脈沖電路

1、1,ZDMC – Lec. #19,脈沖電路,May 18, 2017,劉鵬liupeng@zju.edu.cn浙江大學信息與電子工程學院,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上升時間tr下降時間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？,一個獨立的儲能元件的電路。即經(jīng)串、并聯(lián)可化簡為RC （或RL）電路。,例：,,一價電路,,高價電路,5,ZDMC – Lec. #19,2. 一階電路的分析,前提？,階躍信號,（1）三要素,電容不再充放電，ic=0.此時，電容可視為開路。電感電流不再變化，vL=0.此時，電感可視為短路。,6,ZDMC – Lec.

3、#19,施密特觸發(fā)器,特點輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉換時對應的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應的輸入轉換電平不同。在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內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非門構成,1 用門電路組成施密特觸發(fā)器,1 . 電路組成,2 .

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

5、VI 從VDD變小時，,,vi略小于VT-時，有一正反饋過程,9,ZDMC – Lec. #19,4.電壓傳輸特性 vo=f(vI),,,,,,,,,,,,,,,特點：滯后特性,同相施密特,反相施密特,10,ZDMC – Lec. #19,施密特觸發(fā)器的應用,一 波形變換（整形）,與電壓比較器區(qū)別？,抗干擾能力強,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。,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,觸發(fā)器有兩個穩(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)器只有一個穩(wěn)定的狀態(tài)。這個穩(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，進入“暫穩(wěn)態(tài)”。假設穩(wěn)態(tài)為0，則暫穩(wěn)態(tài)為1。經(jīng)過

7、一段時間，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變化部份的電路，信號變化越快，輸出越大(微分 = 求變)。,13,ZDMC – Lec. #19,積分電路與微分電路,對于有RC構成的積分電路來說，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、在時間上的積分(記住電流的概念是單位時間流過的電荷)，所以輸出電壓正比于對電容電流的積分，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; 電路結構如圖W-1，微分電路可把矩形波轉換為尖脈沖波，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（即電路的時間常數(shù)），R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠遠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,電路結構如圖J-1，積分電路可將矩形脈沖波轉換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的充放電原理，這里就不詳細說了，這里要提的是電路的時間常數(shù)R*C，構成積分電路的條件是電路的時間常數(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)兩個狀態(tài)。,2.在觸發(fā)脈沖（外力）作用下，電路可進入

11、暫穩(wěn)態(tài)，并在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時間后，自動返回穩(wěn)態(tài)。,3. 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一時間與電路參數(shù)有關，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。,示意框圖,注意：觸發(fā)脈沖也可負脈沖；電路也可以輸出負脈沖。,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,分析時可怱略ROH、ROL的影響,對于CMOS門，可作以下近似：,輸入微分作用：使觸發(fā)信號對暫

12、穩(wěn)持續(xù)時間不影響,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,18,ZDMC – Lec. #19,O,,,,,(2)準穩(wěn)態(tài)：加入觸發(fā)脈沖,,,,準穩(wěn)態(tài)等效電路,,充電,,,,VTH,,,,,,啟動正反饋過程，電路進入準穩(wěn)態(tài),當 VI2上升至略VTH時，啟動正反饋過程，準穩(wěn)態(tài)結束,19,ZDMC – Lec. #19,準穩(wěn)態(tài)等效電路,求準穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tw ？,,tw,,20,ZDMC –