脉冲波形的产生与整形精品PPT课件

一般来说，获得脉冲波形主要有两种途径：
一种是利用脉冲信号发生器直接产生符合要求的 矩形脉冲； 另一种就是利用整形电路对已有信号进行变换， 最终得到符合要求的矩形脉冲。
整形电路并不能自行产生脉冲信号，只能把其它 形状的信号，如正弦波、三角波和一些不规则的 波形变换成矩形脉冲。
6.2 单稳态触发器
6.2.1 门电路构成的单稳态触发器 6.2.2 集成单稳态触发器
第6章 脉冲波形的产生与整形
6.1 脉冲电路概述 6.2 单稳态触发器 6.3 施密特触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器
6.1 脉冲电路概述
脉冲信号 ：一般指那些瞬间突然变化，作用时间极短 的电压或电流 。
（a）方波
（b）矩形波
（c）尖峰波
（d）锯齿波
数字电路中，一般指具有一定宽度和幅值且边沿陡峭的 矩形脉冲（包括方波和矩形波）。
td tw tre
6.2.2 集成单稳态触发器
1．集成单稳态触发器的两种触发方式
不可重复触发单稳态触发器 --暂稳态期间，即使再次受到触发脉冲的作用，也 不会影响电路既定的暂稳态过程，输出的脉冲宽 度仅由R、C参数确定；
可重复触发单稳态触发器
--进入暂稳态时，若再加入触发脉冲，单稳态触发 器将会被重新触发，暂稳态将以最后一个脉冲触发 沿为起点，再延长一个脉冲宽度，即tw时间后，电 路才会回到稳态.
单稳态触发器--只有一个稳定状态的触发器。
特点：在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态； 在触发脉冲到来时，电路由稳定状态翻转为暂 稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回 稳定状态。
暂稳定状态维持的时间长短，取决于电路的 参数（RC），与触发脉冲无关。
6.2.1 门电路构成的单稳态触发器
1．工作原理
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
u O1
uI2
uO
此时即使触发信号uI撤除（即uI变为低电平），uO仍维 持高电平。 但电路的这种状态不能长久保持，所以叫做暂稳态。
暂稳态时 uO1 0 uO U DD
（3）电路自动从暂稳态回复至稳态。
暂稳态期间，uO1 0，电源UDD经电阻R和G1门导通
电路对电容C充电，uI2按指数规律上升，当uI2上升到 UTH时，电路又产生正反馈：
同时输出返回到 uO 0 的状态。
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
u O1
uI2
uO
此后电容C通过电阻R和G2门的导通电路放电， 最终使电容C上的电压恢复到稳定状态时的初始 值，电路从暂稳态回复到稳态。
2．电路波形 uI
0 uO1
uI02 UDD UTH
0
uO
tw
tw
0
t1 t2
t
t UDD+ΔU
TTL集成器件74121属于不可 重复触发的单稳态触发器， 在微分型单稳态触发器的基 础上附加输入触发信号控制 电路和输出缓冲电路形成。
两种单稳态触发器的工作波形。
uI
uI
O
tO
uO
uO
O t1 tw
tw
t
O
tw
t
tw
t
（a） 可重触发单稳态触发器工作波形 （b） 不可重触发单稳态触发器工作波形
2．集成单稳态触发器74121
Q1
NC 2
A1 3
A2 4
B5 Q6 GND 7
74121
14 UCC 13 NC 12 NC 11 Rext / Cext 10 Cext 9 Rint 8 NC
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
uO1
uI2
uO
（1）无触发信号，电路处于稳态。
+UDD
，
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
u O1
uI2
uO
即uI为低电平时，电路处于稳定状态。 此时uI2为高电平，反相器G2的输出uO为低电平 。
则或非门G1的两个输入均为低电平，所以其输出uO1 为高电平 （ uO1 U DD ）。 即电容器C两端的电压接近为0V（uO1，uI2均为高电 平），电路稳定。
RC ln 2
tw 0.7RC
（2）恢复时间tre。 在暂稳态结束后，电路还需要一段恢复时间，以便将 电容在暂稳态期间所充的电荷释放掉，使电路恢复到 初始的稳定状态。
tre (3 5)
（3）分辨时间td。 显然，要保证电路正常工作，两个相邻的输入触发 脉冲之间必须有一定的时间间隔，那么所允许的最 小时间间隔即为分辨时间td。
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
u O1
uI2
uO
uI2↑→uO↓→uO1↑
若此时触发脉冲已消失，即uI为低电平，则上述正反馈 使G1门迅速截止，G2门迅速导通，uO1跳变到高电平，由 于电容C两端电压不能突变，所以uI2也将跟随uO1上跳。 一般由于保护二极管的钳位作用，uI2上跳至 UDD+ΔU≈UDD
t
t
由波形图可知，若uI的正脉宽大于暂态脉宽tw，在电 路由暂态返回到稳态时，由于门G1被uI封锁住了， 会使输出uO的下降沿变缓，波形质量下降。 此时可以在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，
+UDD
uI
C1 uI1
G1 ≥1
R C
G2 1
R1
uO1
uI2
uO
另外要注意，对于不同逻辑门组成的单稳态触发器， 电路的触发信号和输出脉冲是不一样的。
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1 C
1
uO1
uI2
uO
用门电路和RC元件来构成的单稳态触发器。
其中RC电路为微分形式，我们把它叫做CMOS或 非门微分型单稳态电路。
为便于讨论，在本章我们把CMOS门电路的电压
传输特性理想化：
设定CMOS反相器的阈值电压UTH≈
U DD 2
电路中CMOS门的UOH≈UDD、UOL≈0V。
3．电路主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tw。 由波形图知，输出脉冲宽度tw为电容C充电过程。 即uI2从0V上升到UTH所需的时间。
tw
RC ln
uc () uc (0) uc () UTH
将 uc ()
U DD ，UTH
U DD 2
，uc (0) 0 代入上式可得：
tw
RC ln U DD 0 U DD U TH
稳定状态下有： uO1 U DD uO 0
+UDD
G1
R
G2
uI
≥1
C
1
u O1
uI2
uO
பைடு நூலகம்
（2）触发信号到来，电路进入暂稳态。
当输入触发脉冲uI上升到G1门的阈值电压UTH，电路中 将产生如下正反馈过程： uI↑→ uO1↓→ uI2↓→ uO↑ 则门G1迅速导通，uO1很快 从高电平跳变为低电平 ，而由于电容C两端的电压不能 突变，所以uI2也同时跳变为低电平，门G2截止，输出 uO跳变为高电平。