第六章_脉冲波形的产生和整形.pdf
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1、1 University of Science and Technology of China 第六章第六章第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 第五版第十章第五版第十章 456 456 456 456页页 2 University of Science and Technology of China 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 内容提要内容提要内容提要内容提要 介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路,包括:介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路,包括: 1 1 1 1整形电路整形电路:施密特触
2、发器和单稳态触发器。:施密特触发器和单稳态触发器。 2 2 2 2脉冲产生电路脉冲产生电路:对称式和非对称式多谐振:对称式和非对称式多谐振 荡器、环形振荡器、施密特多谐振荡器。荡器、环形振荡器、施密特多谐振荡器。 3 3 3 3555555555555定时器定时器:用:用555555555 555构成的施密特触发器、构成的施密特触发器、 单稳态触发器和多谐振荡器。单稳态触发器和多谐振荡器。 3 University of Science and Technology of China 6.16.16.16.1 概述概述概述概述 1 1 1 1获取矩形脉冲波形的两种方法获取矩形脉冲波形的两种方法
3、: (1 1 1 1)利用各种形式的多谐振荡器直接产生波形;)利用各种形式的多谐振荡器直接产生波形; (2 2 2 2)通过整形电路,对已有周期信号整形得到。)通过整形电路,对已有周期信号整形得到。 2 2 2 2矩形脉冲的主要参数矩形脉冲的主要参数 主要参数详见主要参数详见P P P P457 457457457图 图10.1.110.1.110.1.110.1.1,包括:,包括: (1 1 1 1)脉冲周期脉冲周期 T T T T; (2 2 2 2)脉冲幅度脉冲幅度 V Vm m; (3 3 3 3)脉冲宽度脉冲宽度 T Tw w ; (4 4)上升时间)上升时间 t t t tr r
4、r r; (5 5 5 5)下降时间下降时间 t t t tf f f f; (6 6 6 6)占空比占空比 q q q q 。 4 University of Science and Technology of China 6.16.16.16.1 概述概述概述概述 图图图图图图图图10.1.1 10.1.1 10.1.1 10.1.1 10.1.1 10.1.1 10.1.1 10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主
5、要参数 5 University of Science and Technology of China 6.2 6.2 6.2 6.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器 这种触发器有这种触发器有两个重要特点:两个重要特点: 1 1 1 1输入信号从低电平上升的过程中,电路状态输入信号从低电平上升的过程中,电路状态 转换时对应的输入电平转换时对应的输入电平V V V VT+ T+T+T+, ,与输入信号从高与输入信号从高 电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电 平平V V V VT- T-T-T-不相同,即 不相同,即V V V VT+
6、T+T+T+ V V V VT- T-T-T-。 。 2 2 2 2在电路状态转换时,通过电路内部的正反馈在电路状态转换时,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。过程使输出电压波形的边沿变得很陡。 6 University of Science and Technology of China 6.26.26.26.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器 由上述特点可知:由上述特点可知: 施密特触发器能把边沿变化缓慢的信号施密特触发器能把边沿变化缓慢的信号 整形为边沿陡峭的矩形波。整形为边沿陡峭的矩形波。 可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的可以将叠加在矩形脉冲高、
7、低电平上的 噪声有效地消除。噪声有效地消除。 7 University of Science and Technology of China 6.26.26.26.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器 6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器 1 1 1 1用两个用两个CMOSCMOSCMOSCMOS反相器反相器G G G G1 1 1 1和和G G G G2 2 2 2组成的施密组成的施密 特触发器如图特触发器如图10.2.110.2.110.2.110.2.1,图中,图中R R R R1 1 1 1R R R R2
