第6章脉冲波形的产生与整形a课件

6.1概述

1.脉冲幅度Vm2.脉冲宽度tW 0.5Vm～0.5Vm3.上升时间tr 0.1Vm～0.9Vm4.下降时间tf 0.9Vm～0.1Vm5.周期T 周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率f 周期的倒数或每秒钟重复的次数。7.占空比q 脉冲宽度与周期之比描述矩形脉冲的几个参数理想波形：实际波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT6.1概述1.脉冲幅度Vm描述矩形脉冲的几个参数理想波形16.2施密特触发器功能特点：1.输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时的转换电平不同。2.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。如图示：1vIvO若vI为低电平，则vO为高电平；若vI为高电平，则vO为低电平。vI从低电平上升到VT+时，vO由高变低；vI从高电平下降到VT-时，vO由低变高.VT+>VT-vIvOVT+VT-6.2施密特触发器功能特点：1vIvO若vI为低电平，则26.2.1用门电路组成的施密特触发器一、电路结构及工作原理R111vOv'OvIR2G1G2vO1v'IG1、G2为CMOS非门，阈值电压为VTH=1/2VDD；R1<R2工作原理(1)当vI=0V时，v'I为低电平，vO=0V当vI增加到v'I=VTH时，引发正反馈，使vO迅速上升到vO=VOH=VDDv'IvO1vOvI增加，使v'I增加，6.2.1用门电路组成的施密特触发器一、电路结构及工作原3发生转换时的vI即VT+可由下式求得(2)当vI=VDD时，v'I为高电平，vO=VDD当vI下降到v'I=VTH时,引发正反馈，使vO迅速下降到vO=VOL=0Vv'IvO1vOvI下降，使v'I下降，11vOv'OvIR2G1G2vO1v'I发生转换时的vI即VT+可由下式求得(2)当vI=VDD时，4发生转换时的vI即VT-可由下式求得带入VDD=2VTH回差电压：特点：△VT可调符号：1vIvO电压传输特性曲线：vIvOVTHVDD同向输出的施密特触发特性发生转换时的vI即VT-可由下式求得带入VDD=2VTH回差51vIv'OvIv'OVTHVDD以v'O做输出得到反向输出的施密特触发特性11vOv'OvIR2G1G2vO1v'IvIvOVTHVDD1vIv'OvIv'OVTHVDD以v'O做输出得到反向输出6例：已知VT+=7.5V,△VT=5V,求R1、R2和VDD的值解：代入公式解得：注意：R1、R2的取值不能太小，保证G2输出高电平时的负载电流小于允许值11vOv'OvIR2G1G2vO1v'IVOHIOHVTH故：例：已知VT+=7.5V,△VT=5V,求R1、R2和VD7CC4096的IOH(max)=1.3mACC4096的IOH(max)=1.3mA86.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YACBD&ACBD1Y等效电路带与非功能的施密特触发器不可调集成施密特触发器CC401061vIvO调节VDD可调6.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YA96.2.3施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波tvOVT-VT+vIt1vIvO一、用于波形变换6.2.3施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波t10tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整形tvOVT-VT+vItvItvIt将不理想的矩形波转换成理想矩形波如上升沿、下降沿不理想，寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整11三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。vItvOtVT+VT-1vIvO三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输126.3单稳态触发器单稳态触发器的特点：1.电路有稳态和暂稳态两个状态。2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回稳态。3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽度无关。vIvO暂稳态稳态tW6.3单稳态触发器单稳态触发器的特点：1.电路有稳态和136.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器工作原理分析（暂不考虑Rd、Cd）（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS门单稳态电路工作原理的分析方法：分别分析稳态、暂稳态、恢复过程，定性地画出电路中各点电压的波形。vIvO暂稳态稳态tW稳态VDDVDD006.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发14（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。（2）暂稳态C充电，vI2按指数规律上升，当vI2=VTH时，引发正反馈，使vO迅速下降到vO=0，vO1=1进入暂稳态暂稳态结束当vI=VTH时，引发正反馈，使vO迅速上升到vO=1，vO1=0vI≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS门vI2↑→

vO↓→

vO1↑vO1↓

→vI2↓→

vO↑vItvO1tvI2VTHtvOttW充充（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；v15（3）恢复过程：vO1

