脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形(1)ppt課件

1、 第七章第七章 脈沖波形的產(chǎn)生和整脈沖波形的產(chǎn)生和整形形 本章引見(jiàn)矩形脈沖的產(chǎn)生和整形電路。首先引見(jiàn)兩種常用的整形電路施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。在脈沖產(chǎn)生電路中引見(jiàn)多諧振蕩器的幾種常見(jiàn)方式。本章的最后討論運(yùn)用555定時(shí)器的原理及用它構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。本章討論的是脈沖波形，重點(diǎn)是脈沖波形的變換和波形參數(shù)的計(jì)算。7.1概述概述1本章研討波形的產(chǎn)生和變換，重點(diǎn)：波形的分析和計(jì)算。2脈沖波形的參數(shù)：見(jiàn)下頁(yè)圖，3. 獲得矩形脈沖有兩種方法：一種是利用各種方式的多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需求的矩形脈沖，另一種那么是經(jīng)過(guò)各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩

2、形脈沖。4. 主要討論多諧振蕩器的幾種常見(jiàn)方式非對(duì)稱(chēng)式和對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器、石英晶體多諧振蕩器以及運(yùn)用施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一些常用構(gòu)造方式，并對(duì)它們的功能特點(diǎn)及其主要運(yùn)用作簡(jiǎn)單的表達(dá)。 脈沖幅度VM脈沖周期T 脈沖頻率f 脈沖寬度TW上升時(shí)間TR下降時(shí)間TF占空比：q=TW/T7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，在接通電源后無(wú)需外加輸入信號(hào)便可以自動(dòng)產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖。多諧振蕩器是數(shù)字式儀表和設(shè)備中必有的部分，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)或時(shí)鐘脈沖。無(wú)穩(wěn)定形狀，只需兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)對(duì)電路中的儲(chǔ)能元件電容器的差點(diǎn)和放電，使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間交替變化，產(chǎn)生自激振蕩，從

3、而輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。因此多諧振蕩器又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。特點(diǎn)： 1. 兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，形狀自動(dòng)轉(zhuǎn)換； 2.停留在暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間TW由電路本身參數(shù)決議 3. 正反響產(chǎn)生振蕩、改善波形。 二二 非對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器：非對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器：CMOS電路電路1.RF、C用作定時(shí)元件覺(jué)得該振蕩器的頻率，RP是補(bǔ)償電阻，可以減小電源電壓變化對(duì)震蕩頻率的影響，普通RPRF 2.T=T1+T2=2.2RFC。7.1.1.2 任務(wù)原理任務(wù)原理第一穩(wěn)態(tài)電路接通電源后，假定vI1有極微小的正跳變發(fā)生，使門(mén)G1的輸出vO1有負(fù)跳變，它使門(mén)G2的輸出有一個(gè)正跳變，經(jīng)過(guò)電容C的耦合，是vI1進(jìn)一步增大。如此構(gòu)成正反響，其結(jié)果是

4、當(dāng)vI1上升到vI1=VTH時(shí)，門(mén)G1開(kāi)啟，輸出vO1在極短的時(shí)間里迅速跳變?yōu)榈碗娖絍OL;而門(mén)G2封鎖，輸出vO2跳變?yōu)楦唠娖絍OH,電路進(jìn)入第一穩(wěn)態(tài)。2.第二穩(wěn)態(tài)第二穩(wěn)態(tài)由于vO1為低電平(門(mén)G1輸出相當(dāng)于接地)，那么vO2的高電平經(jīng)RP及G1的輸入阻抗和RF對(duì)電容C進(jìn)展反向充電，使電壓VI1逐漸下降，同時(shí)必將又有另一個(gè)正反響過(guò)程產(chǎn)生.正反響的結(jié)果是，當(dāng)vI1下降到vI1=VTH時(shí)，門(mén)G1封鎖，vO1迅速跳變到高電平VOH;而門(mén)G2開(kāi)啟，vO2迅速跳變到低電平vOL,電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。3. 兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換隨著vO1經(jīng)過(guò)RF對(duì)C進(jìn)展正向充電，使vI1迅速添

5、加，當(dāng)vI1添加到vI1=VTH時(shí)，門(mén)G1開(kāi)啟，輸出vO1=vOL，電路又重新轉(zhuǎn)換到第一暫穩(wěn)態(tài)。7.1.1.3 參數(shù)估算參數(shù)估算當(dāng)取VTH=VDD/2時(shí)，輸出方波的幅度：VmVDD運(yùn)用方波的周期：T=2RFCln3 2.2RFCTTL門(mén)電路組成的對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器，由G1,G2兩個(gè)反相器經(jīng)耦合電容C1,C2銜接起來(lái)，構(gòu)成正反響回來(lái)。須恰當(dāng)?shù)倪x擇反響電阻RF1,RF2的阻值， G1,G2的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)機(jī)區(qū)，以便于兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。7.1.2 對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器：TTL電路7.1.2 對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器：TTL電路第一暫穩(wěn)態(tài)電路接通電源后，假定vI1產(chǎn)生較小正跳變，那么有以下反