8、 2 2 2,且设反且设反 相器的阈值电压为相器的阈值电压为V V V VTH THTHTH (1/2)(1/2)V V V VDD DDDDDD, ,V V V VDD DDDDDD为反 为反 相器的工作电源电压。相器的工作电源电压。 8 University of Science and Technology of China 6.2.16.2.16.2.16.2.1 用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特FFFFFFFF 图图图图图图图图10.2.1 10.2.1 10.2.1 10.2.1 10.2.1 10.2.1 10.2.1 10.2.1
9、 用用用用用用用用CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器 (a a a a a a a a)电路电路电路电路电路电路电路电路 (b b b b b b b b)图形符号图形符号图形符号图形符号图形符号图形符号图形符号图形符号 9 University of Science and Technology of China 6.2.16.2.16.2.16.2.1 用门电路组成的施密
10、特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特FFFFFFFF (1 1 1 1)电路结构:用两个反相器构成正反馈电路。)电路结构:用两个反相器构成正反馈电路。 (2 2 2 2)工作原理)工作原理(下面的(下面的V V V VI I I I 就是第五版中的就是第五版中的V V V VA A A A) 1 1 1 1) V V V VI I I I=0=0=0=0时,时,V V V VI I I I =0=0=0=0,V V V VO1 O1O1O1=1 =1=1=1,V V V VO O O O=0=0=0=0。 2 2 2 2)当)当V V V VI I I I从从0 0
11、0 0逐渐升高并达到逐渐升高并达到V V V VI I I I =V=V=V=VTH THTHTH时,将引 时,将引 发以下正反馈过程:发以下正反馈过程: V V V VI I I I V V V VO1 O1 O1 O1 V V V VO O O O 10 University of Science and Technology of China 6.2.16.2.16.2.16.2.1 用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特FFFFFFFF 电路状态很快转换为电路状态很快转换为V V V VO O O O=V=V=V=VOH OHOHOH V V
12、V VDD DDDDDD, ,可求出可求出V V V VI I I I 上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平 V V V VT+ T+T+T+, ,V V V VT+ T+T+T+称为正向阈值电压 称为正向阈值电压。 V V V VT+ T+T+T+= = = =( (1+ 1+ 1+ 1+ )V V V VTH TH TH TH (10.2.110.2.110.2.110.2.1) 3 3 3 3)当)当V V V VI I I I从高电平从高电平V V V VDD DDDDDD逐渐下降并达到 逐渐下降并达到V V V VI I I I =V=
13、V=V=VTH THTHTH时 时, , 又引发正反馈过程如下: 又引发正反馈过程如下: V V V VI I I I V V V V01 01 01 01 V V V V0 0 0 0 R R 2 1 11 University of Science and Technology of China 6.2.16.2.16.2.16.2.1 用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特FFFFFFFF 使电路的状态迅速转换为使电路的状态迅速转换为V V V VO O O O=V=V=V=VOL OLOLOL=0 =0=0=0,可求出可求出V V V VI I
14、 I I 下降过程中电路状态转换时对应的输入电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电平V V V VT- T-T-T- V V V VT- T-T-T-称为负向阈值电压 称为负向阈值电压。 V V V VT- T-T-T-= = = =( (1 1 1 1 )V V V VTH TH TH TH ( (10.2.210.2.210.2.210.2.2) 4 4 4 4)回差电压:回差电压: V V V VT T T T = = V V V VT+ T+T+T+ V V V VT- T-T-T-= 2 V = 2 V= 2 V= 2 VTH TH TH TH ( (10.2.310.2.310.
