脈沖產(chǎn)生與整形電路

1、第6章脈沖波形生成和整形，6.1概述6.2 555計時器6.3段穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4施密特觸發(fā)器6.5多諧振蕩器。6.1概述，第一，脈沖信號，脈沖可以說是脈沖信號，具有脈沖和短意義，不連續(xù)波形的所有信號。廣義上，各種非正弦信號是脈沖信號。經(jīng)常需要數(shù)字系統(tǒng)中具有各種振幅、寬度和陡峭邊緣的矩形脈沖信號，如6.1概述、觸發(fā)器的時鐘脈沖(CP)。獲得這些脈沖信號的方法通常有兩種。直接生成脈沖生成電路；使用現(xiàn)有周期信號進行整形和轉(zhuǎn)換。6.1概述、第二，脈沖信號的參數(shù)、脈沖幅度、脈沖周期、脈沖寬度、上升時間、下降時間、占空比d-脈沖寬度與脈沖周期之比、d=tw/t .6.1概述，第三，脈沖生成電路的瞬態(tài)分析，

2、脈沖波形生成和整形電路大部分由RC充放電電路組成。開關(guān)關(guān)閉的瞬間電容器的電壓不突然，滿足開關(guān)清理UC(0 )=UC(0-)。充電過渡過程結(jié)束后，通過電容器的電流iC()等于0，即電容器開著。在uC(tW)=UT的情況下，從臨時過程的開始到UT之間經(jīng)過的時間脈沖寬度(tW)可以計算為：電路的時間常數(shù)=RC，確定瞬態(tài)時間的長度。根據(jù)三因素公式，可以得到隨時間變化的電壓方程為6.1概述，1、555計時器的電路結(jié)構(gòu)、6.2 555計時器、555計時器是多功能數(shù)字模擬混合集成電路，易于配置單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極產(chǎn)品型號最終編號為555，CMOS產(chǎn)品型號最終編號為7555。與外部接腳

3、陣列的功能相同。6.2 555計時器，1 .分壓器，電壓控制臺，5腳懸空時，5腳外控制電壓UCO。注：5腳沒有控制電壓時，通常通過0.01F的電容器接地抑制干擾。6.2 555計時器，2 .電壓比較器，閾值輸入，觸發(fā)器輸入，3?；綬S觸發(fā)器，異步清除端，6.2 555計時器，4 .放電晶體管，VT是集電極開放放電晶體管。2，555計時器功能，6.2 555計時器，5英尺外部控制電壓。計時器的主要功能取決于對RS觸發(fā)器和放電管VT狀態(tài)的兩個比較器輸出的控制。6.2 555計時器，555計時器菜單，5發(fā)未連接到控制電壓。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是常用的脈沖整形電路(單穩(wěn)態(tài))。外部觸發(fā)，自

4、動返回，操作特性：正常狀態(tài)和臨時正常狀態(tài)兩種不同的操作狀態(tài)；在外部觸發(fā)脈沖作用下，可以從正常狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到臨時正常狀態(tài)，如果保持一段時間的臨時正常狀態(tài)，電路可以自動返回正常狀態(tài)；暫時的恒常性不能長期維持，其保持時間的長度取決于電路本身的參數(shù)，與外部觸發(fā)脈沖無關(guān)。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，1，由門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，1，vdd，CD，rd，r，c，6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由2，555計時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如果5腳通過0.01F電容器接地。6.3級穩(wěn)定觸發(fā)器，1 .工作原理，正常狀態(tài)：沒有觸發(fā)信號，uI是高水平。電容器先充電后放電，當(dāng)UC=0時電路進入正常狀態(tài)：uo=0。瞬態(tài)狀態(tài)：U2觸發(fā)脈沖下降到達時

