第15章脈沖的產(chǎn)生和整形電路

1、第第 15 章脈沖的產(chǎn)生和整形電路章脈沖的產(chǎn)生和整形電路本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)15.1鋸齒波電壓發(fā)生器和多諧振蕩器鋸齒波電壓發(fā)生器和多諧振蕩器15.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 15.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器本章小結(jié)本章小結(jié)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握鋸齒波的參數(shù)，理解鋸齒波電壓發(fā)生器原理，了掌握鋸齒波的參數(shù)，理解鋸齒波電壓發(fā)生器原理，了解自舉補(bǔ)償鋸齒波電路的工作原理。解自舉補(bǔ)償鋸齒波電路的工作原理。2掌握多諧振蕩器的電路形式、工作原理及振蕩周期的掌握多諧振蕩器的電路形式、工作原理及振蕩周期的估算方法。估算方法。3掌握掌握與非與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路特點(diǎn)及工作原理。門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2、電路特點(diǎn)及工作原理。4了解施密特觸發(fā)器的電路特點(diǎn)及工作原理。了解施密特觸發(fā)器的電路特點(diǎn)及工作原理。15.1鋸齒波電壓發(fā)生器和多諧振蕩器鋸齒波電壓發(fā)生器和多諧振蕩器15.1.1鋸齒波電壓發(fā)生器鋸齒波電壓發(fā)生器15.1.2多諧振蕩器多諧振蕩器15.1.115.1.1鋸齒波電壓發(fā)生器鋸齒波電壓發(fā)生器鋸齒波電壓在示波器、雷達(dá)、鋸齒波電壓在示波器、雷達(dá)、自動控制和測量儀器等設(shè)備中廣自動控制和測量儀器等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。泛應(yīng)用。一、鋸齒波電壓的參數(shù)一、鋸齒波電壓的參數(shù)1掃描期掃描期 T1：要求在要求在 T1 時間內(nèi)電壓隨時間線性變化。時間內(nèi)電壓隨時間線性變化。2. 回掃期回掃期 TB：電壓在此期間迅速回到起

3、始值，要求越小電壓在此期間迅速回到起始值，要求越小越好。越好。3休止期休止期 TN：是掃描結(jié)束到下次掃描開始的間隔時間。是掃描結(jié)束到下次掃描開始的間隔時間。4恢復(fù)期恢復(fù)期 T2：T2 = TB + TN 。5重復(fù)周期重復(fù)周期 T：T = T1 + T2 。6頻率頻率 f：f = 1/T。7掃描幅度掃描幅度 Vm：掃描期內(nèi)電壓的幅值。掃描期內(nèi)電壓的幅值。二、鋸齒波電壓發(fā)生器基本原理二、鋸齒波電壓發(fā)生器基本原理 1工作原理：工作原理：利用電容器的緩慢充電和快速放電的過程，利用電容器的緩慢充電和快速放電的過程，在電容器兩端得到鋸齒波電壓。在電容器兩端得到鋸齒波電壓。 2工作過程：工作過程：初始時開關(guān)

4、初始時開關(guān) S 閉合，閉合，VC = 0。若將。若將 S 斷開，斷開，C 開始充電，開始充電， = RC，VC 按指數(shù)規(guī)律上升，經(jīng)短暫時間按指數(shù)規(guī)律上升，經(jīng)短暫時間 T1( (T1 ) )后再將后再將 S 閉合，閉合，C 快速放電。不斷重復(fù)快速放電。不斷重復(fù)上述過程，就可以得到鋸齒波。上述過程，就可以得到鋸齒波。3簡單的鋸齒波電壓發(fā)生器：簡單的鋸齒波電壓發(fā)生器： 用晶體管用晶體管 V 代替開關(guān)代替開關(guān)S，在，在V的基極輸入連續(xù)的矩形波，讓的基極輸入連續(xù)的矩形波，讓 V 交替地工作在截止與飽和狀態(tài)，交替地工作在截止與飽和狀態(tài)，就可以獲得鋸齒波電壓。就可以獲得鋸齒波電壓。三、自舉補(bǔ)償鋸齒波電路三、

