脉冲波形的整形

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单元6脉冲波形的产生与整形

单元6脉冲波形的产生与整形
定义
使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域,如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位,使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域,如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据,如脉码调制(PCM)和脉冲编码调制(PCM)。 脉冲波形用于检测各种物理量,如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态,如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度,使其满足特定要求的过程。
使用电子器件(如比较器、运放等)或数字信号处理技术(如窗口函数)进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域,如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度,使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号,通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生,用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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一节几种常用脉冲波形产生和整形电路

一节几种常用脉冲波形产生和整形电路
三角波产生电路的特点是频率和占空比连续可调,调节范围较广。但它的输出波形受到运算放大器性能的影响,且需要一定 的调整时间。
锯齿波产生电路
锯齿波产生电路通常由一个运算放大器和两个电容组成。输入信号通过一个电容加到运算放大器的反 相输入端,输出信号通过另一个电容反馈到运算放大器的同相输入端。通过调整电容的充放电时间, 可以获得不同频率和幅度的锯齿波。
多谐振荡器
总结词
多谐振荡器是一种能够产生方波或近似方波的脉冲整 形电路,其输出频率和占空比可以通过电路参数进行 调整。
详细描述
多谐振荡器由两个反相器串联而成,每个反相器都有 一个电容和电阻并联。当输入信号为高电平时,多谐 振荡器的输出信号为低电平;当输入信号为低电平时 ,多谐振荡器的输出信号为高电平。由于电容的作用 ,多谐振荡器的输出信号频率和占空比可以通过调整 电阻和电容的值来改变。多谐振荡器在数字电路、通 信系统和控制系统中有着广泛的应用。
脉冲幅度解调(PAD)
定义
脉冲幅度解调是将脉冲幅度调制信号还原为原始模拟信号 的过程。通过检测脉冲的幅度并将其转换为相应的模拟信 号值。
工作原理
在PAD中,输入的PAM信号被检测并转换为相应的模拟信 号。通过比较每个脉冲的幅度与预设阈值,可以还原出原 始的模拟信号波形。
应用
PAD广泛应用于数字通信、雷达、测距等领域的接收端, 用于将传输的PAM信号还原为原始的模拟信号。
应用
PFM电路广泛应用于通信、测量和控制等领域。例如,在无线电广播中,PFM用于将音频信号传输到听 众的收音机中。
脉冲频率解调(DFM)
01
定义
脉冲频率解调是一种将已调制的脉冲信号还原为原始信号的过程。在
DFM中,通过测量脉冲信号的频率来恢复原始信号。

脉冲波形的产生和整形

脉冲波形的产生和整形

UI
C1 R1
C2 R2
UO1
t
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
74121
(1)
UO
A2
UI A1
UO
B
74121
(2)
UO
UO2
A2 A1
UO
UO1 UO2
TW1
t t
TW2
触发后,电路延时TW1 时间再输出。
t
TW1 = 0.69 R1C1
TW2 = 0.69 R2C2
§ 6-4 多谐振荡器
特点:不需要外加触发信号,电路自激振荡,没有稳态。
RF1
RF2
这就解决了多谐振荡器的稳频问题。
3、参数选择
各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品,
可根据所购晶体的fo选择电路的外接RF 和C,
fo一般都很高,应利用分频器将fo分频为所需频率。
例如,需要频率为1HZ的秒脉冲,
可选购 fo=32768HZ的晶振,通过15次二分频获得1HZ。
§ 6-5 555定时器及其应用
74121的电路符号:
10 11
9
Cext Rext Rint
3B
4 A2 5 A1
Cext 74121
GND
7
14
Vcc Uo 6
Uo 1
74121的功能表 P.325.
电平 触发
脉冲 触发
集成单稳态触发器74121的功能表
输入
A1
A2
B
0
X
1
X
0
1
X
X
0
1
1
X
1
1
1
1
1
0

07脉冲波形的产生和整形

07脉冲波形的产生和整形

VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
当VI 1时,VO 1。
当VI 至VA VTH时,进入传输特性的放大区,故
VA VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOL
VA
VTH
VDD
(VDD
VT )
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
7.2.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
T2
RC ln VDD VDD
VT VT
RC ln VT VT
调节R和C的大小,可以改变振荡周期
输出脉冲占空比可调
同样,若触摸金属片A时,人体感应电信号经R4、 R5加至T1基极,也能使T1导通,触发555,达到上述 效果。
练习:救护车报警音响电路
VCC (+12V)
R1 10kΩ
VCC RD
8
4
7
R2
150kΩ
555 3
vI1 6 ( A )
vC
vI2 2
R3
C1 10μF
15 0.01μF
R4
R5 10kΩ
环节,加大t
pd