15、2.310.2.3) R R 2 1 R R 2 1 12 University of Science and Technology of China 图图图图10.2.2 10.2.2 10.2.2 10.2.2 10.2.2 10.2.2 10.2.2 10.2.2 图图图图10.2.110.2.110.2.110.2.110.2.110.2.110.2.110.2.1电路的电压传输特性电路的电压传输特性电路的电压传输特性电路的电压传输特性 (a a a a a a a a)同相输出同相输出同相输出同相输出 (b b b b b b b b)反相输出反相输出反相输出反相输出 5 5 5 5
16、)电压传输特性电压传输特性 13 University of Science and Technology of China 6.2.16.2.16.2.16.2.1 用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特用门电路组成的施密特FFFFFFFF 因为因为V V V VO O O O和和V V V VI I I I的高、低电平是同相的,所以把这的高、低电平是同相的,所以把这 种形式的电压传输特性叫做种形式的电压传输特性叫做同相输出的施密特触同相输出的施密特触 发特性发特性。若以图。若以图10.2.1(a)10.2.1(a)10.2.1(a)10.2.1(a)中的中的V V V
17、 V 0 0 0 0端作为输出端作为输出 端,则得到端,则得到反相输出的施密特触发特性反相输出的施密特触发特性。见图。见图 10.2.2 (b)10.2.2 (b)10.2.2 (b)10.2.2 (b)。 P P459-460459-460的例子比较简单,请同学们自学。的例子比较简单,请同学们自学。 14 University of Science and Technology of China 6.2.26.2.26.2.26.2.2 集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器 1 1 1 1TTLTTLTTLTTL集成施密特触发器集成施密特触发器741374
18、1374137413(460460460460页)页) 电路图及其图形符号见图电路图及其图形符号见图10.2.310.2.310.2.310.2.3 7413741374137413的电压传输特性见图的电压传输特性见图10.2.410.2.410.2.410.2.4 工作原理:工作原理: 1 1 1 1)当)当4 4个输入个输入A A A A、B B B B、C C C C、D D D D均从低电平升高均从低电平升高 时,只有当这时,只有当这4 4 4 4个输入均上升到个输入均上升到1.7v1.7v1.7v1.7v时,时, 输出输出Y Y Y Y才为低电平。才为低电平。 15 Universi
19、ty of Science and Technology of China 6.2.26.2.26.2.26.2.2 集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器 2 2 2 2)当)当A A A A、B B B B、C C C C、D D D D中有一个从高电平降到中有一个从高电平降到0.8v0.8v0.8v0.8v 时,输出时,输出Y Y Y Y就为高电平。就为高电平。 3 3 3 3)由于)由于V V V VO O O O随随V V V VI I I I的升高而下降,并随的升高而下降,并随V V V VI I I I的下降的下降 而上跳,故为反相输出的施密特触
20、发特性。而上跳,故为反相输出的施密特触发特性。 V V V VT+ T+T+T+ 1.7v1.7v1.7v1.7v V V V VT- T-T-T- 0.8v0.8v0.8v0.8v V V V VT T T T= = = = 1.71.71.71.70.8 = 0.9v0.8 = 0.9v0.8 = 0.9v0.8 = 0.9v 16 University of Science and Technology of China 6.2.26.2.26.2.26.2.2 集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器 图图图图图图图图10.2.3 10.2.3 10.2
21、.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 带带带带带带带带与非与非功能的功能的功能的功能的功能的功能的功能的功能的TTLTTLTTLTTLTTLTTLTTLTTL集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器 17 University of Science and Technology of China 6.2.26.2.26.2.26.2.2 集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器 图图图图图图图图10.2.4 10.2.4 10.2.4 1
22、0.2.4 10.2.4 10.2.4 10.2.4 10.2.4 集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器74137413741374137413741374137413的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性 18 University of Science and Technology of China 6.2.26.2.26.2.26.2.2 集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器集成的施密特触发器 2 2 2
23、2CMOSCMOSCMOSCMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106 CC40106CC40106CC40106 电路图见电路图见P P P P463 463463463图 图10.2.5 10.2.5 10.2.5 10.2.5 。 CC40106CC40106CC40106CC40106的电压传输特性见图的电压传输特性见图10.2.6(a)10.2.6(a)10.2.6(a)10.2.6(a), 图中给出了图中给出了3 3 3 3组传输特性:组传输特性: V V V VDD DDDDDD=15v =15v=15v=15v(大虚线)大虚线) V V V VDD DDDDDD=10
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