5、自舉補(bǔ)償鋸齒波電路+VG 為電源；為電源；V2 是射極跟隨器；是射極跟隨器；V1 起開關(guān)作用；起開關(guān)作用；C1 為自舉電容器；為自舉電容器；V3 是是隔離二極管。隔離二極管。1電路：電路：2要求：要求：自舉電容自舉電容 C1 電容量足夠大。電容量足夠大。3工作原理：工作原理：V1 截止時，電容截止時，電容 C 充電，充電，V2 輸出鋸齒波正輸出鋸齒波正程電壓；程電壓；V1 飽和導(dǎo)通時，飽和導(dǎo)通時，C 迅速放電，迅速放電，V2 輸出鋸齒波逆程電壓。輸出鋸齒波逆程電壓。同時同時 +VG 通過通過 V3、C1、Re 對對 C1 再充電補(bǔ)足被放掉的電荷。再充電補(bǔ)足被放掉的電荷。15.1.2多諧振蕩器多

6、諧振蕩器 在電路數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常要處理脈沖的產(chǎn)生、延時、整形在電路數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常要處理脈沖的產(chǎn)生、延時、整形等問題，多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)等問題，多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)這些功能。這些功能。 多諧振蕩器多諧振蕩器：能自動反復(fù)輸出矩形脈沖的自激振蕩電路，：能自動反復(fù)輸出矩形脈沖的自激振蕩電路，是無穩(wěn)態(tài)電路。是無穩(wěn)態(tài)電路。 無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路：不需要外加觸發(fā)信號，電路的輸出狀態(tài)會在：不需要外加觸發(fā)信號，電路的輸出狀態(tài)會在高、低電平兩種狀態(tài)間反復(fù)不停的翻轉(zhuǎn)，沒有穩(wěn)定的狀態(tài)。高、低電平兩種狀態(tài)間反復(fù)不停的翻轉(zhuǎn)，沒有穩(wěn)定的狀態(tài)。萬叢章補(bǔ)充萬叢章補(bǔ)充由門電

7、路構(gòu)成的多諧振蕩器由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路叫做多諧振蕩器。1 1、RC環(huán)形多諧環(huán)形多諧振蕩器振蕩器0(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t30(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3在在t1時刻，時刻，ui1（uo）由）由0變?yōu)樽優(yōu)?，于是，于是uo1（ui2）由）由1變?yōu)樽優(yōu)?，uo2由由0變?yōu)樽優(yōu)?。由于電容電

8、壓不能躍變，故由于電容電壓不能躍變，故ui3必定跟隨必定跟隨ui2發(fā)生負(fù)跳變。這個低電平保發(fā)生負(fù)跳變。這個低電平保持持uo為為1，以維持已進(jìn)入的這個暫穩(wěn)態(tài)。，以維持已進(jìn)入的這個暫穩(wěn)態(tài)。在這個暫穩(wěn)態(tài)期間，在這個暫穩(wěn)態(tài)期間，uo2（高電平）通過電阻（高電平）通過電阻R對電容對電容C充電，使充電，使ui3逐漸逐漸上升。在上升。在t2時刻，時刻，ui3上升到門電路的閾值電壓上升到門電路的閾值電壓UT，使，使uo（ui1）由）由1變?yōu)樽優(yōu)?，uo1（ui2）由）由0變?yōu)樽優(yōu)?，uo2由由1變?yōu)樽優(yōu)?。同樣由于電容電壓不能躍變，故。同樣由于電容電壓不能躍變，故ui3跟隨跟隨ui2發(fā)生正跳變。這個高電平保持

9、發(fā)生正跳變。這個高電平保持uo為為0。至此，第一個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，。至此，第一個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程萬叢章補(bǔ)充萬叢章補(bǔ)充0(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程在在t2時刻，時刻，uo2變?yōu)榈碗娖?，電容變?yōu)榈碗娖剑娙軨開始通過電阻開始通過電阻R放電。隨著放電的進(jìn)行，放電。隨著放電的進(jìn)行，ui3逐漸下降。在逐漸下降。在t3時刻，時刻，ui3下降到下降到UT，使，使uo（u

