脈沖電路

1、1,ZDMC – Lec. #19,脈沖電路,May 18, 2017,劉鵬liupeng@zju.edu.cn浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院,2,ZDMC – Lec. #19,概述施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 -微分型 -積分型,3,ZDMC – Lec. #19,概述,參數(shù)脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度Tw上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比qq= Tw/T獲取矩形波形多諧振蕩器電路整形電路變換已有的周

2、期性波形,描述矩形脈沖特性的主要參數(shù),4,ZDMC – Lec. #19,一階線性電路的暫態(tài)分析,1.什么叫一階電路？,一個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能元件的電路。即經(jīng)串、并聯(lián)可化簡為RC （或RL）電路。,例：,,一價(jià)電路,,高價(jià)電路,5,ZDMC – Lec. #19,2. 一階電路的分析,前提？,階躍信號(hào),（1）三要素,電容不再充放電，ic=0.此時(shí)，電容可視為開路。電感電流不再變化，vL=0.此時(shí)，電感可視為短路。,6,ZDMC – Lec.

3、#19,施密特觸發(fā)器,特點(diǎn)輸入信號(hào)從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過程中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。將邊沿變換緩慢的信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波，將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。,7,ZDMC – Lec. #19,施密特觸發(fā)器,一.CMOS非門構(gòu)成,1 用門電路組成施密特觸發(fā)器,1 . 電路組成,2 .

4、符號(hào),,3 . 原理,條件：,假設(shè)：CMOS為理想器件，即,(1),與vi、vo均有關(guān),當(dāng),,電路輸出低電平,當(dāng),,電路輸出高電平,正向閾值電壓,負(fù)向閾值電壓,8,ZDMC – Lec. #19,,,,,,,,,,當(dāng)vI<VT-時(shí)，VO=0（OA段、DE段）,（2）當(dāng)VT- < vI < VT+時(shí)？,波形分析,當(dāng)vI>VT+時(shí)，VO= VDD（BC段）,當(dāng)vI從0變大時(shí)，,,vi略大于VT+時(shí)，有一正反饋過程,當(dāng)

5、VI 從VDD變小時(shí)，,,vi略小于VT-時(shí)，有一正反饋過程,9,ZDMC – Lec. #19,4.電壓傳輸特性 vo=f(vI),,,,,,,,,,,,,,,特點(diǎn)：滯后特性,同相施密特,反相施密特,10,ZDMC – Lec. #19,施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,一 波形變換（整形）,與電壓比較器區(qū)別？,抗干擾能力強(qiáng),用反向比較器,用反向施密特觸發(fā)器,抗干擾能力與滯后電壓大小有關(guān)。,例1：,11,ZDMC – Lec. #19,二、用于脈

6、沖鑒幅,功能：篩選出幅度大于某一閥值的脈沖。,12,ZDMC – Lec. #19,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn),觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即0和1，所以觸發(fā)器也被稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。與雙穩(wěn)態(tài)電路不同，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)要么是0，要么是1。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：在沒有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持在穩(wěn)態(tài)；受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入“暫穩(wěn)態(tài)”。假設(shè)穩(wěn)態(tài)為0，則暫穩(wěn)態(tài)為1。經(jīng)過

7、一段時(shí)間，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)停留的時(shí)間僅僅取決于電路本身的參數(shù)。積分電路是一種求和平均電路(積分 = 求和)，而微分電路是一種提取信號(hào)變化部份的電路，信號(hào)變化越快，輸出越大(微分 = 求變)。,13,ZDMC – Lec. #19,積分電路與微分電路,對(duì)于有RC構(gòu)成的積分電路來說，輸出取自電容，輸出電壓是與電容上的電壓成正比的。從電容特性知道，電容上的電壓正比于它上面的電荷，而電容上的電荷是流過電容電流

8、在時(shí)間上的積分(記住電流的概念是單位時(shí)間流過的電荷)，所以輸出電壓正比于對(duì)電容電流的積分，故稱積分電路。微分電路的輸出是在電阻上取出的(關(guān)鍵的區(qū)別!!)，根據(jù)歐姆定律，電阻上的電壓正比于流過電阻的電流，而流過電阻的電流也就是流過電容的電流。從上面討論知道，流過電容的電流正比于電容上電壓的微分，所以，輸出電壓正比于電容電壓的微分，故稱微分電路。,14,ZDMC – Lec. #19,微分電路,微分電路：  

9、0; 電路結(jié)構(gòu)如圖W-1，微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對(duì)恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)（即電路的時(shí)間常數(shù)），R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了，一般R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。,15,ZDMC – Lec. #

10、19,積分電路,電路結(jié)構(gòu)如圖J-1，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的充放電原理，這里就不詳細(xì)說了，這里要提的是電路的時(shí)間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。,16,ZDMC – Lec. #19,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,概念,,,,,外力,,穩(wěn)定,不穩(wěn)定,,1.電路有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)狀態(tài)。,2.在觸發(fā)脈沖（外力）作用下，電路可進(jìn)入

11、暫穩(wěn)態(tài)，并在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。,3. 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一時(shí)間與電路參數(shù)有關(guān)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。,示意框圖,注意：觸發(fā)脈沖也可負(fù)脈沖；電路也可以輸出負(fù)脈沖。,17,ZDMC – Lec. #19,用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,1.電路組成（CMOS門和RC微分電路）,一般：R>>1k,分析時(shí)可怱略ROH、ROL的影響,對(duì)于CMOS門，可作以下近似：,輸入微分作用：使觸發(fā)信號(hào)對(duì)暫

12、穩(wěn)持續(xù)時(shí)間不影響,2.原理：,（1）求穩(wěn)態(tài)： 電路不再充放電，電路可視為開路。,,,,為下一階段服務(wù),18,ZDMC – Lec. #19,O,,,,,(2)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)：加入觸發(fā)脈沖,,,,準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)等效電路,,充電,,,,VTH,,,,,,啟動(dòng)正反饋過程，電路進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),當(dāng) VI2上升至略VTH時(shí)，啟動(dòng)正反饋過程，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)結(jié)束,19,ZDMC – Lec. #19,準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)等效電路,求準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間tw ？,,tw,,20,ZDMC –