第13章脉冲波形的产生于整形

2019年12月20日星期五电子技术基础第13章第13章脉冲波形的产生与整形13.2施密特触发器13.3单稳态触发器13.1RC电路13.4多谐振荡器13.5555定时器及其应用2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.1.1常用脉冲波形及参数1.常见的脉冲波形脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。13.1RC电路常见的脉冲波形图2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.矩形波及其参数非周期性和周期性矩形波(a)非周期性(b)周期性数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性与非周期性两种。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章矩形波的主要参数周期性矩形波的周期用T表示，有时也用频率f表示（f=1/T）。矩形波的另外几个主要参数：（1）脉冲幅度Um（2）脉冲宽度tw（3）上升时间tr（4）下降时间tf（5）占空比q=tw/T。通常q用百分比表示，如果q=50%，则称为对称方波。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.1.2RC电路的应用可对矩形波进行变换，常用的有微分电路、积分电路和脉冲分压器。微分电路1.微分电路可将矩形波变换为尖峰波（条件RC＜＜tw）。由于电路的输出uO只反映输入波形uI的突变部分，故称为微分电路。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.积分电路积分电路（b）可将矩形波变换为三角波。（条件RC＞＞tw）（c）输出波形uO的边沿变差了。（如果RC＜＜tw，即不满足积分电路的条件）2019年12月20日星期五电子技术基础第13章3.脉冲分压器在模拟电路中，常用电阻分压器来实现正弦波信号的无失真传输。但是，对脉冲信号的传输，不能采用简单的电阻分压器，因为分布电容的影响，会使输出波形的边沿发生畸变。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章脉冲分压器为了实现脉冲信号的无畸变传输，需要采用脉冲分压器。各种示波器的输入衰减器采用的就是这种脉冲分压器。只要满足条件C1R1=C2R2，则可实现脉冲信号的无畸变传输。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.2施密特触发器施密特触发器的工作特点：①施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。ovIvOVOHVOL(a)VT+VT_ovIvO1VOHVOL(b)VT+VT_1vovI1vovI②电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.2.1门电路组成的施密特触发器11G1G2vIvOR2R1vO1vI11vovI21I1IO1212RRRRRRDDT2VVR1R2I为三角波作如下假定：2019年12月20日星期五电子技术基础第13章21I12120thRRRRRR11G1G2vIvOR2R1vO1vI1O211I2121IRRRRRR00只要vI1Vth，则保持vO=0V当vI1=Vth，电路发生正反馈：12I1T+12RVRRvI↑vI1↑vO1vO↑1T+th2(1)RVVR当vI1=0，vO=0V当vI上升，vI1也上升2019年12月20日星期五电子技术基础第13章211212thTDDRRVVRRRR11G1G2vIvOR2R1vO1vI1O211I2121IRRRRRR1只要vI1Vth，则保持vO=VOH当vI1=Vth，电路产生如下正反馈：1T-th2(1)RVVR当vI下降，vI1也下降01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差电压vIvI1vO1vO2019年12月20日星期五电子技术基础第13章vIVT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a)工作波形(b)传输特性曲线11G1G2vIvOR2R1vO1vI12019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.2.2集成施密特触发器----CC40146vovDDvITP1TN4TP2TP3TP7TP11TN5TN6TN8TN10TP9TN12v'O施密特触发器整形级输出缓冲级ovIvO1VOHVOL(b)VT+VT_1vovI2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.3.3施密特触发器的应用vIVT+VT–0tvOVOHVOL0ttpovOvI11.波形的整形及变换vovIvovT2vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。为去掉干扰信号回差电压应如何选择？2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.幅度鉴别vovI00ttVth(VT+)2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.多谐振荡器CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT--lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.2施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.2.1用集成门电路构成的施密特触发器1.电路组成两个CMOS反相器，两个分压电阻。用集成门电路构成的施密特触发器（a）电路（b）逻辑符号2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.工作原理（1）工作过程设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入信号uI为三角波。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章当uI=0V时，G1截止、G2导通，输出为UOL，即uO=0V。只要满足uI1＜UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。