Generation And Shaping of Pulse Waveforms

—— 今日长缨在手，何时缚住苍龙？

脉冲波形的产生和整形

1. 概述

矩形脉冲的波形参数

• 脉冲幅度$U_m$ ：脉冲高低电平之间电压的最大变化值
• 脉冲宽度$t_w$ ：脉冲幅度 $0.5U_m$ 处，脉冲前后沿之间的时间间隔
• 脉冲周期$T$ ：在周期性重复脉冲序列两个相邻脉冲间的事件间隔
• 上升时间$t_r$ ：脉冲上升沿从$0.1U_m$ 上升到 $0.9U_m$ 所需时间
• 下降时间$t_f$ ：脉冲下降沿从$0.9U_m$ 下降到$0.1U_m$ 所需时间
• 占空比：脉冲宽度与周期之比，$D=t_w/T$

获取矩形脉冲波形（时钟）的途径

1. 用整形电路把已有的周期性变化波形整形产生
   • 整形电路：施密特触发电路、单稳态电路
2. 用振荡器电路直接产生
   • 振荡器电路：对称式、非对称式、石英晶体振荡器、环形振荡器，用施密特触发电路构成的振荡器

用门电路可以构成施密特触发电路、单稳态电路与多谐振荡器

用555定时器也可以构成施密特触发电路、单稳态电路与多稳态振荡器

2. 施密特触发器

特点

1. 双稳态
2. 电平触发
3. 电压波形很陡
4. 电压传输特性有回差 :$\Delta V_T=V_{T+}-V_{T-}$
5. 抗干扰能力强

结构和工作原理

应用

1. 波形变换——三角波、正弦波变成方波

   

2. 波形整形——消除噪声干扰

   

3. 幅度鉴别

   

3. 单稳态触发器

特点

1. 有一个稳态和一个暂稳态
2. 在外界触发信号作用下，能从稳态 $\rightarrow$ 暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态
3. 暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数

结构和工作原理

1. 微分型 —— CMOS门电路

   

2. 积分型 ——TTL门电路

   

应用

1. 声控灯：停止声音，并不会立马熄灭

   

2. 感应水龙头：一旦撤回，立马会回到稳态

   

4. 多谐振荡器

特点

• 无需外加触发信号，电源接通后，就可以产生自激振荡
• 是无稳态电路
• 也称矩形脉冲发生器，因含丰富的谐波分量，又称多谐振荡器

最简单的环形振荡器

$t_{pd}$ 不可控

实用的环形振荡器 （TTL）

用施密特触发器构成的多谐振荡器

对称式多谐振荡器 (TTL)

注意稳态的位置，都是(output/input)变化率极其大的时候

非对称多谐振荡器 (CMOS)

注意稳态的位置，都是(output/input)变化率极其大的时候

5. 555定时器

组成与特点

• 3个5 $k \varOmega $ 电阻——名字的由来
• 比较器 $C_1$ 和 $C_2$
• 基本RS触发器
• 输出缓冲器 $G_3$ 与 $G_4$
• 放电管 $T_D$ 组成

结构图的等效简化电路如下：

放电管 $T_D$ 的作用：

• 给外接电容C提供放电通路，之后可以看到
• 经过电阻借电源，$T_D$ 等效 $v_0$

口诀:

• 大大出小
• 小小出大
• 小大保持

补充说明:

电路符号：

用555组成施密特触发器

\[U_2=U_6=U_I\]

回差电压：

\[\Delta U_T=U_{T+}-U_{T-}=\frac{2}{3}V_{CC}-\frac{1}{3}V_{CC}=\frac{1}{3}V_{CC}\]

回差可调：

用555定时器接成多谐振荡器

关于充放电：

用555组成单稳态触发器