第10章脈沖波形的產(chǎn)生與整形1

1、1第十章第十章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形脈沖波形的產(chǎn)生和整形10.1 概述概述10.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 （特點(diǎn)及其應(yīng)用）（特點(diǎn)及其應(yīng)用）10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （特點(diǎn)及其應(yīng)用）（特點(diǎn)及其應(yīng)用）10.4 多諧振蕩器（特點(diǎn)及其應(yīng)用）多諧振蕩器（特點(diǎn)及其應(yīng)用）10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用*2獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種：獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種：1、脈沖波形發(fā)生電路：脈沖波形發(fā)生電路：利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。2、脈沖波形整形電路：脈沖波形整形電路：利用整形電路把周期性變化的利用整形電路把周期性變化的波形變換為符合要求的矩形脈沖。波形變換為

2、符合要求的矩形脈沖。在同步時(shí)序電路中，作為時(shí)鐘信號的時(shí)鐘脈沖控制在同步時(shí)序電路中，作為時(shí)鐘信號的時(shí)鐘脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個(gè)電路的工作。因此，時(shí)鐘脈沖的特性直接和協(xié)調(diào)著整個(gè)電路的工作。因此，時(shí)鐘脈沖的特性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常的工作。關(guān)系到系統(tǒng)能否正常的工作。為了定量描述矩形脈沖的特性，給出幾個(gè)主要參數(shù)為了定量描述矩形脈沖的特性，給出幾個(gè)主要參數(shù):10.1 概述概述3描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)描述矩形脈沖特性的主要參數(shù): 脈沖周期脈沖周期 T脈沖幅度脈沖幅度 Vm上升時(shí)間上升時(shí)間 tr占空比占空比 q=tw/T脈沖頻率脈沖頻率 f=1/T脈沖寬度脈沖寬度 tw下降時(shí)間下降時(shí)間 tf4特點(diǎn)：特點(diǎn)：1

3、、輸入信號在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)、輸入信號在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平不同。的輸入電平不同。10.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器（常用的一類脈沖整形電路）（常用的一類脈沖整形電路）VT+VT-0vIvO（VT+VT-）應(yīng)用：應(yīng)用： 常用于波形變換、常用于波形變換、鑒幅鑒幅和脈沖整形。和脈沖整形。2、電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過程，使輸出波形邊沿變陡。、電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過程，使輸出波形邊沿變陡。符號：符號：施密特傳輸門施密特傳輸門施密特與非門施密特與非門施密特非門施密特非門510.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器將兩級反相器串接起來

4、，同時(shí)通過分壓電阻把輸出端將兩級反相器串接起來，同時(shí)通過分壓電阻把輸出端的電壓反饋到輸入端，即構(gòu)成施密特觸發(fā)器。的電壓反饋到輸入端，即構(gòu)成施密特觸發(fā)器。G1，G2為為CMOS反相器。反相器。VI=0時(shí)，時(shí)，VO=VOL 0，VA 0電路：電路：符號：符號：21210RRVVVVVDDTHOLDDOH，且，1、當(dāng)、當(dāng)VI從從0逐漸升高到使得逐漸升高到使得VA VTH時(shí)，時(shí)，電路發(fā)生正反饋，如圖所示電路發(fā)生正反饋，如圖所示:VAVoVo1正向閾值電壓正向閾值電壓VT+ ： VI上升過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)上升過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平。即的輸入電平。即VA = VTH時(shí)的時(shí)的VI=

5、VT+電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為Vo=VOH VDD0,0 OIVV OIAVVRRRV 212 0212 TVRRR TVRRR212THVTHTVRRRV221 THVRR 211VT+VTH021RRII 21RVRVVTHTHT 0, OTHATIVVVVVVAVoVo12、當(dāng)、當(dāng)VI從從VDD逐漸下降到使得逐漸下降到使得VA VTH時(shí)時(shí),電路發(fā)生正反饋電路發(fā)生正反饋,如圖所示如圖所示:電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為Vo=VOL 0負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓VT- ： VI下降過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)下降過程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對應(yīng)的輸入電平。即的輸入電平。即VA =

6、 VTH時(shí)的時(shí)的VI=VT-VT-VTHVDDDDODDIVVVV ,21RRII 21RVVRVVTHDDTTH 22RVVTHTH THTTHVRVRVR122 THTVRRRV212 2RVTH THVRR 211DDOTHATIVVVVVV ,8電壓傳輸特性曲線：電壓傳輸特性曲線：回差電壓回差電壓 VT=VT+ VT-負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓VT-正向閾值電壓正向閾值電壓VT+THTVRRV 211THTVRRV 211THTVRRV212 以以V0 作輸出端作輸出端反相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器同相輸出的施密特觸發(fā)器同相輸出的施密特觸發(fā)器VT+VT-0vIvOTHVRR

7、212VT+VT-0vIvOTHVRR212910.2.3施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用1.波形變換波形變換: 將邊沿變化緩慢將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。很陡的矩形脈沖信號。2.脈沖鑒幅：脈沖鑒幅： 可在輸入的一系可在輸入的一系列幅度各異的脈沖信號中選出列幅度各異的脈沖信號中選出幅度大于幅度大于VT+的脈沖輸出。的脈沖輸出。10.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 自學(xué)了解自學(xué)了解103.脈沖整形：脈沖整形： 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，可通過波形畸變，可通過施密特觸發(fā)電