2
第二步:为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
通过调整R、C 改(f R不能太大) RC常数远大于Tpd , 因此周期主要计算 RC环节
7.4.5 石英晶体多谐振荡器
1922年美国 卡第提出用石英 压电效应调制电磁振荡的频率。

脉冲波形的产生与整形详解

脉冲波形的产生与整形详解

④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖 峰电流小,仅为2~3mA;而双极型555的尖峰电 流高达300~400mA。 ⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高 出几个数量级,高达1010Ω。 ⑥CMOS型555的驱动能力差,输出电流仅 为1~3mA,而双极型的输出驱动电流可达200mA.
一般说来,在要求定时长、功耗小、负载轻的场 合宜选用CMOS型555;而在负载重、要求驱动电流 大、电压高的场合,宜选用双极型的555。
二、用门电路组成的施密特触发器
将两级反相器串接起来,同时通过分压电阻把输出端的 电压反馈到输入端,就构成了施密特触发器电路。 CMOS门,阈值电压
1 VTH VDD,且R1 R2 2
R2
vI
R1
1
v O1
1 G2
vO
' vO
v 'I
G1
6.3.3 用CMOS反相器构成的施密特触发器
6.3.4 图6.3.3电路的电压传输特性 (a)同相输出 (b)反相输出
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点: (1)电路在无外加触发信号作用期间,处于稳态; (2)在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳 态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动返回 稳态; (3)暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 (阈值电压及外接R、C),与触发脉冲的宽度和 幅度无关。
§6.3
施密特触发器
Schmitt Trigger
施密特触发器(电路)是一种特殊的双稳态时序 电路,与一般双稳态电路比较,它具有两个明显的特点: 1.施密特触发器是一种优良的波形整形电路, 只要输入信号电平达到触发电平,输出信号就会从一 个稳态转变到另一个稳态,且通过电路内部的正反馈 过程可使输出电压的波形变得很陡。 2.对正向和负向增长的输入信号,电路有不同 的阈值电平,这是施密特触发器的滞后特性或回差特 性,提高了干扰能力,可有效滤除噪声。

数电第十篇-脉冲波形的产生与整形

数电第十篇-脉冲波形的产生与整形
02
03
锯齿波的线性整形
通过调整锯齿波的斜率, 使其线性化,从而改善脉 冲的形状。
锯齿波的幅度整形
通过改变锯齿波的幅度, 可以调整脉冲的宽度和高 度,实现脉冲的整形。
锯齿波的对称整形
通过调整锯齿波的上升沿 和下降沿,使其对称,从 而改善脉冲的形状。
三角波的整形
01
三角波的对称整形
时间测量
01
利用脉冲波形产生与整形技术,测量系统可以精确测量时间间
隔、速度和加速度等参数。
频率和周期测量
02
通过脉冲波形产生与整形技术,测量系统能够实现高精度的频
率和周期测量。
距离和位移测量
03
利用脉冲波形产生与整形技术,测量系统能够实现非接触式距
离和位移测量。
在控制系统中的应用
伺服电机控制
脉冲波形产生与整形技术 用于控制伺服电机的运动, 实现精确的位置和速度控 制。
三角波的产生
一种常见的脉冲波形,其形状类似于三角形,具有对 称性。
输入 标题
差分电路
利用差分电路可以产生三角波。差分电路将输入的矩 形脉冲进行差分运算,形成三角波。
三角波
波形发生器
通过模拟电路(如运算放大器等)也可以产生三角波。 模拟电路将输入信号进行线性放大或缩小,形成三角
波波形。
模拟电路
波形发生器(如函数发生器)也可以产生三角波。波 形发生器内部通常包含差分电路,将输入信号进行差 分运算,形成三角波波形。
02
脉冲波形的整形
矩形脉冲的整形
矩形脉冲的对称整形
通过调整矩形脉冲的上升沿和下降沿, 使其对称,从而改善脉冲的形状。
矩形脉冲的幅度整形
矩形脉冲的延迟整形
通过引入适当的延迟,可以调整矩形 脉冲的起始时间和持续时间,实现脉 冲的整形。

