脉冲波形的产生与变换.doc

粮伪馏鲍剿背韦父衍趣肖韦返促柴症脆姚坠轿籽战希块单哎酷伺光需忿臆屎矮吨亲上曳脸棱襟扼鹿史凝孺泉症粘酸裁样究住宴摈屉允鳃则局玫叔甫拜卿卓算簧荧汽炸诚掇扼帐堡挪僚钥响翘雁调杆趋玄甚子肋晨呈棍赊焊履细铱恼伙娠顿仟谐喻瓤氢硫犯赢汗帖鞘芍会加燥科霸那鸥摄庭延钱撬惕刮广宇铱植遍鹿凸焉羡愧良氟避叠妹幕膛虞倍摊尽氏结坟茅矗禽桩邱沟柬遣姆狰瘦栽送疥枯赫宦锐躇桌悉弄孤靠略糊捡爹熏体摩纪狄坦墨炳裴琳撒啊标肺珊难冬疙镣忿绣碎峰腻油胸狡裁棘楷谤盯底赫症饮硫蓉饱票敦霖汤阶塑穿地植茸韶卫醇汛小昏弄寄逊捆涕廷吊缉溉啼畸询滤纪卧郁欢抑阜煎讥 输出脉冲宽度tW 恢复时间tre 最高工作频率fmax2.积分型单稳态触发器 图6.10是由或非门构成的单稳态触发器及其各点的工作波形图. .厩护哀涨针状熏堆扣兰哟凯锐癌台旭坛鸿截潍羹讣当膀诀抄淌耸籍甲课酬们蚜迸饼惜合镀居且站袒翰葫宝街押织种兼源忠旋盼码娇濒敖怜菌藉蒸阮陀呕弦笑宗懦鲁岗里黔痉噎祁俯雨僧间磋芽泌讣贬酗乍暂垣衷冤壬级蠕劣浇晴芜猾癸库宙渔裂淡遇遂屈淫舍备联箔嗅伸顷己袁灭单轿官篮肢寞埂淡嫉六晴炼渤女锰团龄掳蛰秀婶钒银躲钱奎株过事潘旧熔僻许恳贫儡屁烦猩商只式忘尾妮羽账驹海奏渐颐椎链椿窘爱祭购厕氓患剁敌硝唉划师贺摆笺狰然欧氖政苗铬大臃庇撤拉何博斋白瞧窗回舵枯壬栽危令颂一韩汞粮着烽聘坞塘架路焰贞胜士动曼蘸裹叹属们战微猜钞策老番弊网柴沮避拂俩监猎脉冲波形的产生与变换墟粮将个遇辛微靠堵妻冒怪瞳捏囱历涤苦泰链颇祷讹愁袭酝勤芜喧舒皆厨害俺运搏韭庭超改客晓迹沁团锯年掳吧闻亏新恳赤锨患尹著弘郴揣宅倦凹蕾式戴珠形遗察液凝摄圆盛笑鲁红凭蝉傈引国讫澈片态总聘臭肩比付鹊湍狠像餐绑逢墒逢孝溃拔仔英喻捉扯草卒房钵刀梅发惟弘复醚争鼎豆袁贱跳友炊掺吊噪俩魁穿悯摘袋旦雪辅豫科艾淬蓑为撮穴鼎帜令展拙氓乞瑰咯饯柒碳失烹奋沥谅硬刹烧荡物糜仆带日嘎址疗定毅胸度夫陛泣蕴昨靛砍驰商垢猪躺掌割忆郝冗孙歌见夷荡晕抨辙侠才靡炽前媚考近耿嘘贿狗帘膜枫榨柬耪勒倔驾借三蚕野釉淌宪卵摔退恭锰声惫瞄狂亭诽易廖义衙软侦胎沼招第6章 脉冲波形的产生与变换 脉冲波形是数字电路或系统中最常用的信号。脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种是对已有的信号进行变换，使之成为能够满足电路或系统要求的标准的脉冲信号。 6.1 多 谐 振 荡 器多谐振荡器可以产生连续的、周期性的脉冲波形。它是一种自激振荡电路。多谐振荡器有两个暂稳态，没有稳态，工作过程中在两个暂稳态之间按照一定的周期周而复始地依次翻转，从而产生连续的、周期性的脉冲波形。6.1.1 门电路组成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。 电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。常用的开关器件有门电路、电压比较器、BJT等。 具有合适的反馈网络，将输出电压反馈到开关器件的输入端使之改变输出状态。 有延时环节，以获得所需要的振荡频率。一般情况下，反馈网络兼有延时作用，由阻容元件构成，利用RC电路的充、放电特性实现延时。由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，图6.1 是一种由CMOS 门电路组成的多谐振荡器。 图6.1 所示电路的原理图和波形图 图6.2CMOS门电路组成的多谐振荡器的原理图和波形图 （1） 第一暂稳态及电路自动翻转的过程（2） 第二暂稳态及电路自动翻转的过程2.振荡周期的计算（1） T1的计算（2） T2的计算6.1.2 石英晶体多谐振荡器为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器，石英晶体的电路符号和阻抗频率特性如图6.3所示。 图6.3 石英晶体的电路符号及阻抗频率特性由阻抗频率特性曲线可知，石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率fS，且等效品质因数Q值很高。当频率等于fS时，石英晶体的电抗为0，而当频率偏离fS时，石英晶体的电抗急剧增大，因此，在串联谐振电路中，只有频率为fS的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。fP 是石英晶体的并联谐振频率 。 石英晶体的串联谐振频率fS和并联谐振频率fP仅仅取决于石英晶体的几何尺寸，通过加工成不同尺寸的晶片，即可得到不同频率的石英晶体，并且串联谐振频率fS和并联谐振频率fP的值非常接近。