脉冲波形产生和整形

1、第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.1 概述获取矩形脉冲波形的途径有两种：获取矩形脉冲波形的途径有两种：利用多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲。利用多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲。通过整形电路把已有的周期性变化波形，通过整形电路把已有的周期性变化波形，1. 变换为符合要求的矩形脉冲。变换为符合要求的矩形脉冲。在同步时序电路中，在同步时序电路中，时钟脉冲控制和协调着整个系统的工作，时钟脉冲控制和协调着整个系统的工作，因此时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常工作。因此时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常工作。但以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有但以能够找到

2、频率和幅度都符合要求的一种已有电压信号为前提。电压信号为前提。矩形脉冲的特性：矩形脉冲的特性：m0.9Vm0.5Vm0.1VtftwtTmV脉冲周期脉冲周期T 周期性重复的脉冲序列中，周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲之间的时间间隔。两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲幅度脉冲幅度Vm 脉冲电压的最大变化幅度。脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度脉冲宽度tw 从脉冲前沿到达从脉冲前沿到达0.5 Vm起，起， 到脉冲后沿到达到脉冲后沿到达0.5 Vm为止的一段时间。为止的一段时间。上升时间上升时间tr 脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.1 Vm上升到上升到0.9 Vm 所需要的时间。所需要的时间。下降时间

3、下降时间tf 脉冲上升沿从脉冲上升沿从0.9 Vm下降到下降到0.1 Vm 所需要的时间。所需要的时间。占空比占空比q 脉冲宽度与脉冲周期的比值，即脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q = tw /T 。在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，有时还可能有一在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，有时还可能有一些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的稳定性等，这时还需要增加些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的稳定性等，这时还需要增加一些相应的性能参数来说明。一些相应的性能参数来说明。二、施密特触发器施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。利用这两个特点

4、利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地消除。高、低电平上的噪声有效地消除。它在性能上有两个重要的特点：它在性能上有两个重要的特点：输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时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，与输入信号从高电平下降过程对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。中对应的输入转换电平不同。1. 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输

5、出电压波形的边沿变得很陡。使输出电压波形的边沿变得很陡。10.2 施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路）施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路）10.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器THTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211同向的施密特触发器同向的施密特触发器正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压回差电压回差电压反向的施密特触发器反向的施密特触发器施密特触发器的主要特点：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平不同电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变

6、陡电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、用于波形变换一、用于波形变换 利用施密特触发器状利用施密特触发器状态转换过程中的正反态转换过程中的正反馈作用，可以将边沿馈作用，可以将边沿变化缓慢的周期性信变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。矩形脉冲信号。10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形 在数字系统中在数字系统中，矩形脉冲经，矩形脉冲经传输后往往发传输后往往发生波形畸变，生波形畸变，可以通过施密可以通过施密特触发器整形特触发器整形获得理想的矩获得理想的矩形脉冲波

7、形。形脉冲波形。10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用二、用于鉴幅二、用于鉴幅 若将一系列幅度各异若将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，特触发器的输入端，只有那些幅度大于只有那些幅度大于VT+的脉冲才会在输的脉冲才会在输出端产生输出信号。出端产生输出信号。因此施密特触发器能因此施密特触发器能将幅度大于将幅度大于VT+的脉的脉冲选出，具有脉冲鉴冲选出，具有脉冲鉴幅的能力。幅的能力。10.3 单稳态触发器因为触发器有两个稳定的状态，即因为触发器有两个稳定的状态，即0和和1，所以触发器也被，所以触发器也被称为双稳态电路。称为双稳态电路。与双稳态电路不同，

8、单稳态触发器只有一个稳定的状态。与双稳态电路不同，单稳态触发器只有一个稳定的状态。这个稳定状态要么是这个稳定状态要么是0，要么是，要么是1。单稳态单稳态触发器的工作特点是：触发器的工作特点是： ( (1) )在没有受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器在没有受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器保持在稳态；保持在稳态；（2）在受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器翻转）在受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器翻转，进入，进入“暂稳态暂稳态”。假设稳态为。假设稳态为0，则暂稳态为，则暂稳态为1。（3）经过一段时间，单稳态触发器从暂稳态返回稳态。单稳）经过一段时间，单稳态触发器从暂

9、稳态返回稳态。单稳态触发器在暂稳态停留的时间仅仅取决于电路本身的参数态触发器在暂稳态停留的时间仅仅取决于电路本身的参数。 10.3 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器的暂稳态通常都是靠单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、电路的充、放电过程来维持的。根据放电过程来维持的。根据RC电路的不同接法，电路的不同接法，又将单稳态触发器分为微分型和积分型两种又将单稳态触发器分为微分型和积分型两种。10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、积分型一、积分型G1和和G2为为TTL门门1、原理分析、原理分析；稳态下：OHAOHOOIVVVVVV),( ,*110开始放电；

