獲得矩形脈沖有兩種方法：一種是利用各種方式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需求的矩形脈沖，另一種那么是經(jīng)過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩

2、形脈沖。4. 主要討論多諧振蕩器的幾種常見方式非對稱式和對稱式多諧振蕩器、石英晶體多諧振蕩器以及運用施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一些常用構造方式，并對它們的功能特點及其主要運用作簡單的表達。 脈沖幅度VM脈沖周期T 脈沖頻率f 脈沖寬度TW上升時間TR下降時間TF占空比：q=TW/T7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，在接通電源后無需外加輸入信號便可以自動產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖。多諧振蕩器是數(shù)字式儀表和設備中必有的部分，用于產(chǎn)生基準信號或時鐘脈沖。無穩(wěn)定形狀，只需兩個暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過對電路中的儲能元件電容器的差點和放電，使電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間交替變化，產(chǎn)生自激振蕩，從

3、而輸出周期性的矩形脈沖信號。因此多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。特點： 1. 兩個暫穩(wěn)態(tài)，形狀自動轉換； 2.停留在暫穩(wěn)態(tài)的時間TW由電路本身參數(shù)決議 3. 正反響產(chǎn)生振蕩、改善波形。 二二 非對稱式多諧振蕩器：非對稱式多諧振蕩器：CMOS電路電路1.RF、C用作定時元件覺得該振蕩器的頻率，RP是補償電阻，可以減小電源電壓變化對震蕩頻率的影響，普通RPRF 2.T=T1+T2=2.2RFC。7.1.1.2 任務原理任務原理第一穩(wěn)態(tài)電路接通電源后，假定vI1有極微小的正跳變發(fā)生，使門G1的輸出vO1有負跳變，它使門G2的輸出有一個正跳變，經(jīng)過電容C的耦合，是vI1進一步增大。如此構成正反響，其結果是

4、當vI1上升到vI1=VTH時，門G1開啟，輸出vO1在極短的時間里迅速跳變?yōu)榈碗娖絍OL;而門G2封鎖，輸出vO2跳變?yōu)楦唠娖絍OH,電路進入第一穩(wěn)態(tài)。2.第二穩(wěn)態(tài)第二穩(wěn)態(tài)由于vO1為低電平(門G1輸出相當于接地)，那么vO2的高電平經(jīng)RP及G1的輸入阻抗和RF對電容C進展反向充電，使電壓VI1逐漸下降，同時必將又有另一個正反響過程產(chǎn)生.正反響的結果是，當vI1下降到vI1=VTH時，門G1封鎖，vO1迅速跳變到高電平VOH;而門G2開啟，vO2迅速跳變到低電平vOL,電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。3. 兩個暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉換兩個暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉換隨著vO1經(jīng)過RF對C進展正向充電，使vI1迅速添

5、加，當vI1添加到vI1=VTH時，門G1開啟，輸出vO1=vOL，電路又重新轉換到第一暫穩(wěn)態(tài)。7.1.1.3 參數(shù)估算參數(shù)估算當取VTH=VDD/2時，輸出方波的幅度：VmVDD運用方波的周期：T=2RFCln3 2.2RFCTTL門電路組成的對稱式多諧振蕩器，由G1,G2兩個反相器經(jīng)耦合電容C1,C2銜接起來，構成正反響回來。須恰當?shù)倪x擇反響電阻RF1,RF2的阻值， G1,G2的靜態(tài)任務點位于電壓傳輸特性的轉機區(qū)，以便于兩個暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉換。7.1.2 對稱式多諧振蕩器：TTL電路7.1.2 對稱式多諧振蕩器：TTL電路第一暫穩(wěn)態(tài)電路接通電源后，假定vI1產(chǎn)生較小正跳變，那么有以下反