6、響過(guò)程： vI1 vO1 vI2 vO2正反響的結(jié)果，使得輸出vO1在極短的時(shí)間里迅速跳變?yōu)榈碗娖絍OL, vO2跳變?yōu)楦唠娖絍OH,此時(shí)把電路稱(chēng)為進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。第二暫穩(wěn)態(tài)由于vO1為低電平，那么輸出電壓vO2經(jīng)過(guò)電阻RF2,以及門(mén)G2的外接正電源經(jīng)過(guò)門(mén)G1內(nèi)部的電阻，兩條線同時(shí)對(duì)電容C1進(jìn)展正向充電，使電壓vI2上升； vI2 vO2 vI1 vO1由于C1充電較快，C2放電較慢，當(dāng)vI2上升到門(mén)G2的閥值電壓VTH時(shí)，vO2迅速跳變到低電平VOL,而vO1迅速跳變到高電平VOH,電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。7.1.2.3 參數(shù)估算參數(shù)估算3.兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換電路進(jìn)

7、入第二暫穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，C2開(kāi)場(chǎng)充電，開(kāi)場(chǎng)充電，C1開(kāi)開(kāi)場(chǎng)放電。由于電路的對(duì)稱(chēng)性，這一過(guò)程與上升場(chǎng)放電。由于電路的對(duì)稱(chēng)性，這一過(guò)程與上升C1充電、充電、C2放電的過(guò)程完全對(duì)應(yīng)，當(dāng)放電的過(guò)程完全對(duì)應(yīng)，當(dāng)vI1上升到上升到G2的閥值電壓的閥值電壓VTH時(shí)，時(shí)，vO1跳變?yōu)榈碗娖教優(yōu)榈碗娖絍OL，vO2跳變?yōu)楦唠娖教優(yōu)楦唠娖絍OH,電路又前往到第一暫穩(wěn)電路又前往到第一暫穩(wěn)態(tài)。電路在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間不停的往復(fù)振蕩，態(tài)。電路在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間不停的往復(fù)振蕩，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。RF1=RF2=RF, C1=C2=C, VTH=VDD/2時(shí)輸出方波

8、的幅度：VmVDD輸出方波的周期：T=2RCln2 1.4RFC五五 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器1.其諧振頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決議，與外接電阻、電容無(wú)關(guān)，頻率穩(wěn)定性高； 2.在石英晶體兩端加上不同頻率的電壓信號(hào)時(shí)，它表現(xiàn)出不同的電抗頻率特性。石英晶體的固有頻率f0，即等效的串聯(lián)諧振頻率，根本上只與晶體的幾何尺寸有關(guān)。選頻特性：串聯(lián)在電路中時(shí)，由于在f0處其等效阻抗近似為零，振蕩信號(hào)很容易經(jīng)過(guò)，其他信號(hào)頻率那么被衰減。因此，石英晶體振蕩器的振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,根本與外接電阻、電容無(wú)關(guān)。故又稱(chēng)其為石英晶體諧振器。7.1.3.2 石英晶體多諧振蕩器石

9、英晶體多諧振蕩器電路組成任務(wù)原理一旦接通電源，電路就會(huì)在f0處構(gòu)成自激振蕩，而且頻率穩(wěn)定性高。選頻特性：當(dāng)信號(hào)頻率在f0附件時(shí)，詳細(xì)表現(xiàn)為電感性阻抗，當(dāng)信號(hào)頻率大于或小于f0時(shí)，表現(xiàn)為電容性阻抗。石英晶體串聯(lián)在電路中時(shí)，由于在f0處其等效阻抗近似為零，振蕩信號(hào)很容易經(jīng)過(guò)，其他信號(hào)頻率那么被衰減。7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器特點(diǎn)：1. 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (VOH,VOL) 2. 兩個(gè)觸發(fā)電平VT+,VT- 3. 用正反響改善波形。由于電路中的器件形狀的轉(zhuǎn)換需求一定的時(shí)間，因此，普通脈沖波形的上升沿和下降沿都與理想的矩形脈沖有一些差距，運(yùn)用時(shí)往往需求加以整形。施密特觸發(fā)器就是常用的整形電路。雙穩(wěn)態(tài)