┛→vI2┛，C放电，vI2按指数规律下降，很快放完电后，vI2=VDD，恢复到稳态。≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOttW充放放（3）恢复过程：vO1┛→vI2┛，C放电，vI216≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOttW充放该电路要求触发脉冲宽度小于暂稳态时间≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tv17主要参数(1)输出脉冲宽度tW充电过程中，从上升到VTH所需的时间。根据三要素法：当时，★vItvO1tvI2VTHtvOttW充放已知再求出即可。主要参数(1)输出脉冲宽度tW充电过程中，从上升到VTH所需18充电等效电路：RG1vI2CVDDG2RON充vItvO1tvI2VTHtvOttW充放vI2RCVDDRON<<R≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDD充充电等效电路：RG1vI2CVDDG2RON充vItvO1t19(2)输出脉冲幅度Vm从图中可知(3)恢复时间Tre恢复时间即C放电的时间一般认为，经过(3~5)倍的时间常数以后电路基本已达到稳态。放电电路：R与D1并联，R可忽略，RON与D1并联，D1可忽略时间常数≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDRG1vI2CVDDG2ROND1放vItvO1tvI2VTHtvOt

tW

放Tre(2)输出脉冲幅度Vm从图中可知(3)恢复时间Tre恢复20(4)分辨时间Td相邻触发脉冲最小间隔若vI脉冲宽度>tW，则vI2↑=VTH时，vO┓,但vO1由于vI的作用还保持0，工作不正常。

3.输入微分电路的作用vdRdCdvI≥11vORG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOt

tW

放TrevdvItt措施：在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。(4)分辨时间Td相邻触发脉冲最小间隔若vI脉冲宽度>tW21二、积分型单稳态触发器1.电路及工作原理(1)稳态：vI=0，vO1=1，C充满电荷，vA为高电平，vO=1(2)暂稳态：C放电，vA↓，当vA=VTH时，→vO┛，(3)恢复过程：C充电，充满后，恢复到高电平，电路恢复稳态。工作过程：从高电平返回低电平以后，vO1

┛当vI→vO1

┓，

vO┓C继续放电，直至放完。进入暂稳态暂稳态结束1vORG1G2vO1vACvI&TTL门vAvO1tVTHtvIttvOtW放充vIvO该电路要求触发脉冲宽度大于暂稳态时间二、积分型单稳态触发器1.电路及工作原理(1)稳态：vI222.主要参数(1)输出脉冲宽度tW放电过程中，vA从初始值vA(0)下降至VTH时所需时间放电等效电路：vAR+ROCVOLi2很小R1VCCVOLROCG2G1RvA放i21vORG1G2vO1vACvI&vAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充TreVOHVOL2.主要参数(1)输出脉冲宽度tW放电过程中，vA从初始值23(2)输出幅度(3)恢复时间C充电时间，称为恢复时间。vAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充TreVOHVOL(2)输出幅度(3)恢复时间C充电时间，称为恢复时间。vAv24充电回路：(4)分辨时间输入脉冲宽度+恢复时间vAR+R'OCVCC不考虑G21vORG1G2vO1vACvI&VCCR1VOHR'OCG2G1RvA充VCCvAvO1tVTHtvIttvOtWTTR充TreVOHVOL充电回路：(4)分辨时间输入脉冲宽度+恢复时间vAR+R'O25精品课件！精品课件！26精品课件！精品课件！27比较微分型和积分型的区别：边沿好（正反馈）抗干扰能力差优点缺点微分型积分型抗干扰能力强边沿不好比较微分型和积分型的区别：边沿好（正反馈）抗干扰能力差优点缺286.1概述