10、进入暂稳态，后，CVVVOOI,*001返回稳态；后，当放至,*1OTHAVVV恢复初始态；重新充电至后，,*OHIVCV 2. 性能参数计算性能参数计算输出脉宽：输出脉宽：THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(0reTRdOretttCRRt)(53的时间。放电至从时间）等于输出脉冲宽度（THOHAOVVVV0二、微分型二、微分型G1和和G2为为CMOS门门1. 原理分析原理分析DDTHOLDDOHVVVVV210,上无电压；稳态下：CVVVVVVVDDOODDIdI),( ,12000开始充电电路迅速进入暂稳态加触发信号CVVVVVVVOOOIOdI,01121 10.

11、4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器（多谐振荡器（Astable Multivibrator）是一）是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又将矩形波振荡器称富的高次谐波分量，所以习惯上又将矩形波振荡器称为多谐振荡器。为多谐振荡器。10.4.3 环形振荡器一、最简单的环形振荡器 环形振荡器就是利用延迟环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡的，它是负反馈产生振荡的，它是利用门电路的传输延迟时利用门电路的传输延迟时间将奇数个反

12、相器首位相间将奇数个反相器首位相接而构成的。接而构成的。二、实用的环形振荡器二、实用的环形振荡器。积积分分环环节节，加加大大第第一一步步：增增加加2pdtRC输输出出。的的接接地地端端改改至至迟迟，将将第第二二步步：为为获获取取更更大大延延1GC 555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字-模拟混合集模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以便，所以555定时器在波形的产生于变换、测量定时器在波形的产生于变换、测量与控制、家用电器等领域中都

13、得到了应用。与控制、家用电器等领域中都得到了应用。10.5 555定时器及其应用10.5.1 555定时器定时器 （数（数/模混合模混合IC）一、电路结构一、电路结构由电压比较器（由电压比较器（C1,C2）触发器触发器输出缓冲器（输出缓冲器（G3,G4）OC输出的三极管（输出的三极管（TD）组成组成10.5 555定时器及其应用入的关系）二、功能表（输出与输 （1）当）当VI1VR1、VI2VR2时，时，VC1=0、VC2=1，SR锁存器被置锁存器被置零，零，TD导通，同时导通，同时Vo为低电平。为低电平。 （2）当）当VI1VR2时，时，VC1=1、VC2=1，SR锁存器状态锁存器状态保持不

14、变，保持不变，TD和和Vo的状态也保持的状态也保持不变。不变。 （3）当）当VI1VR1、VI2VR1、VI2VR2时，时，VC1=0、VC2=0，SR锁存器锁存器Q=Q=1，TD截止，同时截止，同时Vo为高电平。为高电平。入的关系）二、功能表（输出与输输输 入入输输 出出0XX0导导通通10导导通通1不不变变不不变变11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT如果使如果使VC1和和VC2的低电平信号发生在输入电压信的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施号的不同电平，那么输出与输入之间的关

15、系将为施密特触发器特性；密特触发器特性；如果在如果在VI2加入一个低电平触发信号以后，经过一加入一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在定的时间能在VC1输出端自动产生一个低电平信号输出端自动产生一个低电平信号，就可以得到单稳态触发器；，就可以得到单稳态触发器；如果能使如果能使VC1和和VC2的低电平信号交替地反复出现的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。，就可以得到多谐振荡器。 10.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器工作原理工作原理输输 入入输输 出出0XX0导导通通10导导通通1不不变变不不变变11截截止止11截截止止CCV32CCV31CCV3

16、2CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT?,?,TITIVVVV值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的?,?,TITIVVVV值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的COV10.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器输输 入入输输 出出0XX0导导通通10导导通通1不不变变不不变变11截截止止11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT保持放电导通充电至截止若通电后保持导通若通电后即可，稳态时，无触发信号：01100321011001311211212Q

17、VVCTQVVVCTQQVVVTQVVVCCDCCCCDCCCDCCCI)(导通稳态：DOITVV,01）已经回到高于时（假定此时充至当CCICCCVVVV3132保持开始放电至导通则01100102121QVVCTQVVCCDCC,开始充电截止则降至只要触发时CTQVVVVVDCCCCII,1013121性能参数：性能参数：暂稳态输出的宽度暂稳态输出的宽度3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCw的宽度有何要求？对IV的宽度过宽？若IV是否可以重复触发？导通稳态：DOITVV,01开始充电截止则降至只要触发时CTQVVVVVDCCCCII,101312110.5.4 用555接成多谐触发器输输 入入输输 出出0XX0导导通通10导导通通1不不变变不不变变11截截止止CCV32CCV31CCV32CCV3