第七章 脉冲波形的产生与整形课件.ppt
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1、第七章 脉冲波形的产生与整形,7.1 概述7.2 施密特触发器7.3 单稳态触发器7.4 多谐振荡器7.5 555定时器及其应用,1、什么是脉冲波形?,2、为什么要产生脉冲?,4、如何产生脉冲以及对其进行整形?,3、为什么要对脉冲波形进行整形?,7.1 概述,1、什么是脉冲?,脉冲:电压(V)或电流(A)的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。,在短时间内突变,随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。,2、为什么要产生脉冲?,数字电路经常用到各种宽度和幅值的边沿陡峭的脉冲信号:时钟信号、定时信号。 最常用的脉冲信号是方波或矩形波。,3、为什么要对脉冲波形进行整形?,脉冲有各式各样的形状,有矩形、三
2、角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的等等。,1、脉冲幅度 Vm2、脉冲宽度 tw 3、上升时间 tr 4、下降时间 tf5、周期 T 6、占空比 q,描述矩形脉冲特性的主要参数,4、如何产生脉冲以及对其进行整形?,利用多谐振荡器产生脉冲。,利用单稳态触发器和施密特触发器对脉冲进行整形。,脉冲电路分类:,脉冲电路作用:,脉冲波形的产生和整形。,脉冲电路构成:,开关电路 + RC电路,破坏电路的稳态,产生暂态。,控制暂稳态时间的长短。,脉冲电路与数字电路的比较:,7.2 施密特触发器(Schmitt Trigger),第一 输入信号从低电平上升的过程中,电路状态转换时对应的输入电平,与输入信号从高
3、电平下降过程中对应的输入转换电平不同;,第二 在电路状态转换时,通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。,注:利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形整形为边沿陡峭的矩形波,而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。,施密特触发器时脉冲波形变换中经常使用的一种电路,它具有下面两个性能特点:,将两极反相器串接起来,通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端就够成施密特触发器电路,其电路及其图形符号如图7.2.1所示。,图10.2.1,设反相器G1和G2均为CMOS门,其阈值电压为VTH VDD/2,输出高低电平分别为VOH VDD, VOL0,且R1 R2,7.2.1
4、 用门电路组成的施密特触发器,1.其工作原理,当vI0时, vo1 VOH , vo VOL0,此时G1门的输入电压为,当vI 从0逐渐升高到使得vAVTH时,反相器进入电压传输特性的放大区(转折区),故vA的增加,会引起下面的正反馈,即,使电路迅速跳变到voVOH VDD,由叠加原理得,设施密特触发器在输入信号vI正向增加时的门槛电压(阈值电压)为VT,称为正向阈值电压,此时vo0, G1门的输入电压为,当vAVTH时,电路状态维持在voVOH VDD不变,当vI从高电平VDD逐渐下降到vAVTH时,由于也存在正反馈,即,使电路迅速跳变到voVOL 0,此时施密特触发器在vI下降时对应输出电
5、压由高电平转为低电平时的输入电压为VT,称为负向阈值电压,此时voVDD, G1门的输入电压为,由于VTH VDD / 2,故,只要vIVT-,vo0,将VT和VT之间的差值定义为回差电压,用VT表示,即,施密特触发器的电压传输特性为右图所示,施密特触发器的两个输出电压传输特性为下图所示,利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲,2.施密特触发器的主要特点:,输入信号在上升和下降过程中,电路状态转换的输入电平不同电路状态转换时有正反馈过程,使输出波形边沿变陡,3.施密特触发器的应用,(1)用于波形变换,利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号,其中幅度大于正向阈
6、值电压的幅度鉴别出来。,(2)用于鉴幅,(3)用于脉冲整形,在数字系统中,经常出现干扰信号,使得信号波形变差,这样可通过施密特触发器整型获得比较理想的波形。,例 由CMOS反相器构成的施密特触发器如图所示,设VTH3V,VDD6V,输入电压为峰峰值6V的三角波。试画出输出电压vo的波形,注明VT和VT的大小,并求回差电压VT。,解:阈值电压为,回差电压为,VTVTVT 4.5-1.5=3V,其输出波形如右图所示,2022/12/3,7.3 单稳态触发器,特点:,第一 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态;,第二 在外界触发脉冲的作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动返回稳
7、态;,第三 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关。,应用:脉冲整形、延时、定时等,单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充放电过程来维持的,根据RC的电路不同接法,把单稳态触发器分成微分型和积分型。,一、微分型单稳态触发器,右图是由CMOS门电路G1、 G2和Rd、Cd微分电路构成的单稳态触发器。,设VOH VDD, VOL 0,且CMOS门的转折电压为VTH VDD / 2,,a.无触发信号时,电路处于稳态,vo=0,在稳态下vI=0, vI2=VDD,故vo=0, vo1=VDD,电容C两端无电压, vc=0,b.外加触发信号时,电路由稳态翻转到暂稳态,当输
8、入信号vI加触发脉冲时,在Rd、Cd组成的微分电路输出端得到很窄的正负脉冲vd,如图10.3.2波形所示。,当vI上升,vd也随之上升,当上升到VTH后,此时存在下列正反馈:,则vo1迅速跳变为低电平,由于电容电压不能跃变,故vI2同时为低电平,使得输出翻转为高电平,此时电路进入暂态,电容随后开始充电,暂态,c.电容充电,电路由暂稳态自动返回至稳态,电源VDD通过R和G1门的输出电路给电容C充电,C充电电路,随着vI2的增加,当增加到vI2VTH,产生另一正反馈,即,此时vo1和vI2迅速跳变为高电平,电路马上翻为稳态,即 vo0,此时电容C通过R和G2门的输入保护电路很快放电,知道电容电压为
9、0,电路恢复到稳态。,C放电电路,C放电,输出的脉冲宽度为,注:微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发,但输出脉冲的下降沿较差。,二、 积分型单稳态触发器,右图为由TTL与非门、反相器及RC积分电路构成的积分型单稳态触发器。用于正脉冲触发。,a.无触发信号时,电路处于稳态,当vI0时,输出电压voVOH为高电平, vo1VOH, vo1通过R很快给电容C充电到vAVOH(R值比较小),b.当有正脉冲输入后,电路进入暂稳态,当vI由低电平转为高电平时, vo1VOL。由于电容不能突变, vA仍保持高电平,使得输出voVOL为低电平,电路进入暂态过程,此时电容C放电,C放电回路,其输出波形如图所示,稳
10、态,暂态,电容放电,c.电容放电,电路回到稳态,随着电容C的放电,vA下降到G2门的开启电压VTH时,输出翻转为高电平,回到稳定状态(“1”)。当vI回到低电平后, vo1重新为低电平,并向电容C充电。,输出的脉冲宽度为,C放电回路,微分型单稳态触发器输出波形比较理想,前后沿比较陡,因为有正反馈存在,但抗干扰能力差;积分型单稳态触发器抗干扰能力强,但输出波形边沿比较差,而且要求输入触发脉冲的宽度要大于输出脉冲宽度。,两种单稳态触发器的比较:,7.4 多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡器,在接通电源后,不需要外加触发信号,便能自动产生矩形波形。由于矩形波中含有高次谐波故把矩形波振荡器叫做多谐振
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