1.脉冲幅度Vm2.脉冲宽度tW 0.5Vm～0.5Vm3.上升时间tr 0.1Vm～0.9Vm4.下降时间tf 0.9Vm～0.1Vm5.周期T 周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率f 周期的倒数或每秒钟重复的次数。7.占空比q 脉冲宽度与周期之比描述矩形脉冲的几个参数理想波形：实际波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT6.1概述1.脉冲幅度Vm描述矩形脉冲的几个参数理想波形296.2施密特触发器功能特点：1.输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时的转换电平不同。2.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。如图示：1vIvO若vI为低电平，则vO为高电平；若vI为高电平，则vO为低电平。vI从低电平上升到VT+时，vO由高变低；vI从高电平下降到VT-时，vO由低变高.VT+>VT-vIvOVT+VT-6.2施密特触发器功能特点：1vIvO若vI为低电平，则306.2.1用门电路组成的施密特触发器一、电路结构及工作原理R111vOv'OvIR2G1G2vO1v'IG1、G2为CMOS非门，阈值电压为VTH=1/2VDD；R1<R2工作原理(1)当vI=0V时，v'I为低电平，vO=0V当vI增加到v'I=VTH时，引发正反馈，使vO迅速上升到vO=VOH=VDDv'IvO1vOvI增加，使v'I增加，6.2.1用门电路组成的施密特触发器一、电路结构及工作原31发生转换时的vI即VT+可由下式求得(2)当vI=VDD时，v'I为高电平，vO=VDD当vI下降到v'I=VTH时,引发正反馈，使vO迅速下降到vO=VOL=0Vv'IvO1vOvI下降，使v'I下降，11vOv'OvIR2G1G2vO1v'I发生转换时的vI即VT+可由下式求得(2)当vI=VDD时，32发生转换时的vI即VT-可由下式求得带入VDD=2VTH回差电压：特点：△VT可调符号：1vIvO电压传输特性曲线：vIvOVTHVDD同向输出的施密特触发特性发生转换时的vI即VT-可由下式求得带入VDD=2VTH回差331vIv'OvIv'OVTHVDD以v'O做输出得到反向输出的施密特触发特性11vOv'OvIR2G1G2vO1v'IvIvOVTHVDD1vIv'OvIv'OVTHVDD以v'O做输出得到反向输出34例：已知VT+=7.5V,△VT=5V,求R1、R2和VDD的值解：代入公式解得：注意：R1、R2的取值不能太小，保证G2输出高电平时的负载电流小于允许值11vOv'OvIR2G1G2vO1v'IVOHIOHVTH故：例：已知VT+=7.5V,△VT=5V,求R1、R2和VD35CC4096的IOH(max)=1.3mACC4096的IOH(max)=1.3mA366.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YACBD&ACBD1Y等效电路带与非功能的施密特触发器不可调集成施密特触发器CC401061vIvO调节VDD可调6.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YA376.2.3施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波tvOVT-VT+vIt1vIvO一、用于波形变换6.2.3施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波t38tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整形tvOVT-VT+vItvItvIt将不理想的矩形波转换成理想矩形波如上升沿、下降沿不理想，寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整39三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。vItvOtVT+VT-1vIvO三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输406.3单稳态触发器单稳态触发器的特点：1.电路有稳态和暂稳态两个状态。2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回稳态。3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽度无关。vIvO暂稳态稳态tW6.3单稳态触发器单稳态触发器的特点：1.电路有稳态和416.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器工作原理分析（暂不考虑Rd、Cd）（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS门单稳态电路工作原理的分析方法：分别分析稳态、暂稳态、恢复过程，定性地画出电路中各点电压的波形。vIvO暂稳态稳态tW稳态VDDVDD006.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发42（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；vO1=VDD，C上无电荷。（2）暂稳态C充电，vI2按指数规律上升，当vI2=VTH时，引发正反馈，使vO迅速下降到vO=0，vO1=1进入暂稳态暂稳态结束当vI=VTH时，引发正反馈，使vO迅速上升到vO=1，vO1=0vI≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDCMOS门vI2↑→

vO↓→

vO1↑vO1↓

→vI2↓→

vO↑vItvO1tvI2VTHtvOttW充充（1）稳态vI=0，C开路，vI2=VDD，vO=0；v43（3）恢复过程：vO1

┛→vI2┛，C放电，vI2按指数规律下降，很快放完电后，vI2=VDD，恢复到稳态。≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOttW充放放（3）恢复过程：vO1┛→vI2┛，C放电，vI244≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOttW充放该电路要求触发脉冲宽度小于暂稳态时间≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tv45主要参数(1)输出脉冲宽度tW充电过程中，从上升到VTH所需的时间。根据三要素法：当时，★vItvO1tvI2VTHtvOttW充放已知再求出即可。主要参数(1)输出脉冲宽度tW充电过程中，从上升到VTH所需46充电等效电路：RG1vI2CVDDG2RON充vItvO1tvI2VTHtvOttW充放vI2RCVDDRON<<R≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDD充充电等效电路：RG1vI2CVDDG2RON充vItvO1t47(2)输出脉冲幅度Vm从图中可知(3)恢复时间Tre恢复时间即C放电的时间一般认为，经过(3~5)倍的时间常数以后电路基本已达到稳态。放电电路：R与D1并联，R可忽略，RON与D1并联，D1可忽略时间常数≥11vOvIRG1G2vO1vI2CVDDRG1vI2CVDDG2ROND1放vItvO1tvI2VTHtvOt

tW

放Tre(2)输出脉冲幅度Vm从图中可知(3)恢复时间Tre恢复48(4)分辨时间Td相邻触发脉冲最小间隔若vI脉冲宽度>tW，则vI2↑=VTH时，vO┓,但vO1由于vI的作用还保持0，工作不正常。

3.输入微分电路的作用vdRdCdvI≥11vORG1G2vO1vI2CVDDvItvO1tvI2VTHtvOt

tW

放TrevdvItt措施：在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。(4)分辨时间Td相邻触发脉冲最小间隔若vI脉冲宽度>tW49二、积分型单稳态触发器1.电路及工