第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與變化

1、 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 6.16.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 6.36.4555555定時(shí)器定時(shí)器 6.5 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生方法脈沖信號(hào)的產(chǎn)生方法 脈沖信號(hào)的種類很多，根據(jù)脈沖出現(xiàn)脈沖信號(hào)的種類很多，根據(jù)脈沖出現(xiàn)的形式可分為電脈沖和非電脈沖，在電子的形式可分為電脈沖和非電脈沖，在電子線路中，使用的是電脈沖，簡(jiǎn)稱為脈沖。線路中，使用的是電脈沖，簡(jiǎn)稱為脈沖。廣義的脈沖信號(hào)是指不連續(xù)的非正弦廣義的脈沖信號(hào)是指不連續(xù)的非正弦電壓或電流，狹義的脈沖信號(hào)是指有規(guī)律電壓或電流，狹義的脈沖信號(hào)是指有規(guī)律的突變電壓或電流。的突變電壓或電流。 常見的脈沖有矩形波、三角波、鋸齒常見的脈沖有矩形波、三角波、鋸齒波、階梯波等

2、等。波、階梯波等等。典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路3種類型。種類型。 脈沖信號(hào)波形參數(shù)各不相同，在數(shù)字脈沖信號(hào)波形參數(shù)各不相同，在數(shù)字電路中，為了定量描述脈沖波形的特性，電路中，為了定量描述脈沖波形的特性，經(jīng)常使用如圖經(jīng)常使用如圖6-1所示的所示的5個(gè)基本參數(shù)。個(gè)基本參數(shù)。(1)脈沖幅度脈沖幅度(2)脈沖上升時(shí)間脈沖上升時(shí)間(3)脈沖下降時(shí)間脈沖下降時(shí)間(4)脈沖寬度脈沖寬度(5)脈沖周期脈沖周期(6)占空比占空比 在數(shù)字系統(tǒng)中，常用以下兩種方法產(chǎn)在數(shù)字系統(tǒng)中，常用以下兩種方法產(chǎn)生所需要的

3、脈沖信號(hào)：生所需要的脈沖信號(hào)：（1）利用振蕩器直接產(chǎn)生所需要的脈）利用振蕩器直接產(chǎn)生所需要的脈沖波形。能夠自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路稱沖波形。能夠自動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路稱為多諧振蕩電路或多諧振蕩器。為多諧振蕩電路或多諧振蕩器。（2）利用變換電路將已有的性能不符）利用變換電路將已有的性能不符和要求的脈沖信號(hào)變換為符合要求矩形脈和要求的脈沖信號(hào)變換為符合要求矩形脈沖信號(hào)。其變換電路本身不能產(chǎn)生脈沖信沖信號(hào)。其變換電路本身不能產(chǎn)生脈沖信號(hào)，只能起到波形變換作用，變換電路也號(hào)，只能起到波形變換作用，變換電路也稱為整形電路。稱為整形電路。這類電路包括單態(tài)觸發(fā)器和施密特觸這類電路包括單態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。

4、發(fā)器。 由門電路組成的多諧振蕩器的特點(diǎn)：由門電路組成的多諧振蕩器的特點(diǎn)：（1）電路中含有開關(guān)器件，用于產(chǎn)生）電路中含有開關(guān)器件，用于產(chǎn)生高、低電平。高、低電平。（2）具有反饋網(wǎng)絡(luò)，將輸出電壓恰當(dāng)）具有反饋網(wǎng)絡(luò)，將輸出電壓恰當(dāng)?shù)姆答伣o開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)。的反饋給開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)。（3）有延遲環(huán)節(jié)，獲得所需要的振蕩）有延遲環(huán)節(jié)，獲得所需要的振蕩頻率。頻率。 一種由一種由CMOS門電路組成的多諧振蕩門電路組成的多諧振蕩器如圖器如圖6-2所示。所示。其原理圖和工作波形圖分別如圖其原理圖和工作波形圖分別如圖6-3 （a）、（）、（b）所示。）所示。 根據(jù)以上分析所得電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)根據(jù)以上

5、分析所得電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的幾個(gè)特征值，可以計(jì)算出圖的幾個(gè)特征值，可以計(jì)算出圖6-3(b)中的周中的周期值。期值。為得到頻率穩(wěn)定性很高的脈沖波形，為得到頻率穩(wěn)定性很高的脈沖波形，多采用由石英晶體振蕩器。多采用由石英晶體振蕩器。石英晶體的電路符號(hào)和阻抗頻率響應(yīng)石英晶體的電路符號(hào)和阻抗頻率響應(yīng)如圖如圖6-4所示。所示。由阻抗頻率響應(yīng)可知，石英晶體的選由阻抗頻率響應(yīng)可知，石英晶體的選頻特性非常好。頻特性非常好。 用石英晶體組成的多諧振蕩器分為串用石英晶體組成的多諧振蕩器分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種形式。聯(lián)型和并聯(lián)型兩種形式。串聯(lián)型石英晶體振蕩器電路如圖串聯(lián)型石英晶體振蕩器電路如圖6-5所所示。示。并聯(lián)型石英

