第10章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形獲取矩形脈沖波形利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生利用整形電路把周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖第十章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

10.1描述矩形脈沖特性的指標(biāo)

圖6–16描述矩形脈沖特性的指標(biāo)trtfTWT0.9Um0.5Um0.1UmUm10.2施密特觸發(fā)器

圖10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器G1，G2為CMOS反相器，門電路的閾值電壓為：VTH=1/2VDD，且R1<R2VI'Vo1VoVI=0時(shí)，VO=VOL0，VI'0當(dāng)VI從0逐漸升高到使得VI’=VTH時(shí),電路發(fā)生正反饋,如圖所示:電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為Vo=VOH

VDDVI'Vo1Vo當(dāng)VI從0逐漸升高到使得VI

’=VTH時(shí),電路發(fā)生正反饋,如圖所示:電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為Vo=VOH

VDD正向閾值電壓：VT+

=（1+R1/R2）VTH正向閾值電壓：VI上升過(guò)程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平負(fù)向閾值電壓：VT-=（1-R1/R2）VTHVI'Vo1Vo當(dāng)VI從VDD逐漸下降到使得VI

’=VTH時(shí),電路發(fā)生正反饋,如圖所示:電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為Vo=VOL0負(fù)向閾值電壓：VI下降過(guò)程中電路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平電壓傳輸特性曲線：同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器以V0'作輸出端定義回差電壓?VT=VT+—VT-通過(guò)改變R1和R2的比值，可以調(diào)節(jié)VT+、VT-和回差電壓的大小，但R1必須小于R2，否則電路將進(jìn)入自鎖狀態(tài)，不能正常工作?；夭睿豪?0.2.1在圖10.2.1(a)中，如果要求VT+=7.5V，，試求R1、R2和VDD的值。集成施密特觸發(fā)器

帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用1.波形變換:將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)。2.脈沖整形：

在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。3.脈沖鑒幅：

可在輸入的一系列幅度各異的脈沖信號(hào)中選出幅度大于某一定值的脈沖輸出。4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器圖10.4.10電容上初始電壓為零，所以輸出為高電平，并開(kāi)始經(jīng)電阻R向電容充電。當(dāng)充至?xí)r，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，電容C又經(jīng)R開(kāi)始放電。對(duì)TTL電路，100Ω<R<470Ω10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，電路能自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖整形、延時(shí)（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時(shí)（產(chǎn)生固定時(shí)間寬度的脈沖信號(hào)）等單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充、放電過(guò)程來(lái)維持的RC電路可接成兩種形式：微分和積分電路形式微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:采用CMOS門電路和RC微分電路穩(wěn)態(tài):暫穩(wěn)態(tài):圖10.3.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形圖10.3.1充電時(shí)的等效電路如下：充電時(shí)的等效電路如下：輸出脈沖幅度：Vm=VOH-VOLVDD輸出脈沖寬度：恢復(fù)時(shí)間：Tre=(3~5)RONC分辨時(shí)間：Td=tw+Tre積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：穩(wěn)態(tài)：VI=0，VO=1暫穩(wěn)態(tài)：VO=0圖10.3.3積分型單穩(wěn)態(tài)電路工作波形圖：輸出脈沖幅度：Vm=VOH-VOL輸出脈沖寬度：恢復(fù)時(shí)間：Tre=(3~5)(R+RO’)C分辨時(shí)間：Td=tTR+Tre10.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器。在接通電源以后不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器可恰當(dāng)?shù)剡x取RF1和RF2的值，使反相器的靜態(tài)工作點(diǎn)P位于電壓傳輸特性的線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)，圖10.4.11.可恰當(dāng)?shù)剡x取RF1和RF2的值，使反相器的靜態(tài)工作點(diǎn)P位于電壓傳輸特性的線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)，電源波動(dòng)和外界干擾使VI1有微小的正跳變，必有如下反饋：使Vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖剑琕o2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第1個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，同時(shí)電容C1開(kāi)始充電，充電速度較快。VI1Vo1VI2Vo2充電回路的等效電壓和等效電阻：2.VI2首先上升至G2的閾值電壓VTH，并引起如下正反饋,從而使Vo2迅速跳變至低電平而Vo1迅速跳變至高電平，電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。接著C2開(kāi)始充電而C1開(kāi)始放電。VI2Vo2VI1Vo1對(duì)稱式多諧振蕩器周期：

當(dāng)G1和G2為74LS反相器時(shí)，則取VOH=3.4V，V1K=-1V，VTH=1.1V，在RF<<R1的情況下，多諧振蕩器的周期為：6.4.2非對(duì)稱式多諧振蕩器圖10.4.5

vo2充放電等效電路：電容C充電時(shí)間：電容C放電時(shí)間：電路的振蕩周期：

例10.4.2：在圖10.4.6所示的非對(duì)稱式多諧振蕩器電路中，已知G1、G2為CMOS反相器，輸出電阻小于200Ω。若VDD=10V，RP=30KΩ，RF=4.3KΩ，C=0.01μF，試求電路的振蕩頻率。則振蕩頻率為：6.4.3環(huán)形振蕩器一個(gè)最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器這個(gè)電路是沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)的。在靜態(tài)時(shí)任何一個(gè)反相器的輸入和輸出都不可能穩(wěn)定在高電平或低電平，而只能處于高低電平之間，所以處于放大狀態(tài)。周期為：當(dāng)n是大于等于3的奇數(shù)時(shí)，則周期為：圖10.4.7帶有RC延遲環(huán)節(jié)的環(huán)形振蕩器：充電時(shí)間T1：放電時(shí)間T2：振蕩周期：T=T1+T2圖10.4.8圖10.4.96.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器電容上初始電壓為零，所以輸出為高電平，并開(kāi)始經(jīng)電阻R向電容充電。當(dāng)充至?xí)r，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，電容C又經(jīng)R開(kāi)始放電。振蕩周期：圖10.4.106.4.5石英晶體多諧振蕩器以上振蕩器的頻率穩(wěn)定性不高石英晶體電抗頻率特性：外加電壓頻率為f0時(shí)阻抗最小所以頻率為f0的電壓信號(hào)最容易通過(guò)它，并在電路中形成正反饋，而頻率不是f0的電壓信號(hào)被衰減。圖10.4.13圖10.5.16.5555定時(shí)器及其應(yīng)用6.5.1555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字——模擬混合集成電路，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。C1,C2為比較器TD為集電極開(kāi)路的放電三極管VCO懸空時(shí)，VR1=2VCC/3VR2=VCC/3VCO外接固定電壓則VR1=VCO，VR2=VCO/2CB555的功能表輸入輸出RDVI1VI2VOTD狀態(tài)0低導(dǎo)通1>2VCC/3>VCC/3低導(dǎo)通1<2VCC/3>VCC/3不變不變1<2VCC/3<VCC/3高截止1>2VCC/3<VCC/3高截止555能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。雙極型555定時(shí)器的電源電壓：5~16v，最大負(fù)載電流：200mACMOS型7555定時(shí)器的電源電壓：3—18v，最大負(fù)載電流：4mA6.5.2用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器C1與C2的參考電壓不同，因而基本RS觸發(fā)器的置0信號(hào)和置1信號(hào)必然發(fā)生在輸入信號(hào)VI的不同電平。(VC1=0,VC2=0)0.01F為濾波電容，提高VR1和VR2的穩(wěn)定性。VT=VT+—VT-

=VCC/3圖10.5.36.5.3用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器負(fù)脈沖觸發(fā)輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持