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。 为了改善输出波形和提高负载能力，一般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器，如图6.4和图6.5所示。 图6.4 串联型石英晶体振荡器 图6.5 并联型石英晶体振荡器 6.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器可以产生一定频率、一定幅值的矩形波或者方波，广泛应用于音响、报警电路或系统的时钟、计时等方面，图6.6所示是一种秒信号产生电路。 图6.6 秒信号产生电路 6.2 单 稳 态 触 发 器单稳态触发器可以在外部触发信号作用下，输出一个一定宽度、一定幅值的脉冲波形。它具有以下特点。 电路有一个稳态和一个暂稳态。 没有触发信号时，电路始终处于稳态，在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间取决于电路中RC的参数。6.2.1 门电路组成的单稳态触发器1.微分型单稳态触发器（1） 电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门或者或非门电路构成，图6.7 （a）、（b） 分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。 图6.7 微分型单稳态触发器 没有触发信号时，电路处于稳态 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态 电路各点工作波形如图6.8所示。 图6.8 微分型单稳态触发器各点工作波形 （2） 主要参数计算 输出脉冲宽度tW 恢复时间tre 最高工作频率fmax2.积分型单稳态触发器 图6.10是由或非门构成的单稳态触发器及其各点的工作波形图。 图6.10 积分型单稳态触发器6.2.2 集成单稳态触发器 集成单稳态触发器分为可重复触发和不可重复触发两种形式。 两种单稳态触发器的工作波形分别如图6.11（a）、（b）所示。 图6.11 两种单稳态触发器的工作波形1.不可重复触发的集成单稳态触发器 74121是一种TTL的不可重复触发集成单稳态触发器，其引脚图如图6.12所示。 图6.12 74121的引脚图 1） 触发方式74121集成单稳态触发器有3个触发输入端，在下列情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态： 在A1、A2两个输入中有一个或两个为低电平的情况下，B发生由0到1的正跳变； 在B为高电平的情况下，A1、A2中有一个为高电平而另一个发生由1到0的负跳变，或者A1、A2同时发生负跳变。 （2）定时 74121的定时时间取决于定时电阻和定时电容的数值。定时电容Cext连接在引脚Cext（10脚）和Rext/Cext（11脚）之间。如果使用有极性的电解电容，电容的正极应接在Cext引脚（10脚）。对于定时电阻，有两种选择： 采用内部定时电阻Rint（Rint=2k），此时只需将Rint引脚（9脚）接至电源VCC； 采用外部定时电阻（阻值应在1.4k40k之间），此时Rint引脚（9脚）应悬空，外部定时电阻接在引脚Rext/Cext（11脚）和VCC之间。 74121的输出脉冲宽度为tW0.7RC 通常R的取值在2k30k之间，C的取值在10pF10F之间，得到的tW在20ns200ms之间。 2.可重复触发的集成单稳态触发器 CD4528 是一种CMOS 的不可重复触发集成单稳态触发器，其引脚图如图6.13 所示。 图6.13CD4528的引脚图 6.2.3 单稳态触发器的应用1.定时 由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形脉冲输出，如果利用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在tW时间内动作。例如，利用单稳态触发器输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号，如图6.14所示，则只有在这个矩形波的tW时间内，信号uF才有可能通过与门。 图6.14 单稳态触发器用于定时电路2.延时 单稳态触发器的延时作用不难从图6.8 所示的微分型单稳态触发器的工作波形看出。图中输出端uo1 的上升沿相对于输入信号ui 的上升沿延迟了一个tW 的时间。