脉冲波形的产生和整形主题知识

脉冲波形的产生和整形主题知识脉冲波形的产生和整形主题知识第1页2本章内容10.1概述10.2施密特触发器10.3单稳态触发器10.4多谐振荡器10.5555定时器脉冲波形的产生和整形主题知识第2页310.1概述一、产生矩形脉冲路径1.利用各种形式多谐振荡器电路；2.经过各种整形电路把已经有周期性改变波形变换成符合要求矩形脉冲。二、矩形脉冲特征描述

通常矩形脉冲波形如图10.1.1所表示。图10.1.1脉冲波形的产生和整形主题知识第3页4图10.1.1其中：10.1概述脉冲周期T：周期性重复脉冲序列中，两个相邻脉冲之间时间间隔。有时也用频率f＝1/T表示单位时间内脉冲重复次数脉冲幅度Vm：脉冲电压最大改变幅度。脉冲波形的产生和整形主题知识第4页5☻上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要时间图10.1.1☻脉冲宽度tW：从脉冲前沿抵达0.5Vm起，到脉冲后沿抵达0.5Vm为止一段时间。☻下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Vm

下降到0.1Vm所需要时间10.1概述脉冲波形的产生和整形主题知识第5页6占空比q：脉冲宽度与脉冲周期比值，即q＝tw/T图10.1.110.1概述注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度稳定性等，这时需要另增加一些参数来描述脉冲。脉冲波形的产生和整形主题知识第6页710.2施密特触发器（SchmittTrigger）第一输入信号从低电平上升过程中，电路状态转换时对应输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应输入转换电平不一样；第二在电路状态转换时，经过电路内部正反馈过程使输出电压波形边缘变得很陡。

注：利用这两个特点不但能将边缘改变迟缓地信号波形整形为边缘陡峭矩形波，而且能够将叠加在矩形波脉冲高、低电平上噪声有效地去除。

施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用一个电路，它含有下面两个性能特点：脉冲波形的产生和整形主题知识第7页810.2.1用门电路组成施密特触发器

将两极反相器串接起来，经过分压电阻把输出端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10.2.1所表示。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，VOL＝0，且R1<R2脉冲波形的产生和整形主题知识第8页91.其工作原理10.2.1用门电路组成施密特触发器①当vI＝0时，vo1＝VOH

，vo＝VOL≈0，此时G1门输入电压为脉冲波形的产生和整形主题知识第9页1010.2.1用门电路组成施密特触发器②当vI从0逐步升高到使得vA＝VTH时，G1进入电压传输特征放大区（转折区），故vA增加，会引发下面正反馈，即使电路快速跳变到vo＝VOH≈VDD脉冲波形的产生和整形主题知识第10页11由叠加原理得10.2.1用门电路组成施密特触发器

设施密特触发器在输入信号vI正向增加时门槛电压（阈值电压）为VT＋，称为正向阈值电压，此时vo＝0，G1门输入电压为脉冲波形的产生和整形主题知识第11页1210.2.1用门电路组成施密特触发器③当vI从高电平VDD逐步下降到vA＝VTH时，因为也存在正反馈，即使电路快速跳变到vo＝VOL≈0此时施密特触发器在vI下降时对应输出电压由高电平转为低电平时输入电压为VT－，称为负向阈值电压，此时vo＝VDD，G1门输入电压为脉冲波形的产生和整形主题知识第12页1310.2.1用门电路组成施密特触发器因为VTH＝VDD/2，故只要vI<VT-，vo≈0脉冲波形的产生和整形主题知识第13页14将VT＋和VT－之间差值定义为回差电压，用△VT表示，即10.2.1用门电路组成施密特触发器施密特触发器电压传输特征为图10.2.2所表示图10.2.2脉冲波形的产生和整形主题知识第14页15施密特触发器两个输出电压传输特征为图10.2.3所表示10.2.1用门电路组成施密特触发器脉冲波形的产生和整形主题知识第15页1610.2.1用门电路组成施密特触发器图10.2.3(a)是以vo做为输出，vo和vI同相位；而图10.2.3(b)是以vo做为输出，vo和vI反相位。另经过调整R1和R2比值，可调整VT＋、VT－和回差电压△VT大小。脉冲波形的产生和整形主题知识第16页17利用施密特触发器能够将边缘改变迟缓周期性信号变换为边缘很陡矩形脉冲10.2.1用门电路组成施密特触发器3.施密特触发器应用(1)用于波形变换脉冲波形的产生和整形主题知识第17页18

利用施密特触发器将一系列幅度不一样脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压幅度判别出来。二、用于鉴幅10.2.1用门电路组成施密特触发器脉冲波形的产生和整形主题知识第18页19三、用于脉冲整形10.2.1用门电路组成施密特触发器

在数字系统中，经常出现干扰信号，使得信号波形变差，这么可经过施密特触发器整型取得比较理想波形。脉冲波形的产生和整形主题知识第19页2010.3单稳态触发器特点：第一它有稳态和暂稳态两个不一样工作状态；第二在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；第三暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与触发脉冲宽度和幅度无关。应用：脉冲整形、延时、定时等脉冲波形的产生和整形主题知识第20页2110.3.1用门电路组成单稳态触发器

单稳态触发器暂稳态通常是靠RC电路充放电过程来维持，依据RC电路不一样接法，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图10.3.1是由CMOS门电路G1、G2和Rd、Cd微分电路组成单稳态触发器。图10.3.1设VOH≈VDD，VOL≈0，且CMOS门转折电压为VTH≈VDD/2，脉冲波形的产生和整形主题知识第21页22a.无触发信号时，电路处于稳态，vo=010.3.1用门电路组成单稳态触发器图10.3.1