6、響過程： vI1 vO1 vI2 vO2正反響的結果，使得輸出vO1在極短的時間里迅速跳變?yōu)榈碗娖絍OL, vO2跳變?yōu)楦唠娖絍OH,此時把電路稱為進入第一暫穩(wěn)態(tài)。第二暫穩(wěn)態(tài)由于vO1為低電平，那么輸出電壓vO2經(jīng)過電阻RF2,以及門G2的外接正電源經(jīng)過門G1內(nèi)部的電阻，兩條線同時對電容C1進展正向充電，使電壓vI2上升； vI2 vO2 vI1 vO1由于C1充電較快，C2放電較慢，當vI2上升到門G2的閥值電壓VTH時，vO2迅速跳變到低電平VOL,而vO1迅速跳變到高電平VOH,電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。7.1.2.3 參數(shù)估算參數(shù)估算3.兩個暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉換兩個暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉換電路進

7、入第二暫穩(wěn)態(tài)的同時，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)的同時，C2開場充電，開場充電，C1開開場放電。由于電路的對稱性，這一過程與上升場放電。由于電路的對稱性，這一過程與上升C1充電、充電、C2放電的過程完全對應，當放電的過程完全對應，當vI1上升到上升到G2的閥值電壓的閥值電壓VTH時，時，vO1跳變?yōu)榈碗娖教優(yōu)榈碗娖絍OL，vO2跳變?yōu)楦唠娖教優(yōu)楦唠娖絍OH,電路又前往到第一暫穩(wěn)電路又前往到第一暫穩(wěn)態(tài)。電路在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間不停的往復振蕩，態(tài)。電路在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間不停的往復振蕩，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖信號。在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖信號。RF1=RF2=RF, C1=C2=C, VTH=VDD/2時輸出方波

8、的幅度：VmVDD輸出方波的周期：T=2RCln2 1.4RFC五五 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器1.其諧振頻率由石英晶體的結晶方向和外形尺寸所決議，與外接電阻、電容無關，頻率穩(wěn)定性高； 2.在石英晶體兩端加上不同頻率的電壓信號時，它表現(xiàn)出不同的電抗頻率特性。石英晶體的固有頻率f0，即等效的串聯(lián)諧振頻率，根本上只與晶體的幾何尺寸有關。選頻特性：串聯(lián)在電路中時，由于在f0處其等效阻抗近似為零，振蕩信號很容易經(jīng)過，其他信號頻率那么被衰減。因此，石英晶體振蕩器的振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,根本與外接電阻、電容無關。故又稱其為石英晶體諧振器。7.1.3.2 石英晶體多諧振蕩器石

9、英晶體多諧振蕩器電路組成任務原理一旦接通電源，電路就會在f0處構成自激振蕩，而且頻率穩(wěn)定性高。選頻特性：當信號頻率在f0附件時，詳細表現(xiàn)為電感性阻抗，當信號頻率大于或小于f0時，表現(xiàn)為電容性阻抗。石英晶體串聯(lián)在電路中時，由于在f0處其等效阻抗近似為零，振蕩信號很容易經(jīng)過，其他信號頻率那么被衰減。7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器特點：1. 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (VOH,VOL) 2. 兩個觸發(fā)電平VT+,VT- 3. 用正反響改善波形。由于電路中的器件形狀的轉換需求一定的時間，因此，普通脈沖波形的上升沿和下降沿都與理想的矩形脈沖有一些差距，運用時往往需求加以整形。施密特觸發(fā)器就是常用的整形電路。雙穩(wěn)態(tài)

10、：一個是高電平VOH,另一個穩(wěn)態(tài)輸出低電平VOL.兩個穩(wěn)態(tài)之間的轉換都需求外加觸發(fā)信號?；夭钐匦裕簝煞€(wěn)態(tài)之間轉換時輸入端需求加上不同的閥值電壓VT+、VT- 。兩者之差即回差，用VT一一 用門電路構成的施密特觸發(fā)器用門電路構成的施密特觸發(fā)器 1. CMOS門：R1R3，V E 1 = I C S 1 R 4 = V C C R 4 / R 2 ，VE2=ICS2R4=VCCR4/R3，VE1VE2。P314的計算可得VT+=1.7V，VT-=0.8V， VT=0.9V。3.P315 CMOS電路：略vI上升T1飽和導通、T2截止vI下降T1截止、T2飽和導通7.2.3 集成施密特觸發(fā)器：集成施

