【大学课件】脉冲产生与整形电路

脉冲产生与整形电路本课程将深入探讨脉冲电路的原理、设计和应用。我们将学习如何产生、整形和分析各种脉冲信号，为电子工程实践打下坚实基础。一、脉冲概述定义脉冲是电路中短暂的电压或电流变化。特点脉冲具有快速变化、持续时间短的特性。分类包括方波、三角波、锯齿波等多种形式。1.脉冲的定义电压变化脉冲是电路中电压从一个稳定值快速变化到另一个值，然后又返回的现象。时间特性脉冲的持续时间通常很短，可能只有几微秒或更短。信息载体脉冲可以携带信息，广泛应用于数字通信和信号处理中。2.脉冲的特点快速变化脉冲的上升和下降时间非常短，通常在纳秒或微秒级别。可重复性脉冲可以按照一定的频率重复出现，形成周期性信号。多样性脉冲可以有多种波形，如方波、三角波、指数波等。3.脉冲的分类1方波脉冲上升和下降时间极短，持续时间内保持恒定电压。2三角波脉冲呈线性上升和下降的波形，无恒定电压平台。3锯齿波脉冲线性上升（或下降），然后快速返回初始值的波形。4指数脉冲电压按指数规律变化的波形，常见于RC电路中。二、脉冲产生电路触发器利用单稳态和双稳态触发器生成脉冲。开关电路使用单刀双掷开关构建简单的脉冲发生器。振荡器通过LC或RC振荡电路产生连续脉冲。1.单稳态触发器工作原理单稳态触发器在接收到触发信号后，输出一个固定宽度的脉冲，然后自动返回稳态。特点输出脉冲宽度可调只有一个稳定状态常用于定时和延时电路2.单稳态触发器构成的脉冲生成电路1触发输入接收外部触发信号2单稳态触发器产生固定宽度脉冲3RC网络控制脉冲宽度4输出缓冲提供驱动能力3.双稳态触发器两个稳态双稳态触发器具有两个稳定状态，可以在两个状态之间切换。触发切换通过外部信号触发，可以从一个状态切换到另一个状态。应用广泛在数字电路中广泛应用，如存储单元、计数器等。4.双稳态触发器构成的脉冲生成电路时钟输入提供周期性触发信号。双稳态触发器在时钟信号控制下切换状态。组合逻辑根据触发器状态生成所需脉冲。输出调整根据需要调整脉冲的幅度和形状。5.单刀双掷开关结构简单单刀双掷开关有一个公共端和两个可选择的接触端。电路控制可以用于切换电路连接，实现简单的脉冲生成。手动操作通常由人工操作，也可以用继电器实现自动切换。6.单刀双掷开关构成的脉冲生成电路1电源连接连接直流电源2开关切换快速切换开关位置3电容充放电产生电压变化4输出脉冲形成简单脉冲波形三、脉冲整形电路1波形调整修改脉冲的形状，使其符合特定要求。2参数优化改善脉冲的上升时间、下降时间和幅度。3噪声抑制去除脉冲中的噪声和干扰成分。4标准化处理将不规则脉冲转换为标准波形。1.整形电路的作用信号质量改善整形电路可以改善脉冲信号的质量，提高系统的可靠性和精度。它可以消除信号中的毛刺和噪声，使波形更加规整。波形标准化将各种不规则的输入脉冲转换成标准的方波或其他所需波形。这对于数字系统的正常工作至关重要。2.截止电路工作原理利用二极管或晶体管的单向导电特性，对输入信号进行限幅。正向截止限制信号的正向幅度，去除超过某一电平的部分。负向截止限制信号的负向幅度，防止信号超出负向限值。3.微分电路斜率检测输出与输入信号变化率成正比。窄脉冲生成可将方波转换为窄脉冲序列。边沿检测用于检测信号的快速变化。4.积分电路1输入信号接收需要积分的脉冲信号。2RC网络通过RC电路实现积分功能。3充放电过程电容器充放电产生积分效果。4输出波形得到平滑的输出信号。5.比较器电路输入信号待比较的脉冲信号。基准电压设定比较阈值。比较过程运算放大器比较两个输入。输出结果产生高低电平输出。四、脉冲特性分析幅度脉冲的最大值与最小值之差。脉宽脉冲持续的时间。上升时间从10%到90%幅度所需时间。重复率脉冲每秒钟重复的次数。1.幅度100%最大相对幅度脉冲幅度通常用百分比表示，100%表示全幅度。5V典型电压幅度数字电路中常见的脉冲幅度值，如TTL电平。1ms测量时间准确测量幅度通常需要在脉冲平台期进行。2.脉宽定义脉宽是指脉冲从上升沿到下降沿之间的时间间隔。它通常在50%幅度点测量。影响因素信号源特性传输线效应负载条件3.上升时间和下降时间上升时间脉冲从10%幅度上升到90%幅度所需的时间。下降时间脉冲从90%幅度下降到10%幅度所需的时间。测量方法通常使用高速示波器直接测量或通过数学计算得出。4.重复率1定义单位时间内脉冲重复的次数2计算重复率=1/周期3单位赫兹（Hz）4应用决定信号传输速率五、脉冲应用1.计数数字计数器利用脉冲信号触发计数器，实现精确计数。频率分频通过计数实现信号频率的降低。事件记录记录特定事件发生的次数。2.时间测量1启动计时第一个脉冲触发计时器开始。2计时进行内部晶振提供精确时基。3停止计时第二个脉冲停止计时器。4读取结果显示或输出时间间隔。3.频率测量信号输入待测脉冲信号。计数门控精