8、路整形成矩形脈沖。施密特觸發(fā)電路整形成矩形脈沖。1110.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，電路能自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，電路能自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖整形、延時(shí)脈沖整形、延

9、時(shí)（產(chǎn)生滯后于（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時(shí)定時(shí)（產(chǎn)生固定時(shí)間寬度的脈沖（產(chǎn)生固定時(shí)間寬度的脈沖信號）等信號）等單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充、放電過電路的充、放電過程來維持的。根據(jù)程來維持的。根據(jù)RC電路的不同接法，分為微分型和積分電路的不同接法，分為微分型和積分型兩種型兩種.應(yīng)用：應(yīng)用：一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 采用采用CMOS門電路和門電路和RC微分電路微分電路穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài): V0=0暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài): V0=1上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)DDTHOLDDOHVVVVV210,上無電壓；穩(wěn)態(tài)下：CVVVVVVV

10、DDOODDIdI),( ,12000 O2I1OdIVVVV,V加加觸觸發(fā)發(fā)信信號號開開始始充充電電電電路路迅迅速速進(jìn)進(jìn)入入暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)C,0V,1V1OO 1OO2I2ITH2IVVVV,VV又又引引起起正正反反饋饋時(shí)時(shí)充充電電至至放放電電，恢恢復(fù)復(fù)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)。電電路路迅迅速速返返回回穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)C,VV,0VDD1OO 13輸出脈沖幅度：輸出脈沖幅度：Vm=VOH-VOL VDD輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度：THCCCwV)(V)0(V)(VRClnt THDDDDVV0VlnRC RC7 . 0RC2ln 工作波形工作波形14；穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)下下：OHAOH1OOIVV),VV(, 1V,0V 開始

11、放電；開始放電；進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，后，后，C,0V,0VV1OOI 返回穩(wěn)態(tài)；返回穩(wěn)態(tài)；后，后，當(dāng)放至當(dāng)放至, 1VVVOTHA 恢復(fù)初始態(tài)；恢復(fù)初始態(tài)；重新充電至重新充電至后，后，,VCVOHI 二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 采用采用TTL門電路門電路穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài): V0=1暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài): V0=0上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(015單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時(shí)與定時(shí)延時(shí)與定時(shí)圖中，圖中，vO1 的下降沿比的下降沿比vI的的觸發(fā)沿滯后了時(shí)間觸發(fā)沿滯后了時(shí)間tW。當(dāng)當(dāng)vO1=1時(shí)，與門打開，時(shí)，與門打開，vO

12、= vF。當(dāng)。當(dāng)vO1=0時(shí)，與門時(shí)，與門關(guān)閉，關(guān)閉，vO為低電平。顯為低電平。顯然與門打開的時(shí)間是恒然與門打開的時(shí)間是恒定不變的，就是單穩(wěn)輸定不變的，就是單穩(wěn)輸出脈沖出脈沖vO1的寬度的寬度tW。（2）定時(shí)）定時(shí)（1）延時(shí)）延時(shí)tWvIvO1vFvO單穩(wěn)單穩(wěn)1vIOv單穩(wěn)單穩(wěn)1vIOvO1vIvOvo1單穩(wěn)單穩(wěn)與門與門vF16 2. 整形整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號不規(guī)則的輸入信號vI 整形整形成為幅度和寬度都相同的成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度寬度tW決

13、定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。IvtWOvtVi0tVo0單穩(wěn)單穩(wěn)1vIOvOtW1710.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (74 121)182lnRCVV0VlnRCVVVVlnRCtTHCCCC)t()()0()(w 輸輸 入入輸輸 出出A1A2BVOVO0101010100111011111100功能表：功能表：符號：符號：190vot0Bt不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)0vot存在死區(qū)時(shí)間存在死區(qū)時(shí)間0BttWtWtW單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的波形圖的波形圖穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)；狀態(tài)；有兩種觸發(fā)方式：有兩種觸發(fā)方式：A1、A2 是下降沿觸發(fā)，是下降沿觸發(fā)，B是上升

14、沿觸發(fā)；是上升沿觸發(fā)；不可重復(fù)觸發(fā)；不可重復(fù)觸發(fā)；存在死區(qū)時(shí)間。存在死區(qū)時(shí)間。20穩(wěn)態(tài)為穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)；狀態(tài)；RD:復(fù)位端復(fù)位端;有兩種觸發(fā)方式：有兩種觸發(fā)方式：A是下降沿觸發(fā)，是下降沿觸發(fā)，B是上升沿觸發(fā)；是上升沿觸發(fā)；可重復(fù)觸發(fā)，無可重復(fù)觸發(fā)，無死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123輸輸 入入輸輸 出出RDABVOVO001101001101101功能表：功能表：0vot0Bt可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)0vot不存在死區(qū)時(shí)間不存在死區(qū)時(shí)間0BttWtWtW2110.4 多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器。在接通電源以后不多諧振蕩器是一種自激振蕩器。在接通電源以后不需要外加觸發(fā)信號，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。需要外加觸發(fā)信號，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以又把由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器2210.4.2 非對稱式多諧振蕩器非對稱式