10、i1）又由）又由0變?yōu)樽優(yōu)?，第二個暫穩(wěn)態(tài)，第二個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回到第一個暫穩(wěn)態(tài)，又開始重復(fù)前面的過程。結(jié)束，電路返回到第一個暫穩(wěn)態(tài)，又開始重復(fù)前面的過程。造成振蕩器自動翻轉(zhuǎn)的原因是電容 C的充放電。振 蕩 周 期 為 ： T 2.2RC萬叢章補(bǔ)充萬叢章補(bǔ)充一、用非門組成的多諧振蕩器一、用非門組成的多諧振蕩器1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 輸出端與輸入端接有反饋線，電路成環(huán)形。輸出端與輸入端接有反饋線，電路成環(huán)形。2工作原理工作原理 3. 起振條件起振條件 (R + R1) 0.85 k ；R 0.8 k 。4. 實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)電路 用一塊用一塊 T081 型四型四非非門或一門或一 SN74S04 型六

11、型六非非門集成電路實(shí)現(xiàn)。門集成電路實(shí)現(xiàn)。用一塊用一塊 SN7400 型四型四 2 輸入輸入與非與非門或門或 CC4011 型四型四 2 輸入輸入與與非非門，把每個門，把每個與非與非門的輸入端并接后改為門的輸入端并接后改為非非門來實(shí)現(xiàn)。門來實(shí)現(xiàn)。 二、環(huán)形多諧振蕩器的改進(jìn)電路二、環(huán)形多諧振蕩器的改進(jìn)電路2參數(shù)選擇：參數(shù)選擇： 電位器電位器 R 為為 1 k ，C 為為 15 pF；1. 改進(jìn)電路：改進(jìn)電路：原電路中的原電路中的 R 用電位器來代替，構(gòu)成頻率用電位器來代替，構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器。可調(diào)的多諧振蕩器。3頻率可調(diào)范圍：頻率可調(diào)范圍：1.4 8 MHz4. 帶石英晶體的環(huán)形振蕩器帶石英

12、晶體的環(huán)形振蕩器特點(diǎn)：提高頻率的穩(wěn)定性；電特點(diǎn)：提高頻率的穩(wěn)定性；電路輸出的工作頻率決定于石英晶體路輸出的工作頻率決定于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率的串聯(lián)諧振頻率 f。15.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器15.2.1用用與非與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器15.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路簡介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路簡介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。：有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。主要應(yīng)用：延時、整形等方面。主要應(yīng)用：延時、整形等方面。15.2.1用用與非與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1電路組成：電路組成：兩個兩個與非與非門；一個積分電路。門；一

13、個積分電路。2工作原理：工作原理：電路處于穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài) 外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài) 自動返回到穩(wěn)態(tài)。自動返回到穩(wěn)態(tài)。（1）電路的穩(wěn)態(tài)）電路的穩(wěn)態(tài)無論無論 vI 是高電平還是低電平，是高電平還是低電平，G2 處于關(guān)閉狀態(tài)，輸出處于關(guān)閉狀態(tài)，輸出 vO 為高電平，這是電路的穩(wěn)態(tài)。為高電平，這是電路的穩(wěn)態(tài)。（2）外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)）外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài) 設(shè)穩(wěn)態(tài)時設(shè)穩(wěn)態(tài)時 vI 為低電平。當(dāng)為低電平。當(dāng) vI 電平由低變高時，由于電平由低變高時，由于 vC 不不能突變?nèi)员３指唠娖?，則使能突變?nèi)员３指唠娖?，則使 vO 電平從高變低；隨電容電平從