10、：一個(gè)是高電平VOH,另一個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出低電平VOL.兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換都需求外加觸發(fā)信號(hào)。回差特性：兩穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)輸入端需求加上不同的閥值電壓VT+、VT- 。兩者之差即回差，用VT一一 用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 1. CMOS門(mén)：R1R3，V E 1 = I C S 1 R 4 = V C C R 4 / R 2 ，VE2=ICS2R4=VCCR4/R3，VE1VE2。P314的計(jì)算可得VT+=1.7V，VT-=0.8V， VT=0.9V。3.P315 CMOS電路：略vI上升T1飽和導(dǎo)通、T2截止vI下降T1截止、T2飽和導(dǎo)通7.2.3 集成施密特觸發(fā)器：集成施

11、密特觸發(fā)器： 7.2.3.2 施密特觸發(fā)器的運(yùn)用；施密特觸發(fā)器的運(yùn)用； 1. 波形變換：利用施密特觸發(fā)器形狀轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反響作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入信號(hào)的幅度大于VT+。可以將三角波、正弦涉及不規(guī)那么的模擬信號(hào)變換為矩形脈沖信號(hào)。2、用于脈沖波形整形合理設(shè)置VT+和VT-。3、用于脈沖鑒幅能將幅度大于VT+ 的脈沖選出。將幅度較小的脈沖除去，幅度較大的脈沖得以保管。7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：1. 一個(gè)穩(wěn)態(tài)、一個(gè)暫穩(wěn)態(tài) 。 2. 停留在暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間TW由電路本身參數(shù)決議； 3. 普通用正反響改善波形 。暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間通常由RC電路的充放電

12、來(lái)維持，根據(jù)RC電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型。一一 用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 Rd,Cd組成的微分電路，可將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所需的窄脈沖；R,C組成定時(shí)電路，決議了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器停留在暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。 為保證窄脈沖觸發(fā)，加Cd、Rd； 各點(diǎn)波形：正脈沖觸發(fā)，穩(wěn)態(tài)：VO1=1、VO=0暫穩(wěn)態(tài)：VO1=0、VO=1 用正反響改善波形 2.積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：穩(wěn)態(tài)：VO1=1、VO=1，暫穩(wěn)態(tài)：VO1=0、VO=0；寬脈沖觸發(fā)；TW V - ，V0=+VOM=“1；V+V-， VO= -VOM=“0；二二 用用555定時(shí)

13、器接成的施密特觸發(fā)器定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器 1 見(jiàn)右 VT+=2/3VCC，VT-=1/3VCC；VT=1/3VCC；2.電壓傳輸特性如右圖所示；3.當(dāng)5腳接VCO時(shí)，VT+=VCO， VT-=1/2VCO ， VT=1/2VCO。 三三 用用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器定時(shí)器接成的多諧振蕩器見(jiàn)左圖，為減輕G4的負(fù)擔(dān)，利用7腳 (TD和R)充、放電(VO與VO相位一樣),3腳輸出。 波形圖如右圖。 2. T=T1+T2 =(R1+R2 )Cln2+R2Cln2 =(R1+2R2)Cln2， 3.占空比大于50%， 4.改良電路：加二極管引導(dǎo)，占空比可調(diào)2ln)(ln)(21211CRRVVV

14、VCRRTTCCTCC2ln00ln222CRVVCRTTT212112RRRRTTq四四 用用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1.見(jiàn)左以下圖，2腳輸入，6腳充、放電； 2.窄脈沖、下降沿觸發(fā)； 3.穩(wěn)態(tài)VO=0，暫穩(wěn)態(tài)VO=1； 4.TW=RCln3=1.1RC； RCRCVVVRCtCCCCCCW1 . 13ln320ln開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前VR=VCC，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后電容器被充電。充電到VR=1/3VCC后VO跳為高電平。0ln2.523VccTwRCSVccVcc1 解：5腳接VI，即VT+=VIVT-=1/2VIT=T1+T2=(R1+R2)Cln +R2Cln VI升高，T變大，f下降。0102IIVV例題3： P362 6.32 與6.29類(lèi)似 但5腳的電壓為VO1 和VCC迭加而成。當(dāng)VO1=VOH=11V時(shí)，V5=8.8V，帶入上式T=1.1毫秒、f=611HZ，繼續(xù)1.04S，當(dāng)VO1=VOL=0.2V時(shí)，V 5 = 6 V ， 帶 入 上 式T=1.14毫秒、f=876HZ，繼續(xù)1.1S。第六