1、1,第一節(jié) 幾種常用的脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路,施密特觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,概述,多諧振蕩器,下頁,總目錄,推出,2,下頁,返回,一、概述,獲取矩形脈沖波形的途徑有兩種： 利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖。 通過整形電路把已有的周期性變化波形， 變換為符合要求的矩形脈沖。,在同步時序電路中， 時鐘脈沖控制和協(xié)調(diào)著整個系統(tǒng)的工作， 因此時鐘脈沖的特性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。,但以能夠找到頻率和幅度都符合要求的一種已有電壓信號為前提。,上頁,3,下頁,返回,上頁,矩形脈沖的特性：,占空比 q = tW / T,為了定量描述矩形脈沖的特性通常給出幾個主要參數(shù)。,脈沖周期,上升時間,下降

2、時間,脈沖幅度,脈沖寬度,4,下頁,返回,上頁,脈沖周期T 周期性重復(fù)的脈沖序列中， 兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。 脈沖幅度Vm 脈沖電壓的最大變化幅度。 脈沖寬度tw 從脈沖前沿到達(dá)0.5 Vm起， 到脈沖后沿到達(dá)0.5 Vm為止的一段時間。 上升時間tr 脈沖上升沿從0.1 Vm上升到0.9 Vm 所需要的時間。 下降時間tf 脈沖上升沿從0.9 Vm下降到0.1 Vm 所需要的時間。 占空比q 脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q = tw /T 。 在脈沖整形或產(chǎn)生電路用于具體的數(shù)字系統(tǒng)時， 有時還可能有一些特殊的要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性等， 這時還需要增加一些相應(yīng)的性能參數(shù)來說明。,

3、5,下頁,返回,上頁,二、施密特觸發(fā)器,施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。,利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地消除。,它在性能上有兩個重要的特點： 輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。,6,下頁,返回,上頁,G1、G2 的 VTH 1/2VDD R1R2,當(dāng)vI= 0 時 vO= vOL 0,當(dāng)vI從0逐漸升高并達(dá)到vI = VTH時， G1進入轉(zhuǎn)折區(qū)。

4、,VTH,VT+,0,電路狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為vO= vOH VDD 。,1. 用門電路組成的施密特觸發(fā)器,用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,7,下頁,返回,上頁,VTH,VT+,0,得正向閾值電壓：,8,下頁,返回,上頁,當(dāng)vI從高電平逐漸下降并達(dá)到vI = VTH時， vI的下降引發(fā)又一個正反饋過程。,VTH,VT-,電路的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為vO= vOL 0。,VDD,9,下頁,返回,上頁,VTH,VT-,VDD,得負(fù)向閾值電壓：,已得知正向閾值電壓：,10,下頁,返回,上頁,電壓傳輸特性,通過改變R1和R2的比值可以調(diào)節(jié)VT+、VT-和回差電壓的大小。 但R1必須小于R2，否則電路將進入自鎖狀

5、態(tài)，不能正常工作。,11,下頁,返回,上頁,2. 集成施密特觸發(fā)器,帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器,12,下頁,返回,上頁,3. 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,用于波形變換 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用， 可把邊沿變化緩慢的周期性信號變成邊沿很陡的矩形脈沖信號。 用于脈沖整形 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變， 可通過施密特觸發(fā)器整形獲得比較理想的矩形脈沖波形。 用于脈沖鑒幅 施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出，具有脈沖鑒幅能力。 4. 構(gòu)成多諧振蕩器,13,下頁,返回,上頁,三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點： 有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。 在觸發(fā)脈沖作用

6、下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)， 暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)， 暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)， 與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。 （觸發(fā)脈沖應(yīng)滿足電路要求）。,14,下頁,返回,上頁,定時（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）。 整形（把不規(guī)則的波形變?yōu)橐?guī)則的脈沖波形）。 延時（將輸入信號延遲一定時間后輸出）。,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中的作用：,15,下頁,返回,上頁,微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),-,RC微分電路,16,下頁,返回,上頁,2. 工作原理,當(dāng)觸發(fā)脈沖vI加到輸入端時，在微分電路輸出端得到很窄的正負(fù)脈沖vd，當(dāng)vd上升到VTH以后，將引發(fā)如下的正反饋過程,vd,vO1,vI2

7、,vO,使vO1迅速跳變?yōu)榈碗娖健?17,下頁,返回,上頁,2. 工作原理,vI2同時跳變至低電平，并使vO跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。這時即使vd回到低電平， vO 的高電平仍將維持。 同時，電容C開始充電。 vI2逐漸升高，當(dāng)升至vI2 = VTH時，又引發(fā)另外一個正反饋過程,vO,vI2,vO1,18,下頁,返回,上頁,2. 工作原理,如果這時觸發(fā)脈沖已消失（ vd已回到低電平），則vO1 、vI2迅速跳變?yōu)楦唠娖剑⑹馆敵龇祷豽O=0的狀態(tài)。 同時，電容C通過電阻R和門G2的輸入保護電路向VDD放電，直至電容上的電壓為0，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。,19,下頁,返回,上頁,輸出脈沖的幅度,

8、分辨時間td是指在保證電路能正常工作的前提下，允許兩個相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小時間間隔。,恢復(fù)時間,20,下頁,返回,上頁,CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),積分型延時環(huán)節(jié),21,下頁,返回,上頁,2. 工作原理,vI UDD（為“1”）， vO1 0V（為“0”）， vA 為“0”，輸出vO 為“0”。,穩(wěn)定狀態(tài),“1”,“0”,22,下頁,返回,上頁,暫穩(wěn)態(tài),vI = 0,vO1 = 1,C放電,vO = 1,VDD,恢 復(fù),vI = 1,vO1 = 0,C充電,vO = 0,要求 T tp,穩(wěn) 態(tài),暫穩(wěn) 態(tài),23,下頁,返回,上頁,要求 T tp 的原因,若不滿足 T tp ，則

9、： vO隨著vI的變化而變化。,24,下頁,返回,上頁,暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)持續(xù)時間,25,下頁,返回,上頁,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表,26,下頁,返回,上頁,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部連接方法,27,下頁,返回,上頁,四、多諧振蕩器,多諧振蕩器是一種自激振蕩器，接通電源以后， 不需要外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖， 由于矩形脈沖中含有豐富的高次諧波分量， 所以習(xí)慣上把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。,28,下頁,返回,上頁,對稱式多諧振蕩器,假定由于某種原因使vI1 有微小的正跳變，則必然會引起如下的正反饋過程,使vO1 迅速跳變?yōu)榈碗娖健?vO2 迅速跳變?yōu)楦唠娖剑?/p>

10、電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)。,同時電容 C1 開始充電而 C2 開始放電。,vO1,vI1,vO2,vI2,29,下頁,返回,上頁,C1 充電速度較快，vI2 首先上升到G2的閾值電壓VTH ，并引起如下的正反饋過程,使vO2 迅速跳變至低電平、 vO1 迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第二個暫穩(wěn)態(tài)。,同時電容 C2 開始充電而 C1 開始放電。,vO2,vI2,vO1,vI1,30,下頁,返回,上頁,vO2,O,t,vI2,O,t,O,t,vO1,vI1,O,t,VTH,VTH,在 RF1 = RF2 = RF、 C1 = C2 = C的條件下，,VIK,VIK,31,下頁,返回,上頁,RC 環(huán)形多諧振蕩器,假設(shè)vI1 = 0,則vI2 = 1 vO2 = 0,vI3 躍變?yōu)?1 vO = 0