脉冲波形的产生与变换.ppt

第6章脉冲波形的产生与变换脉冲波形是数字电路或系统中最常用的信号。脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种是对已有的信号进行变换，使之成为能够满足电路或系统要求的标准的脉冲信号。6.1多谐振荡器6.1.1门电路组成的多谐振荡器
1.电路组成及工作原理
由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。
①电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。常用的开关器件有门电路、电压比较器、BJT等。
②具有合适的反馈网络，将输出电压反馈到开关器件的输入端使之改变输出状态。③有延时环节，以获得所需要的振荡频率。一般情况下，反馈网络兼有延时作用，由阻容元件构成，利用RC电路的充、放电特性实现延时。
由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，图6.1是一种由CMOS门电路组成的多谐振荡器。图6.1所示电路的原理图和波形图图6.2CMOS门电路组成的多谐振荡器的原理图和波形图（1）第一暂稳态及电路自动翻转的过程

（2）第二暂稳态及电路自动翻转的过程2.振荡周期的计算
（1）T1的计算
（2）T2的计算6.1.2石英晶体多谐振荡器
为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器，石英晶体的电路符号和阻抗频率特性如图6.3所示。图6.3石英晶体的电路符号及阻抗频率特性由阻抗频率特性曲线可知，石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率fS，且等效品质因数Q值很高。当频率等于fS时，石英晶体的电抗为0，而当频率偏离fS时，石英晶体的电抗急剧增大，因此，在串联谐振电路中，只有频率为fS的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。
fP是石英晶体的并联谐振频率。石英晶体的串联谐振频率fS和并联谐振频率fP仅仅取决于石英晶体的几何尺寸，通过加工成不同尺寸的晶片，即可得到不同频率的石英晶体，并且串联谐振频率fS和并联谐振频率fP的值非常接近。
用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。为了改善输出波形和提高负载能力，一般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器，如图6.4和图6.5所示。图6.4串联型石英晶体振荡器图6.5并联型石英晶体振荡器6.1.3多谐振荡器的应用
多谐振荡器可以产生一定频率、一定幅值的矩形波或者方波，广泛应用于音响、报警电路或系统的时钟、计时等方面，图6.6所示是一种秒信号产生电路。图6.6秒信号产生电路6.2单稳态触发器③暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间取决于电路中RC的参数。6.2.1门电路组成的单稳态触发器
1.微分型单稳态触发器
（1）电路组成及工作原理
微分型单稳态触发器可由与非门或者或非门电路构成，图6.7（a）、（b）分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。图6.7微分型单稳态触发器①没有触发信号时，电路处于稳态
②外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态
③电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态
电路各点工作波形如图6.8所示。图6.8微分型单稳态触发器各点工作波形（2）主要参数计算
①输出脉冲宽度tW
②恢复时间tre
③最高工作频率fmax2.积分型单稳态触发器
图6.10是由或非门构成的单稳态触发器及其各点的工作波形图。图6.10积分型单稳态触发器6.2.2集成单稳态触发器

集成单稳态触发器分为可重复触发和不可重复触发两种形式。
两种单稳态触发器的工作波形分别如图6.11（a）、（b）所示。图6.11两种单稳态触发器的工作波形1.不可重复触发的集成单稳态触发器
74121是一种TTL的不可重复触发集成单稳态触发器，其引脚图如图6.12所示。图6.1274121的引脚图（1）触发方式
74121集成单稳态触发器有3个触发输入端，在下列情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态：
①在A1、A2两个输入中有一个或两个为低电平的情况下，B发生由0到1的正跳变；
②在B为高电平的情况下，A1、A2中有一个为高电平而另一个发生由1到0的负跳变，或者A1、A2同时发生负跳变。（2）定时
74121的定时时间取决于定时电阻和定时电容的数值。定时电容Cext连接在引脚Cext（10脚）和Rext/Cext（11脚）之间。如果使用有极性的电解电容，电容的正极应接在Cext引脚（10脚）。对于定时电阻，有两种选择：
①采用内部定时电阻Rint（Rint=2kΩ），此时只需将Rint引脚（9脚）接至电源VCC；②采用外部定时电阻（阻值应在1.4kΩ～40kΩ之间），此时Rint引脚（9脚）应悬空，外部定时电阻接在引脚Rext/Cext（11脚）和VCC之间。
74121的输出脉冲宽度为
tW≈0.7RC
通常R的取值在2kΩ～30kΩ之间，C的取值在10pF～10μF之间，得到的tW在20ns