第6章 脉冲波形的产生与整形

第6章 脉冲波形的产生与整形

f
石英晶体电抗频率特性:外加 电压频率为 f 时阻抗最小,所以频 率为 f 的电压信号最容易通过,而 频率不是 f 的电压信号被衰减。 典型的石英晶体振荡器电路如 图 6-14 所示,即在图 6-8 对称式多 谐振荡器的基础上,将石英晶体连 接到振荡器的正反馈回路中。根据 石英晶体的阻抗频率特性,当 v 的 输出脉冲频率 f f 时,反馈最强, 电路才起振。最终使得输出脉冲频 率稳定在 f 上,从而解决了多谐振 荡器的稳频问题。
Contents
6.1 单稳态触发器 6.2 多谐振荡器 6.3施密特触发器 6.4 定时器电路
本章的学习应掌握以下几点:
1.理解单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触 发器的工作原理; 2.熟悉常用的集成单稳态触发器; 3.掌握典型的555定时器电路。
6.1 单稳态触发器
一、单稳态触发器 单稳态触发器是只有一个稳态的电路。 主要特点: 1、在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂 稳态维持一段时间后,再自动返回稳态。
1 , vc () 0 。假设 VTH VDD ,根据式(6-1-1) 2 T T1 T2
RC ln RC ln VE VIK 0 VE RC ln VE VTH 0 VTH VDD V RC ln DD VDD VTH VTH
V 2 DD RC ln (VDD VTH )VTH RC ln 4
当 vI 0 时,通过 G1 、 G2 2 个非门使得 vo 为低电平,即 vo 0 。此 时 vI 1 0 。当 vI 从 0 逐渐升高到使得 vI 1 VTH 时,电路发生正反馈:
vI 1 vo1 vo
R2
VT
R1
0
1 v 1 vI vO 从而使电路输出 vo 迅速转换为高电平,即 vo VDD 。 vI 上升过程 vI 1 O1 VTH 中,引起输出电压产生跳变所对应的输入电压值称为正向阈值电 G1 G2 压,用 VT 表示,根据图 6-15,容易推出:

脉冲波形产生及整形

脉冲波形产生及整形

• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.2 施密特触发器
主要用途:把边沿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。 ⑵电压传输特性特殊,电路有两个阈值电压(正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT-)。 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。
图 脉冲定时
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.4 多谐振荡器 1.多谐振荡器没有稳定状态,只有两个暂稳态 2.通过电容的充电和放电,使两个暂稳态相互交替,从而产生自激振荡,无需外触发。 3.输出周期性的矩形脉冲信号,由于含有丰富的谐波分量,故称作多谐振荡器。
在对称式多谐振荡器的基础上,串接一块石英晶体,就可以构成一个石英晶体振荡器电路。 该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲,其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。
图 石英晶体振荡器电路
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
施密特触发器的应用 一. 用于波形变换
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)。
二. 用于脉冲整形
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。
波形畸变
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uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
下面将结合它的工作波形说明其工作 原理:
(6-7)
假设:开始时uo=0
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
uo2
电容上的电流,
0
uA下降
uA
UT
uA<UT时,uo不反转。 0
t t t t
(6-8)
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
0 0
1 0
1
0
0
1
1
1
Q 说明 1
1 稳态
1
触发
(6-25)
74LS123 包括两个独立的单稳, 各管脚以字头 1、2相区别。单稳输 出脉冲的宽度,主要由外接的定时 电阻( RT )和定时电容( CT )决定。 单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入 相与的结果,具体参见它 的功能表。
(6-12)
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
0
uo1
C
0
电流方向
uo2
由于uo1上跳,电容 电压不能突变,所以 uA上跳,然后uA开始 下降
0
uA
UT 0U
t t t t
(6-13)
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
0
uo1
0
uo2
输出信号的周 期近似为:
T = 2.2 RC
0
0 导通
uo
3
(6-39)
6.5.2 555定时器的应用 (1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。
VCC S2
R TH R
TR
S1
48
6
uo 微电机
555 3
M
2
15 C
S1 : 起动按钮
S2 : 停车按钮
(6-40)
VCC S2
R TH R TR
S1
48
6
555
3
uo 微电机
M
2 15
(6-23)
74LS123管脚图
/ VCC 1RT CT 1CT 1Q 2Q 2CLR 2B 2A
16 15 14 13 12 11 10 9
CLR
Q
Q
Q
Q
CLR
123456 7 8
1A 1B 1CLR 1Q 2Q 2CT 2RT /CTGND
(6-24)
74LS123功能表