6、晶體振蕩器如圖并聯(lián)型石英晶體振蕩器如圖6-6所示。所示。 圖圖6-7所示是用所示是用CMOS門電路和門電路和RC微微分電路構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。分電路構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。(1)工作原理工作原理穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài)由暫態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)由暫態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài) (2)參數(shù)估算參數(shù)估算輸出脈沖幅度輸出脈沖幅度輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間分辨時(shí)間分辨時(shí)間以以CMOS或非門組成的為例，兩個(gè)門或非門組成的為例，兩個(gè)門之間由積分電路耦合的單穩(wěn)態(tài)電路叫積分之間由積分電路耦合的單穩(wěn)態(tài)電路叫積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖6-8所示。所示。(1)工作原理工作原理穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài)由暫態(tài)返回穩(wěn)態(tài)

7、由暫態(tài)返回穩(wěn)態(tài) (2)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度由圖由圖6-9的波形圖可知，輸出脈沖寬度的波形圖可知，輸出脈沖寬度為：為： 12121212( )(0)0lnlnln2 0.7( )( )DDWWthDDuuUtRCRCRCRCu tuUU 圖圖6-10所示為所示為TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LSl21的簡(jiǎn)化邏輯結(jié)構(gòu)。的簡(jiǎn)化邏輯結(jié)構(gòu)。圖圖6-11所示是所示是74LSl21符號(hào)。符號(hào)。電路由觸發(fā)輸入級(jí)、窄脈沖形成電路、電路由觸發(fā)輸入級(jí)、窄脈沖形成電路、微分單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和輸出級(jí)微分單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和輸出級(jí)4部分組成。部分組成。 74LSl21的的3個(gè)輸入端個(gè)輸入端 均可輸入均可輸入觸發(fā)信號(hào)

8、，觸發(fā)信號(hào)，B是正極性觸發(fā)輸入端，是正極性觸發(fā)輸入端， 是負(fù)極性觸發(fā)輸入端。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，是負(fù)極性觸發(fā)輸入端。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，點(diǎn)將產(chǎn)生正跳變變?yōu)楦唠娖?，點(diǎn)將產(chǎn)生正跳變變?yōu)楦唠娖?，G5使門輸使門輸出也跳變?yōu)楦唠娖?。出也跳變?yōu)楦唠娖健?12BA A、 、12A A、 門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器器 圖圖6-12(a)給出了由兩級(jí)給出了由兩級(jí)CMOS反相器反相器組成的施密特觸發(fā)器。圖組成的施密特觸發(fā)器。圖6-12(b)為施密特為施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)。觸發(fā)器邏輯符號(hào)。 電路有如下正反饋過程發(fā)生電路有如下正反饋過程發(fā)生 ： 電路有如下正反饋過程發(fā)生電路有如下正反饋過程發(fā)生 ：典型

9、的典型的TTL集成施密特觸發(fā)器是集成施密特觸發(fā)器是CT7413，包含兩個(gè)四輸入與非凡每個(gè)與非，包含兩個(gè)四輸入與非凡每個(gè)與非門電路由四輸入二極管與門、施密特電路、門電路由四輸入二極管與門、施密特電路、電平偏移電路和推拉輸出反相器四部分組電平偏移電路和推拉輸出反相器四部分組成。成。 由于這一電路的輸入附加了與邏輯功由于這一電路的輸入附加了與邏輯功能，在電路的輸出附加了反相的邏輯功能，能，在電路的輸出附加了反相的邏輯功能，所以它又稱為施密特觸發(fā)的與非門。所以它又稱為施密特觸發(fā)的與非門。TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CT7413的符號(hào)的符號(hào)及其電壓傳輸特性曲線如圖及其電壓傳輸特性曲線如圖6-1

10、3所示。所示。 電路組成電路組成 圖圖6-14為為555定時(shí)器的電氣原理圖和電定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào)，其由五個(gè)部分組成：路符號(hào)，其由五個(gè)部分組成：（1）由三個(gè)阻值為）由三個(gè)阻值為5k的電阻組成的的電阻組成的分壓器；分壓器；（2）兩個(gè)電壓比較器）兩個(gè)電壓比較器（3）基本）基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器（4）放電三極管）放電三極管T及緩沖器及緩沖器G4 由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：論：1.555定時(shí)器有兩個(gè)閾值。定時(shí)器有兩個(gè)閾值。 2.輸出端輸出端3腳和放電端腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有腳外接有上拉電阻時(shí)，上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出