当uI上升，使得uI1=UTH时，电路会产生如下正反馈过程：2019年12月20日星期五电子技术基础第13章电路会迅速转换为G1导通、G2截止，输出为UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然，uI继续上升，电路的状态不会改变。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章如果uI下降，uI1也会下降。当uI1下降到UTH时，电路又会产生以下的正反馈过程：电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平UT－。uI再下降，电路将保持状态不变。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章（2）工作波形与电压传输特性施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。施密特触发器的工作波形及电压传输特性（a）工作波形（b）电压传输特性3.重要参数上限触发转换电平UT+下限触发转换电平UT－回差ΔUT=UT+－UT－（通常UT+＞UT－）改变R1和R2的大小可以改变回差ΔUT2019年12月20日星期五电子技术基础第13章集成施密特触发器的UT+和UT－的具体数值可从集成电路手册中查到。如CT74132的UT+＝1.7V、UT－＝0.9V，所以，ΔUT＝UT+—UT－＝1.7V—0.9V＝0.8V。13.2.2集成施密特触发器1.施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密特触发的反相器。下面以CC40106为例说明其功能。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章施密特触发反相器(a)原理框图(b)电压传输特性(c)逻辑符号为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础上，增加了整形级和输出级。整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭，输出级可以提高电路的负载能力。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特触发的与非门电路。施密特触发与非门的逻辑符号2019年12月20日星期五电子技术基础第13章1.波形变换将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。波形变换13.2.3施密特触发器的应用2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2.脉冲整形在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。脉冲整形波形畸变边沿振荡2019年12月20日星期五电子技术基础第13章3．脉冲鉴幅将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。脉冲鉴幅2019年12月20日星期五电子技术基础第13章①电路有一个稳态，一个暂稳态。1、单稳态触发器的工作特点：②在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态;③电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长久保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取决于RC电路的参数值。13.3.1概述13.3单稳态触发器2019年12月20日星期五电子技术基础第13章2、单稳态触发器的组成：由门电路和RC电路组成3、单稳态触发器的分类根据RC电路的不同接法单稳态触发器分为微分型和积分型两大类。2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.3.2门电路组成的微分型单稳态触发器1.电路vO1vO2RvcvI&&vO1vO2vcvI11RCMOS与非门构成的微分型单稳态触发器CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器2019年12月20日星期五电子技术基础第13章`vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t22.工作原理a)没有触发信号时，电路处于一种稳态vO1vO2vcvI11RvRvDD000112019年12月20日星期五电子技术基础第13章`vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthttttvthtpitwt1t2vo1vRvO2vIvRvO2vO1vO1vO2vcvI1RvRvDD11110b)外加触发信号后，电路进入暂稳态c)电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态102019年12月20日星期五电子技术基础第13章3.主要参数的计算`vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2DDwDDtlnhVtRCVVtw≈0.7RC(1)输出脉冲宽度tw(2)恢复时间tretre3d(3)最高工作频率fmaxmaxminwre11fTttR(t)=VR()＋[VR(0+)－VR()]teR(0+)=0R()=VDD=RC2019年12月20日星期五电子技术基础第13章vO1vO2vcvI11RvRVCC4.讨论CdRdvDvI1vo2如果输入端采用微分电路时，Rd应大于2k，使得稳态时D大于G1的开门电平(VON)。电阻R的取值可以是任意的？采用TTL与非门构成单稳电路时，电阻R要小于0.7k。在暂稳态结束(t=t2)瞬间，门G2的输入电压R达到VDD+VT，可能损坏G2门，怎么办？输入的触发脉冲的宽度可以是任意的吗？如触发脉冲的宽度太宽会有什么问题？2019年12月20日星期五电子技术基础第13章13.3.3集成单稳态触发器(a)vOvItwtw(b)vOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发不可重复触发2019年12月20日星期五电子技术基础第13章1.不可重复触发的集成单稳态触发器74121≥1G8G4G1G2G3G5G6G7G9&&B&&&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a触发信号控制电路微分型单稳触发器输出缓冲电路1234567101112