CLR A
B
Q
0 0
(6-33)
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+
-
5
R
A1
RQ
TR
2
+ -
SQ
A2
R
D
7
T
1
3 uo
(6-34)
8 VCC
4 RD
TH 6 R
CO 5 TR 2
D7
R +- A1 R Q R +- A2 S Q
uo
3
1
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
VCC D TH CO
1 大于2VCC /3 大于VCC /3 0 导通
1 小于 2VCC /3 小于 VCC /3 1 截止
1 小于 2VCC /3 大于 VCC /3 保持 保持
0
0 导通
如果仅按下按钮 S2 , TH > 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR > VCC / 3 , 这时
uo = 0 , 电机停止运行。
CLR
Q
tW
(6-27)
3. 通过在 A 端或 B 端加再触发脉冲, 可使输出脉冲的宽度加宽:
B
Q
tW tW
由于这种单稳可以通过加再触发 脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,它 被称为可再触发式单稳。
(6-28)
6.4.3 单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样,如:整形、延
时控制、定时顺序控制等等。
它的突出特点是: 输出端只有一个稳定 状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信 号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间? (6-18)
6.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理
必须改进电路!
0
t1 t3
t
t
t2
t
t
(6-21)
ui
uo1 R
1
2
A
uo2
(a) C
,
ui
&
3
uo1 R
1
ui
2
A
uo2
4
uo4
( b) C
具体的道理请参见有关教材。
(6-22)
6.4.2 集成单稳组件介绍 集成化的单稳组件的
类型很多,以下以74LS123 为例,作为介绍对象。
它的管脚图和功能表 分别列写在后:
例如“ 延时控制 ” 利用单稳可以取得延
时作用,延长的时间可以通 过 R、C调节。请看下例:
(6-29)
时钟
ABCD
CP QA QB QC QD
74 LS194 (1)
CLR R
S0 S1
+ 5V
移位输入
R2 C2
DW2
Q2
A
EFG H
CP QA QB QC QD
74 LS194 (2)
CLR R
S0 S1
R1 C1
Q1
B
DW1
A
(6-30)
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G
H t0
Q1 Q2
t1 t2 t3
(6-31)
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G
H t0
Q1 Q2
移位寄存 器串行输
入为1
H灯上升 沿触发Q1
Q1的下降 沿触发Q2
循环重 新开始
t1
t2
一是不容易起振; 二是电路振荡频率的稳 定 性较差,容易受温度、元 件性能、电源波动等因素 的影响。
uo1
C2
uo2
C1
为便于起振,将两个 电 阻改接成如图( b)示, 只要适当选择它们的大
R1
1
2
R2
小,使两个与非门的静 态工作点均处于放大区,
( b)
起振便比较容易.
(6-16)
C2
uo1
1
uR1
(6-26)
74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法: 1. 基本脉冲宽度由外接电阻( RT )、电容
( CT )决定,当CT > 1000PF 时,脉宽 tW 应为: tW = 0.45 RT CT
单位 RT:k,CT:pF,tW:nS
2. 在清零端( CLR )加清 0 负脉冲,可提前 终止输出脉冲,如下图所示:
876 5
555
12 3 4
GND TR Uo RD
地 触输复 发出位
(6-35)
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
A2
SQ
R
D
7
T
1
三个电阻 构成的分压器 给 两个比较器 3 uo 提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 / VCC 3 。
首先讨论上图中加彩色部分的 电路的工作原理。
第六章 脉冲波形的产生和整形
§6.1 概述 §6.2 单脉冲的产生 §6.3 连续矩形脉冲波的产生 §6.4 单稳态触发器 §6.5 555定时器的原理和应用
(6-1)
§6.1 概述
数字电路区别于模拟电路的 主要特点之 一是:它的工作信 号是离散时间的脉冲信号。最 常用的脉冲信号是方波(矩形 波)。如何产生方波以及对不理 想的方波如何整形,是本章讨 论的重点。
移位寄存 器清零
t3
(6-32)
§6.5 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路 集成于 一体的电子器件。它使用方便, 带负载能力较强, 目前得到了非常广泛 的应用。
15.5.1 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部
分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发 器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
R A2
SQ
D7
T
1
附录:
RS 触发器功能表
RS Q Q
3 uo 1 0 0
1
01 1 0
0 0 保持 保持 1 1 禁止 禁止
R S Q 晶体管T uo
1 0 1 导通 0 0 1 0 截止 1 0 0 保持 保持 保持
(6-38)
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
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