在稳态下vI=0，vI2=VDD，故vo=0，vo1=VDD，电容C两端无电压，vc=0b.外加触发信号时，电路由稳态翻转到暂稳态

当输入信号vI加触发脉冲时，在Rd、Cd组成微分电路输出端得到很窄正负脉冲vd，如图10.3.2波形所表示。图10.3.2脉冲波形的产生和整形主题知识第22页2310.3.1用门电路组成单稳态触发器当vI上升，vd也随之上升，当上升到VTH后，此时存在以下正反馈：图10.3.2则vo1快速跳变为低电平，因为电容电压不能跃变，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，电容随即开始充电暂态脉冲波形的产生和整形主题知识第23页24c.电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态10.3.1用门电路组成单稳态触发器图10.3.2电源VDD经过R和G1门输出电路给电容C充电C充电电路脉冲波形的产生和整形主题知识第24页2510.3.1用门电路组成单稳态触发器伴随vI2增加，当增加到vI2＝VTH，产生另一正反馈，即图10.3.2此时vo1和vI2快速跳变为高电平，电路马上翻为稳态，即vo＝0脉冲波形的产生和整形主题知识第25页2610.3.1用门电路组成单稳态触发器此时电容C经过R和G2门输入保护电路很快放电，知道电容电压为0，电路恢复到稳态。图10.3.2C放电电路C放电脉冲波形的产生和整形主题知识第26页2710.4多谐振荡器

多谐振荡器是一个自激振荡器，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。因为矩形波中含有高次谐波故把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。10.4.1对称式多谐振荡器图10.4.1为对称式多谐振荡器经典电路。1.组成：

它是由两个反相器G1、G2经耦合电容C1、C2连接起来正反馈电路。图10.4.1脉冲波形的产生和整形主题知识第27页282.产生自激振荡条件：

由图10.4.2所表示TTL反相器电压传输特征可知，若静态时G1和G2工作在转折区或线性区，它们即工作在放大状态，其电压放大倍数为10.4.1对称式多谐振荡器

为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态，即静态（未振荡）时应是不稳定图10.4.2此时只要输入电压有微小波动，就会被正反馈回路放大而引发振荡脉冲波形的产生和整形主题知识第28页29故为了使反相器工作在放大状态，则要给它们设置适当偏置电压，其数值在高、低电平之间。这个偏置电压能够由RF

来设定。10.4.1对称式多谐振荡器由反相器输入电路（图10.4.3)可得图10.4.3脉冲波形的产生和整形主题知识第29页30在反相器电压传输特征上做出此直线，交点P即为反相器静态工作点，如图10.4.2所表示。计算标明，对于74系列门电路而言，RF1阻值应取0.5KΩ～1.9KΩ。此式是输出与输入线性关系方程。10.4.1对称式多谐振荡器图10.4.2脉冲波形的产生和整形主题知识第30页313.工作情况分析

假使当电路接通电源后，因为电冲击，使得输入有微小正跳变，则因为以下正反馈：10.4.1对称式多谐振荡器此正反馈使得vo1快速跳变为低电平，vo2翻转成高电平，电路进入第一个暂稳态。同时C1充电，而C2放电C1充电回路C2放电回路脉冲波形的产生和整形主题知识第31页32因为充电速度比放电速度快，故vI2首先到达阈值电压VTH，并有下面正反馈：C1充电回路C2放电回路10.4.1对称式多谐振荡器vo2快速跳变为低电平，而vo1跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态，同时C1放电C2充电。因为电路对称，过程与前相同，C2充电速度比C1充电快，很快vI1首先到达阈值电压VTH，使得vo1

快速跳变为低电平，而vo2跳变为高电平，又回到第一暂稳态脉冲波形的产生和整形主题知识第32页33电路中各处电压波形如图10.4.3所表示。10.4.1对称式多谐振荡器图10.4.3脉冲波形的产生和整形主题知识第33页3410.4.3环形振荡器

利用闭合回路中正反馈作用能够产生自激振荡，而利用闭合回路中延迟负反馈作用也能够产生自激振荡，但需要负反馈信号足够强。

环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡。它是利用门电路传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而组成。1.最简单环形振荡器电路如图10.4.7所表示。图10.4.7脉冲波形的产生和整形主题知识第34页3510.4.3环形振荡器vI1因为某种原因产生一微小正跳变，则经过G1门传输时间tpd后，vI2产生幅度增大负跳变，再经过G2门传输时间tpd后，vI3产生幅度增大正跳变，再经过G3门传输时间tpd后，vo（vI1）产生幅度更大负跳变，同理再经过3tpd后vI1跳变为高电平。周而复始，产生振荡。工作原理：图10.3.8输出波形如图10.3.8所表示脉冲波形的产生和整形主题知识第35页36振荡周期为其中tpd为反相器传输延迟时间图10.3.810.4.3环形振荡器同理若将任何大于、等于3奇数个反相器首尾相联成环形电路，都你能产生自激振荡，且周期为其中n为串联反相器个数脉冲波形的产生和整形主题知识第36页37改进电路如图10.4.8所表示，其中增加了RC积分步骤，加大了第二节延迟时间图10.4.7所表示环形振荡器电路即使简单，但因为门电路传输时间很小，故振荡频率很高，频率极难调整。10.4.3环形振荡器2.实用环形振荡器图10.4.7图10.4.8脉冲波形的产生和整形主题知识第37页38但RC电路充、放电连续时间很短，为了获取更大延迟，将C接地端改到G1输出端，如图10.4.9所表示图10.4.810.4.3环形振荡器图10.4.