14、高變低；隨電容 C 的放的放電過程進(jìn)行，電過程進(jìn)行，vC 將下降，維持將下降，維持 G2 開通的條件將被破壞，因此開通的條件將被破壞，因此 G2 開通的狀態(tài)是暫時的，是暫穩(wěn)態(tài)。開通的狀態(tài)是暫時的，是暫穩(wěn)態(tài)。（3）自動返回到穩(wěn)態(tài)）自動返回到穩(wěn)態(tài) 當(dāng)當(dāng) vC 下降到關(guān)門電平時，下降到關(guān)門電平時，G2 由開通返回到關(guān)閉狀態(tài)，由開通返回到關(guān)閉狀態(tài)，vO 由低電平返回到高電平。由低電平返回到高電平。 3正常工作條件：正常工作條件：輸入正脈沖輸入正脈沖 vI 的寬度的寬度 tpI 一定要大于單一定要大于單穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖寬度穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖寬度 tp。4弱點(diǎn)：弱點(diǎn)：正常工作依賴輸入脈沖寬度。正常工作依賴輸入脈

15、沖寬度。 5改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：采用負(fù)窄脈沖觸發(fā)的積分型單穩(wěn)電路。采用負(fù)窄脈沖觸發(fā)的積分型單穩(wěn)電路。15.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路簡介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路簡介一、一、CT74121 型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡介型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡介1引線排列引線排列2功能功能說明：說明： 表示任意值；表示任意值；表示電平從高到低的跳變；表示電平從高到低的跳變；表示電表示電平從低到高的跳變；平從低到高的跳變；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的寬度由定時元件單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的寬度由定時元件 R 和和 C 決定。決定。 “高高”表示高電平脈沖；表示高電平脈沖；“低低”表示低電平脈沖。表示低電平脈沖。使用：使用：Cext 是外接電容端，

16、是外接電容端，Rint 是內(nèi)部電阻端，是內(nèi)部電阻端，Rint /Cext 是是外接電阻和電容公共端。外接電阻和電容公共端。接法：接法：二、二、CT74LS123 雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡介雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡介1引腳排列引腳排列2使用使用在直接復(fù)位端輸入低電平脈沖，在直接復(fù)位端輸入低電平脈沖，可提前終止輸出脈沖，迫使脈沖變可提前終止輸出脈沖，迫使脈沖變窄，由窄，由 tp 變?yōu)樽優(yōu)?tp。此芯片具有重復(fù)觸發(fā)功能，可使輸出脈沖加寬。此芯片具有重復(fù)觸發(fā)功能，可使輸出脈沖加寬。外加負(fù)脈沖終止輸出脈沖外加負(fù)脈沖終止輸出脈沖重觸發(fā)脈沖加寬輸出脈寬重觸發(fā)脈沖加寬輸出脈寬3功能表功能表CT74LS123控制功能控制功能低

17、低高高116低低高高015觸發(fā)暫觸發(fā)暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)低低高高104100 3穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)10 1 2清零清零10 01Q說明說明輸輸 出出輸輸 入入序號序號QDR TR TR例：由例：由 CT74LS123 組件接成的兩級單穩(wěn)態(tài)定時電路。組件接成的兩級單穩(wěn)態(tài)定時電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在脈沖系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在脈沖系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。工作波形：工作波形：15.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器15.3.1用用與非與非門組成的施密特電路門組成的施密特電路15.3.2集成施密特觸發(fā)器電路簡介集成施密特觸發(fā)器電路簡介15.3.1用用與非與非門組成的施密特電路門組成

18、的施密特電路一、工作原理一、工作原理1電路構(gòu)成電路構(gòu)成電路特點(diǎn)：具有兩個穩(wěn)電路特點(diǎn)：具有兩個穩(wěn)態(tài)；電路存在回差現(xiàn)象。態(tài)；電路存在回差現(xiàn)象。2工作原理工作原理第一穩(wěn)態(tài)第一穩(wěn)態(tài) 輸入信號作用輸入信號作用 第二穩(wěn)態(tài)第二穩(wěn)態(tài) 輸入信號作用輸入信號作用 回到第一穩(wěn)態(tài)。回到第一穩(wěn)態(tài)。3. 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)是一個雙穩(wěn)態(tài)電路；電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依賴于外觸發(fā)信號電平。是一個雙穩(wěn)態(tài)電路；電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依賴于外觸發(fā)信號電平。二、滯回特性二、滯回特性1. 下限門檻電壓下限門檻電壓 VTL：在輸入電壓下降過程中，施密特觸發(fā)在輸入電壓下降過程中，施密特觸發(fā)器的輸出電平由低變高時的輸入電壓。又稱下觸發(fā)電平。器的輸出電平由低變高