5、()電路進入瞬態(tài)狀態(tài)，uo=1。Uo=0時，臨時正常狀態(tài)終止。6.3級穩(wěn)定觸發(fā)器，1 .工作原理，恢復(fù)期：VT傳導(dǎo)，電容c快速放電，直到產(chǎn)生UC-0，電路恢復(fù)正常狀態(tài)。6.3級穩(wěn)定觸發(fā)器，1 .工作原理，6.3級穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、波形圖、電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，且必須小于tW。如果輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW，則需要在U2輸入端添加差分電路。因此可以得到6.3級穩(wěn)定觸發(fā)器，2 .輸出脈寬tW，輸出脈寬tW是靜電穩(wěn)定停留時間，即電容c的電壓從0到充電的時間。根據(jù)電容c的充電過程：自下而上說明：單穩(wěn)定觸發(fā)器輸出脈寬tW僅由定時分量r，c的值確定，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)整r，c的大小可以

6、容易地改變tW。矩形脈沖的周期與輸入的觸發(fā)信號周期相同。6.3級穩(wěn)定觸發(fā)器，3，應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，1 .脈沖整形，短穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以整形由具有一定寬度和一定寬度的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖uO組成的輸入不規(guī)則脈沖信號uI。UO的振幅取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低水平，寬度tW取決于時序因子r和c。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的成型波形，6.3級穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，2 .脈沖延遲，脈沖延遲電路通常由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器執(zhí)行。延遲時間為tW1，由一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時分量r和c確定。單穩(wěn)定觸發(fā)器的延遲波形，6.3級穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，3 .定時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以產(chǎn)生tW寬度的矩形脈沖，因此使用該矩形脈沖控制電路以在tW時間內(nèi)控制動作或運動是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

7、器的計時作用。計時時間為tW，可以通過調(diào)整計時分量r和c進行調(diào)整。單穩(wěn)觸發(fā)器的定時波形，6.4施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器是另一種常見的脈沖信號整形電路。工作特點：兩種正常狀態(tài)；屬于電平觸發(fā)器，慢慢變化的信號也可以用作輸入信號，當(dāng)輸入信號達到特定值時，輸出電平會突變。如果輸入信號從低水平上升，則與輸入信號從高水平下降時的輸入轉(zhuǎn)換水平不同，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的輸入水平。電壓傳輸特性，輸入信號上升時相應(yīng)的轉(zhuǎn)換級u，稱為正向閾值電壓；輸入信號下降時相應(yīng)的轉(zhuǎn)換級u-稱為負臨界電壓。三角洲 u=u-u-，稱為差動電壓。6.4施密特觸發(fā)器，1，由門電路組成的施密特觸發(fā)器，1，R1，VO，1，vi1，vi，R2，

8、vo1，逆輸出施密特觸發(fā)器瞄準(zhǔn)；6.4施密特觸發(fā)器，由2、555計時器組成的施密特觸發(fā)器，1。電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號，2 .工作原理，6.4施密特觸發(fā)器，反向輸出，2 .工作方式，6.4施密特觸發(fā)器，(1)上升過程：詩，uo=1； uO沒有變化；輸出翻轉(zhuǎn)uo=0。2 .工作方式，6.4施密特觸發(fā)器，(2)下降過程：詩，uo=0； uO沒有變化；輸出翻轉(zhuǎn)uo=1。全面機械化： 5腳沒有連接到控制電壓時 5腳連接到控制電壓UCO時比較電壓為UCO和(1/2)UCO，2。工作方式，6.4施密特觸發(fā)器，6.4施密特觸發(fā)器，3，施密特觸發(fā)器應(yīng)用，1。波形轉(zhuǎn)換，施密特觸發(fā)器沿著緩慢變化的周期性信號轉(zhuǎn)換為邊緣陡

