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15.1.1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(dòng)控制和測(cè)量?jī)x器等設(shè)備中廣自動(dòng)控制和測(cè)量?jī)x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(shí)間內(nèi)電壓隨時(shí)間線性變化。時(shí)間內(nèi)電壓隨時(shí)間線性變化?；貟咂诨貟咂?TB：電壓在此期間迅速回到起始值，要求越小電壓

3、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(kāi)始的間隔時(shí)間。是掃描結(jié)束到下次掃描開(kāi)始的間隔時(shí)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(guò)程，利用電容器的緩慢充電和快速放電的過(guò)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(guò)程：工作過(guò)程：初始時(shí)開(kāi)關(guān)初始時(shí)開(kāi)關(guān) S 閉

4、合，閉合，VC = 0。若將。若將 S 斷開(kāi)，斷開(kāi)，C 開(kāi)始充電，開(kāi)始充電， = RC，VC 按指數(shù)規(guī)律上升，經(jīng)短暫時(shí)間按指數(shù)規(guī)律上升，經(jīng)短暫時(shí)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(guò)程，就可以得到鋸齒波。上述過(guò)程，就可以得到鋸齒波。3簡(jiǎn)單的鋸齒波電壓發(fā)生器：簡(jiǎn)單的鋸齒波電壓發(fā)生器： 用晶體管用晶體管 V 代替開(kāi)關(guān)代替開(kāi)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、自舉補(bǔ)償鋸齒波電路

5、+VG 為電源；為電源；V2 是射極跟隨器；是射極跟隨器；V1 起開(kāi)關(guān)作用；起開(kāi)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(shí)，電容截止時(shí)，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(shí)，飽和導(dǎo)通時(shí)，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(shí)同時(shí) +VG 通過(guò)通過(guò) V3、C1、Re 對(duì)對(duì) 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多諧振蕩器多諧振蕩器 在電路數(shù)

6、字系統(tǒng)中，經(jīng)常要處理脈沖的產(chǎn)生、延時(shí)、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(shí)、整形等問(wèn)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(wèn)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(dòng)反復(fù)輸出矩形脈沖的自激振蕩電路，：能自動(dòng)反復(fù)輸出矩形脈沖的自激振蕩電路，是無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。是無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。 無(wú)穩(wěn)態(tài)電路無(wú)穩(wěn)態(tài)電路：不需要外加觸發(fā)信號(hào)，電路的輸出狀態(tài)會(huì)在：不需要外加觸發(fā)信號(hào)，電路的輸出狀態(tài)會(huì)在高、低電平兩種狀態(tài)間反復(fù)不停的翻轉(zhuǎn)，沒(méi)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(méi)有穩(wěn)定的狀態(tài)。一、用非門組成的多諧振蕩器一、用非門組成的多

7、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(gè)門，把每個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)。門來(lái)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

8、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；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(lái)代替，構(gòu)成頻率用電位器來(lái)代替，構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器?？烧{(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(jiǎn)介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電

9、路簡(jiǎn)介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。：有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。主要應(yīng)用：延時(shí)、整形等方面。主要應(yīng)用：延時(shí)、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(gè)兩個(gè)與非與非門；一個(gè)積分電路。門；一個(gè)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(hào)，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài) 自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。（1）電路的穩(wěn)態(tài)）電路的穩(wěn)態(tài)無(wú)論無(wú)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)

10、。為高電平，這是電路的穩(wěn)態(tài)。（2）外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)）外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài) 設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí) vI 為低電平。當(dāng)為低電平。當(dāng) vI 電平由低變高時(shí)，由于電平由低變高時(shí)，由于 vC 不不能突變?nèi)员３指唠娖剑瑒t使能突變?nèi)员３指唠娖?，則使 vO 電平從高變低；隨電容電平從高變低；隨電容 C 的放的放電過(guò)程進(jìn)行，電過(guò)程進(jìn)行，vC 將下降，維持將下降，維持 G2 開(kāi)通的條件將被破壞，因此開(kāi)通的條件將被破壞，因此 G2 開(kāi)通的狀態(tài)是暫時(shí)的，是暫穩(wěn)態(tài)。開(kāi)通的狀態(tài)是暫時(shí)的，是暫穩(wěn)態(tài)。（3）自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)）自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) 當(dāng)當(dāng) vC 下降到關(guān)門電平時(shí)，下降到關(guān)門電平時(shí)，G2 由開(kāi)通返回到關(guān)

11、閉狀態(tài)，由開(kāi)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(jiǎn)介單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成電路簡(jiǎn)介一、一、CT74121 型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)介型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)介1引線排列引線排列2功能功能說(shuō)明：說(shuō)明： 表示任意值；表示任意值；表示電平從高到低的跳變；表

12、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(shí)元件單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的寬度由定時(shí)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，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(jiǎn)介雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)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

13、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(shuō)明說(shuō)明輸輸 出出輸輸 入入序號(hào)序號(hào)QDR TR TR例：由例：由 CT74LS123 組件接成的兩級(jí)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路。組件接成的兩級(jí)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)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

14、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(jiǎn)介集成施密特觸發(fā)器電路簡(jiǎn)介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(gè)穩(wěn)電路特點(diǎn)：具有兩個(gè)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(hào)作用輸入信號(hào)作用 第二穩(wěn)態(tài)第二穩(wěn)態(tài) 輸入信號(hào)作用輸入信號(hào)作用 回到第一穩(wěn)態(tài)?；氐降谝环€(wěn)態(tài)。3. 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路；

15、電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依賴于外觸發(fā)信號(hào)電平。是一個(gè)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(hào)電平。二、滯回特性二、滯回特性下限門檻電壓下限門檻電壓 VTL：在輸入電壓下降過(guò)程中，施密特觸發(fā)在輸入電壓下降過(guò)程中，施密特觸發(fā)器的輸出電平由低變高時(shí)的輸入電壓。又稱下觸發(fā)電平。器的輸出電平由低變高時(shí)的輸入電壓。又稱下觸發(fā)電平。上限門檻電壓上限門檻電壓 VTH：在輸入電壓上升過(guò)程中，施密特觸發(fā)在輸入電壓上升過(guò)程中，施密特觸發(fā)器的輸出電平由高變低時(shí)的輸入電壓。又稱上觸發(fā)電平。器的輸出電平由高變低時(shí)的輸入電壓。又稱上觸發(fā)電平?；夭罨夭? (滯回電壓滯回電壓) )：VTH 與與 VTL 之間的之間的 差值；即差值；即

16、 VH = VTH VTL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。存在差值的現(xiàn)象。15.3.2集成施密特觸發(fā)器電路簡(jiǎn)介集成施密特觸發(fā)器電路簡(jiǎn)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

17、國(guó)產(chǎn)是國(guó)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。將發(fā)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(hào)與輸入信號(hào)是反相的，如果注：施密特觸發(fā)器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)是反相的，如果要求輸出與輸入信號(hào)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(hào)同相，可在施密特觸發(fā)器的輸出端再接一級(jí)反相器。級(jí)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(guò)改變注：振蕩頻率可通

18、過(guò)改變 R 和和 C 的大小來(lái)調(diào)節(jié)。的大小來(lái)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(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)信號(hào)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下可從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后自動(dòng)從暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)作用下可從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后自動(dòng)從暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)，從而輸出具有一定脈沖寬度的矩形波。回穩(wěn)