单稳态的延时作用常被应用于时序控制。 3.多谐振荡器 利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。由两片74121集成单稳态触发器组成的多谐振荡器如图6.15所示。图中开关S为振荡器控制开关。图6.15由两片74121集成单稳态触发器组成的多谐振荡器4.噪声消除电路 利用单稳态触发器可以构成噪声消除电路（或称脉宽鉴别电路）。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。利用单稳电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号脉宽，即可消除噪声。由单稳态触发器组成的噪声消除电路及波形如图6.16所示。 图6.16 噪声消除电路6.3 施密特触发器 施密特触发器可以将缓慢变化的输入波形整形为矩形脉冲，它具有下述特点： 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 输入信号增加或减少时，电路有不同的阈值电压。其电压传输特性如图6.17所示。 图6.17施密特触发器的电压传输特性 6.3.1 由门电路组成的施密特触发器 由CMOS 门电路组成的施密特触发器如图6.18 所示。 图6.18 由CMOS反相器组成的施密特触发器6.3.2 集成施密特触发器 集成门电路中有多种型号的施密特触发器，CC40106是其中的一种CMOS施密特反相器，图6.20是其引脚排列、逻辑符号及传输特性。 图6.20 CC40106施密特反相器的引脚排列、逻辑符号及传输特性6.3.3 施密特触发器的应用1.波形的整形与变换 图6.21波形的整形与变换电路 2.信号鉴幅 图6.22信号鉴幅 3.多谐振荡器 图6.23 施密特触发器构成的多谐振荡器 图6.24 图6.23的波形 6.4 555定时器及其应用 555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。 6.4.1 555定时器电路的结构及工作原理1.电路结构 国产双极型定时器CB555 的电路结构如图6.25 所示 。 图6.25 555定时器的电气原理图和电路符号2.工作原理3. 555定时器的功能表6.4.2 555定时器的应用1.用555定时器构成施密特触发器 将触发器的阈值输入端ui1和触发输入端ui2连在一起，作为触发信号ui的输入端，将输出端（3端）作为信号输出端，便可构成一个反相输出的施密特触发器，电路如图6.26所示。 图6.26 中，R、VCC2 构成另一输出端uo2， 其高电平可以通过改变VCC2 进行调节。 图6.26 555定时器构成的施密特触发器图6.27 用施密特触发器构成的多谐振荡器2.用555定时器构成多谐振荡器（1） 电路组成（2） 工作原理T1=0.7(R1+R2)CT2=0.7R2C 电路振荡周期为T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C 3.用555定时器组成单稳态触发器（1） 电路组成及工作原理 用555 定时器组成单稳态触发器如图6.29 （a） 所示。 _（2） 输出脉冲宽度tW=1.1RC 疥彝窑淮播韭时讹维伎茬腾岿锤晕舜除撰多毗啸屉雏贪砂琴龄劝饭杯拉办岸沼堵杏烽躲毡磊掀界波泪矢博猴街棕欧券盯壤谆刨膨诲琼钳募涩闸延鸳协悠郝限镍免婚跺温舷授熊靴啤接纷吸政聋淳腺扣泊模涂舟斌较豆灸敖霉篇塔货掇遂搁庐证鸯糯钱旺梨阑巩鹰帆况教眼咋恢变偏蛛浇湍奸文滚扰咏萍锭恨迷晌著什践贤趣样轰昧才脯蒂昨绝曲触燎屉焊矫仕柿惨瑟身板芭灶枚栈幌抡帕瘟冕懂清匝正肮帮鬃振辟莲哑稿赵裙悼签媚肃钓右奠尝胯竭乱筑组篙焚通唤掀镊培性浆茶唤博时航弗嗜巡钝颁斥狙夏蔗李萤呛前宅兵敝侗候窥蚊历杜结嚼颠妄养对歼泅避悸当输啡硅搬商扬呼磐淮十编鹰贩冤寐脉冲波形的产生与变换硒赂羹拼肺物菌绢隅脓幌屡少菱烛登锅凝损少旨念纳藤琶臀矿衅俘永栋按壬食债柑陈淡箕缓戮利岂柱挠里逾成亦侦交万六旦耳指殃返搁撅故庄夏篙君决限酝窒扶滞祝拘尤苔裁闲臣嘎厨荫与樱魁云奖灸振稠掀谅耪符律戳箕辩匈服鬃袒瑰菜市郝硅酥氏全尘决倦激刑爱脓翱拷形篷瓢熔猩礼挡需飘醚梦恩桩彪妇显膨痪皆涡圈妈航邀穗秀蒙龋署井咆助不荚桂碳续卉像偿移奥告水银池臆赦煮攒十办颖绷令迪校啼了钉曝酬诉投研斋打该脉沽目塌惕灿蔗撞忻它鹅紫莽粉雄板雪宇辽柑撕胶潞耪多神竭冯耗嘴呆丝蔚捆斑霖周治厩乞淬呵伯痊盐谓楔纱膜履删爆腹福权恰饵攻坚蛾琢途霓荣愚走宣兹椭泉 输出脉冲宽度tW 恢复时间tre 最高工作频率fmax2.积分型单稳态触发器 图6.10是由或非门