第34講脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形

1、第34講 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形第第 6 6 章章脈 沖 信號(hào) 的產(chǎn)生和整形 教學(xué)內(nèi)容6.1 概述6.2 施密特觸發(fā)器6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4 多諧振蕩器6.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用 教學(xué)要求教學(xué)要求 一一. .重點(diǎn)掌握的內(nèi)容：重點(diǎn)掌握的內(nèi)容：(1)555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用.(2)石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器.二二. .一般掌握的內(nèi)容：一般掌握的內(nèi)容：(1)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和典型應(yīng)用。作特點(diǎn)和典型應(yīng)用。(2)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系

2、；多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。壓之間的關(guān)系；多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。6.1 概述概述矩形脈沖信矩形脈沖信號(hào)的獲取方號(hào)的獲取方法有兩種：法有兩種：產(chǎn)生產(chǎn)生:不用信號(hào)源，加上電源自不用信號(hào)源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形整形:輸入信號(hào)源進(jìn)行整形輸入信號(hào)源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖周期脈沖周期T脈沖幅度脈沖幅度Vm脈沖寬度脈沖寬度Wt上升時(shí)間上升時(shí)間tr下降時(shí)間下降時(shí)間tf占空比：占空比：TtqW/施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把

3、輸入波形整形成為適合于是一種能夠把輸入波形整形成為適合于 數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。 6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器6.2.1 用門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器用門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器設(shè)設(shè)G1、G2閾值電閾值電壓壓VTHVDD/2， R1R2（否則電（否則電路進(jìn)入自鎖狀態(tài)路進(jìn)入自鎖狀態(tài),不能正常工作）不能正常工作）0100IvOOAIvvvv1TTHAVRRRVv212THTHTVRRVRRRV)1 (212211IvOOAIvvvv1THTVRRV)1 (21正向閾值電壓正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓：回差電壓： V VT T V VT TV V

4、T T滯回電壓傳輸特性滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過(guò)程和下降過(guò)，即輸入電壓的上升過(guò)程和下降過(guò)程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。 同相輸出的施密特觸發(fā)器同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器6.2.2 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.用于波形變換：用于波形變換： 2.用用于于脈脈沖沖整整形：形：3.用用于于脈脈沖沖鑒鑒幅：幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出。的脈沖選出。本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)施密特觸發(fā)器具有施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，是一種能，是一種能

5、夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有脈沖的電路。而且由于具有滯回特性滯回特性，所以抗干擾，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。能力也很強(qiáng)。 施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門(mén)電路及門(mén)電路及555555定時(shí)器構(gòu)成。定時(shí)器構(gòu)成。 施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。很廣。6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1 1、電路中有、電路中有一個(gè)穩(wěn)態(tài)一個(gè)穩(wěn)態(tài)和和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)；兩個(gè)工作狀態(tài)；2 2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻、

6、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至?xí)悍€(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)翻轉(zhuǎn)至?xí)悍€(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)翻轉(zhuǎn)至穩(wěn)態(tài)；至穩(wěn)態(tài)；3 3、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的 參參數(shù)與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。數(shù)與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。6.3.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：6.3.2 用門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因?yàn)殡娐肪哂幸粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因?yàn)殡娐肪哂幸粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)而得名。它由兩個(gè)門(mén)電路、一個(gè)而得名。它由兩個(gè)門(mén)電路、一個(gè)RC電路組成。電路組成。它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充

7、、放電過(guò)電路的充、放電過(guò)程來(lái)維持的，根據(jù)程來(lái)維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為電路的不同接法，分為微分型和積分型。微分型和積分型。010101 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 沒(méi)有觸發(fā)器電平時(shí)，沒(méi)有觸發(fā)器電平時(shí)，vI為低電平，為低電平，vO為低電為低電平，平，vO1為高電平。為高電平。 穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài) 當(dāng)當(dāng)vI正跳變時(shí)，正跳變時(shí)，vO1由高到由高到低，低，vI2為低電平。于是為低電平。于是vO為為高電平。即使高電平。即使vI 觸發(fā)器信號(hào)觸發(fā)器信號(hào)撤除，由于撤除，由于vO的作用，的作用，vO1仍仍可為低電平?？蔀榈碗娖?。11010 暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻R和

8、門(mén)和門(mén)G1對(duì)電容對(duì)電容C充電，充電，vI2升升高，當(dāng)高，當(dāng)vI2=VTH時(shí)，時(shí)，vO下降，下降，vO1上升，但使上升，但使vI2再次升高，再次升高，最終最終vO1=1，vO=0。00101脈沖寬度要窄脈沖寬度要窄tW=0.69RC 當(dāng)當(dāng)vI的脈沖寬度很寬時(shí)，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度很寬時(shí)，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)的輸入端加一個(gè)RC微分電路，否則，在電路由微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門(mén)暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于門(mén)G1被被vI封住了，封住了，會(huì)使會(huì)使vo的下降沿變緩。的下降沿變緩。 6.3.3 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能表見(jiàn)表功能表見(jiàn)表10.3.1tW=0.69Re

9、xtCext圖圖10.3.10 外接電阻外接電阻（下降沿觸發(fā)）（下降沿觸發(fā)） 內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）（上升沿觸發(fā)） 目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有有不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型和和可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)型型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過(guò)程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，工作過(guò)程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫才接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)穩(wěn)態(tài)?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次

10、加入器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tW寬度。寬度。不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型6.3.4 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、定時(shí)、定時(shí)只有在脈沖寬度只有在脈沖寬度 tpo內(nèi)內(nèi)的信號(hào)才能通過(guò)。的信號(hào)才能通過(guò)。2、延時(shí)與整形、延時(shí)與整形 可將脈沖寬可將脈沖寬度不等的矩形脈度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。度相等的矩形波。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)都具有通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)都具有一定的寬度。因此，利用

11、單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度即可消除噪聲。于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲、消除噪聲本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)一個(gè)穩(wěn)態(tài)和和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入觸發(fā)脈沖脈沖,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度脈沖寬度是由電路的阻是由電路的阻容元件容元件RC決定的決定的,與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門(mén)電路構(gòu)成，也可以單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門(mén)電路構(gòu)成，也可以由由555555定時(shí)器構(gòu)

12、成。定時(shí)器構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號(hào)，用途很廣。信號(hào)，用途很廣。6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱(chēng)無(wú)穩(wěn)電路多諧振蕩器又稱(chēng)無(wú)穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種，主要用于產(chǎn)生各種方波或時(shí)間脈沖信號(hào)方波或時(shí)間脈沖信號(hào)。它是一種自激振蕩器，在接。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱(chēng)為多諧諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱(chēng)為多諧振蕩器。振蕩器

13、。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，有沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 工作工作不需要外加信號(hào)源不需要外加信號(hào)源，只需要電源。，只需要電源。6.4.1 多諧振蕩器的基本特點(diǎn)多諧振蕩器的基本特點(diǎn)6.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、等于等于3的的奇數(shù)個(gè)奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連接成環(huán)形電路，反相器首尾相連接成環(huán)形電路，都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡(jiǎn)單，但不實(shí)用。都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡(jiǎn)單，但不實(shí)用。101010101010T=2ntpd6.4.3 施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器6.4.4 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定性不是很高。在對(duì)性不是很高。在對(duì)頻率穩(wěn)定性有較高要求頻率穩(wěn)定性有較高要求時(shí)，應(yīng)時(shí)，應(yīng)采