9、峭的矩形脈沖信號。6.4施密特觸發(fā)器，2 .波形成型，施密特觸發(fā)器可以用矩形波成型不規(guī)則波形。適當(dāng)?shù)卦黾訅翰铍妷?，可以提高電路的抗干擾能力。背電壓由5英尺接入的控制電壓UCO控制。從一系列其他脈沖信號中選擇大于正向閾值電壓u的輸入脈沖，以識別振幅。6.4施密特觸發(fā)器，3。振幅識別，相同輸出施密特觸發(fā)器瞄準(zhǔn)；6.4施密特觸發(fā)器，4 .多諧振蕩器配置，工作原理：電容的初始電壓為0，即通過ui=0、uo=1和r充電到c，ui=u充電時輸出翻轉(zhuǎn)uo=0。電容c通過r放電，當(dāng)以ui=u-放電時，輸出翻轉(zhuǎn)為uo=1。6.5多諧振蕩器，多諧振蕩器是常用的脈沖信號產(chǎn)生電路。工作特點：沒有正常狀態(tài)，兩個臨時正常

10、狀態(tài)；打開自激振蕩器-電源，無需添加觸發(fā)信號即可自動生成矩形脈沖。矩形波除基本波外，諧波含量高，被稱為多諧振蕩器。，自動觸發(fā)，自動返回，6.5多諧振蕩器、1、由閘電路組成的多諧振蕩器、1、VO、1、r、c、VI、vo1、6.5多諧振蕩器，2，555定時器組成的多諧振蕩器，1。電路結(jié)構(gòu)，6.5多諧振蕩器，2 .工作原理，開機后電容c充電太晚，UC=0時，uo=1(初始瞬態(tài)狀態(tài))，VT關(guān)閉。如果Ucc通過R1和R2充電到c，并且充電到UC=2/3 UCC，則輸出翻轉(zhuǎn)uo=0(第二瞬態(tài))，VT傳導(dǎo)，此時電容器c通過R2和VT放電，當(dāng)UC=1/3 UCC下降時，輸出翻轉(zhuǎn)為uo=1。6.5多諧振蕩器，3

11、 .參數(shù)估計，電容充電時間t1:電容放電時間T2:電路振蕩周期t:改變電路振蕩頻率f:r，c的參數(shù)，可以改變振蕩周期和振蕩頻率。輸出波形占空比d:6.5多諧振蕩器，R2R1為d-1/2，即輸出為對稱方波。(d 50%，6.5多諧振蕩器，4 .電路改進-利用雙調(diào)諧多諧振蕩器、二極管的單向?qū)щ娦裕蛛x電容c充放電電路，然后添加可調(diào)電位器RW，就可以配置雙調(diào)諧多諧振蕩器。容量充電時間t1: t1=0.7r 1c，容量放電時間T2: T2=0.7r 2c，輸出波形工作周期D:電路振蕩周期t: t=t1t2=0.7 (R1 R2) c，6.5多諧振蕩器，由5.555計時器組成的振蕩器應(yīng)用實例-模擬聲音發(fā)

12、生器，將振蕩器a的輸出電壓u11連接到振蕩器b的555計時器的復(fù)位端(4腳)。Uo1為高層時振蕩器b振蕩，uo1為低層時重置555計時器，振蕩器b振蕩停止。這樣，揚聲器會說：“嗚.嗚”的間歇聲。如果頻率為諧振頻率F0，則修正的等效阻抗最小，信號最容易通過，而其他頻率信號衰減。-晶體的頻率選擇特性很好。為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性，經(jīng)常使用石英晶體多諧振蕩器。6.5多諧振蕩器，3，石英晶體多諧振蕩器，555構(gòu)成的多諧振蕩器的特點：優(yōu)點：操作可靠，調(diào)節(jié)方便。缺點：振動頻率不能太高。一般不超過數(shù)百千赫。受電力波動、溫度變化等影響，頻率穩(wěn)定性下降。F0不是電路的r，c值，而是僅與晶體的材料、幾何圖形和大小相關(guān)。-輸出頻率正常。修正自然頻率或共振頻率，6.5多諧振蕩器，晶體振蕩器，電阻R1，R2的作用：確保兩個逆變器在靜態(tài)時在在線放大區(qū)域工作。對于TTL逆變器，經(jīng)常使用r=0.7k 2k；對于CMOS語句，經(jīng)常使用r=10m。C1是耦合電容。C2作