19、時的輸入電壓。又稱下觸發(fā)電平。2. 上限門檻電壓上限門檻電壓 VTH：在輸入電壓上升過程中，施密特觸發(fā)在輸入電壓上升過程中，施密特觸發(fā)器的輸出電平由高變低時的輸入電壓。又稱上觸發(fā)電平。器的輸出電平由高變低時的輸入電壓。又稱上觸發(fā)電平。3. 回差回差( (滯回電壓滯回電壓) )：VTH 與與 VTL 之間的之間的 差值；即差值；即 VH = VTH VTL4. 滯回特性：滯回特性：施密特觸發(fā)器由第施密特觸發(fā)器由第一穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)的上限一穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)的上限門檻電壓門檻電壓 VTH 與第二穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)與第二穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第一穩(wěn)態(tài)的下限門檻電壓到第一穩(wěn)態(tài)的下限門檻電壓 VTL 存在差值的現(xiàn)象。存在差

20、值的現(xiàn)象。15.3.2集成施密特觸發(fā)器電路簡介集成施密特觸發(fā)器電路簡介集成施密特觸發(fā)器性能一性好，觸發(fā)電平穩(wěn)定。集成施密特觸發(fā)器性能一性好，觸發(fā)電平穩(wěn)定。一、一、TTL 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CT7414 型六施密特反相器型六施密特反相器二、二、CMOS 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106 和和 CC4093 是國產(chǎn)是國產(chǎn) CMOS 施密特觸發(fā)器的典型產(chǎn)品。施密特觸發(fā)器的典型產(chǎn)品。施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例一、波形的變換和整形一、波形的變換和整形1. 將連續(xù)變化的波形將連續(xù)變化的波形，如正弦波、三角波等變換成矩形如正弦波、三角波等變換成矩形波。波。2. 將發(fā)

21、生畸變的矩形波整形。將發(fā)生畸變的矩形波整形。注：施密特觸發(fā)器的輸出信號與輸入信號是反相的，如果注：施密特觸發(fā)器的輸出信號與輸入信號是反相的，如果要求輸出與輸入信號同相，可在施密特觸發(fā)器的輸出端再接一要求輸出與輸入信號同相，可在施密特觸發(fā)器的輸出端再接一級反相器。級反相器。 二、構(gòu)成多諧振蕩器二、構(gòu)成多諧振蕩器注：振蕩頻率可通過改變注：振蕩頻率可通過改變 R 和和 C 的大小來調(diào)節(jié)。的大小來調(diào)節(jié)。將施密特反相器的輸出端經(jīng)將施密特反相器的輸出端經(jīng) RC 充放電電路與輸入端相連。充放電電路與輸入端相連。電路：電路：工作波形：工作波形：本章小結(jié)本章小結(jié)一、鋸齒波電壓發(fā)生器一、鋸齒波電壓發(fā)生器鋸齒波和矩形波是兩種電子設(shè)備常用的電壓波。鋸齒波和矩形波是兩種電子設(shè)備常用的電壓波。自舉補(bǔ)償鋸齒波電路是產(chǎn)生鋸齒波電壓的電路。自舉補(bǔ)償鋸齒波電路是產(chǎn)生鋸齒波電壓的電路。二、多諧振蕩器二、多諧振蕩器用集成用集成與與非門組成的環(huán)形多諧振蕩器是產(chǎn)生矩形波的一種非門組成的環(huán)形多諧振蕩器是產(chǎn)生矩形波的一種電路。電路。三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)信