11、密特觸發(fā)器： 7.2.3.2 施密特觸發(fā)器的運用；施密特觸發(fā)器的運用； 1. 波形變換：利用施密特觸發(fā)器形狀轉換過程中的正反響作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入信號的幅度大于VT+?？梢詫⑷遣?、正弦涉及不規(guī)那么的模擬信號變換為矩形脈沖信號。2、用于脈沖波形整形合理設置VT+和VT-。3、用于脈沖鑒幅能將幅度大于VT+ 的脈沖選出。將幅度較小的脈沖除去，幅度較大的脈沖得以保管。7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：1. 一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài) 。 2. 停留在暫穩(wěn)態(tài)的時間TW由電路本身參數(shù)決議； 3. 普通用正反響改善波形 。暫穩(wěn)態(tài)的時間通常由RC電路的充放電

12、來維持，根據(jù)RC電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型。一一 用門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 Rd,Cd組成的微分電路，可將輸入脈沖轉換為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所需的窄脈沖；R,C組成定時電路，決議了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器停留在暫穩(wěn)態(tài)的時間。 為保證窄脈沖觸發(fā)，加Cd、Rd； 各點波形：正脈沖觸發(fā)，穩(wěn)態(tài)：VO1=1、VO=0暫穩(wěn)態(tài)：VO1=0、VO=1 用正反響改善波形 2.積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：穩(wěn)態(tài)：VO1=1、VO=1，暫穩(wěn)態(tài)：VO1=0、VO=0；寬脈沖觸發(fā)；TW V - ，V0=+VOM=“1；V+V-， VO= -VOM=“0；二二 用用555定時

13、器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器 1 見右 VT+=2/3VCC，VT-=1/3VCC；VT=1/3VCC；2.電壓傳輸特性如右圖所示；3.當5腳接VCO時，VT+=VCO， VT-=1/2VCO ， VT=1/2VCO。 三三 用用555定時器接成的多諧振蕩器定時器接成的多諧振蕩器見左圖，為減輕G4的負擔，利用7腳 (TD和R)充、放電(VO與VO相位一樣),3腳輸出。 波形圖如右圖。 2. T=T1+T2 =(R1+R2 )Cln2+R2Cln2 =(R1+2R2)Cln2， 3.占空比大于50%， 4.改良電路：加二極管引導，占空比可調(diào)2ln)(ln)(21211CRRVVV

14、VCRRTTCCTCC2ln00ln222CRVVCRTTT212112RRRRTTq四四 用用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1.見左以下圖，2腳輸入，6腳充、放電； 2.窄脈沖、下降沿觸發(fā)； 3.穩(wěn)態(tài)VO=0，暫穩(wěn)態(tài)VO=1； 4.TW=RCln3=1.1RC； RCRCVVVRCtCCCCCCW1 . 13ln320ln開關斷開前VR=VCC，開關斷開后電容器被充電。充電到VR=1/3VCC后VO跳為高電平。0ln2.523VccTwRCSVccVcc1 解：5腳接VI，即VT+=VIVT-=1/2VIT=T1+T2=(R1+R2)Cln +R2Cln VI升高，T變大，f下降。0102IIVV例題3： P362 6.32 與6.29類似 但5腳的電壓為VO1 和VCC迭加而成。當VO1=VOH=11V時，V5=8.8V，帶入上式T=1.1毫秒、f=611HZ，繼續(xù)1.04S，當VO1=VOL=0.2V時，V 5 = 6 V ， 帶 入 上 式T=1.14毫秒、f=876HZ，繼續(xù)1.1S。第六