脉冲波形产生与变换

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1、第七章 脉冲波形的产生与变换 第七章第七章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 7.1 概述概述7.2 555定时电路定时电路 7.3 单稳态电路单稳态电路 7.4 多谐振荡器多谐振荡器 7.5 施密特电路施密特电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.1 概概 述述 CSRuO(a)RC TSCSRuO(b)RC TSRC TS图 7 1 RC暂态电路波形 第七章 脉冲波形的产生与变换 惰性电路产生的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要素法来描述，获得电压或电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重要依据。三要素即起始值X(0+)、趋向值X()和时间常数，若三要素已知，则得方程)()(

2、)0()(1)()0()()(tXXXnteXXXtXt或 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.2 555定时电路定时电路 7.2.1 基本组成基本组成 UDDR8ATHCO65UARBUBTR2RD7USS1V1R4Q1Q111OUT3(a)USS18UDD234567OUTDTHCORTR(b)1图 7 2 CC7555集成定时电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 1.分压器分压器 分压器由3个5k电阻R组成，它为两个电压比较器提供基准电平。当5脚悬空时，电压比较器A的基准电平为 ，比较器B的基准电平为 。改变5脚的接法可改变比较器A、B的基准电平，如5脚通过电阻10k接地，则基准电平分别为

3、和 。5脚也可另接小于等于UDD的电源，如采用 和 ，则5脚通过一个电容0.010.1F电容接地，以防干扰信号影响5脚电压值。DDU32DDU31DDU21DDU41DDU32DDU31第七章 脉冲波形的产生与变换 2.比较器比较器 比较器A、B是两个结构完全相同的高精度电压比较器。A的输入端为引脚6高触发端，当 时，A端输出为高电平，即逻辑“1”；当 时，A输出为低电平，即逻辑“0”。B的输入端为引脚2低触发端，当 时，B输出为低电平，即逻辑“0”；当 时，B输出为高电平，即逻辑“1”。A、B的输出直接控制基本RS触发器的动作。DDUU326DDUU326DDUU312DDUU312第七章

4、脉冲波形的产生与变换 RS触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制，根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。3.基本基本RS触发器触发器第七章 脉冲波形的产生与变换 4.开关放电管和输出缓冲级开关放电管和输出缓冲级 放电管V是N沟道增强型的MOS管，其控制栅为0电平时截止，为1电平时导通。两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计考虑了有较大的电流驱动能力，一般可驱动两个TTL门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响的作用。第七章 脉冲波形的产生与变换 7.2.2 工作原理及特点工作原理及特点 表表 7 1 555定时器功能表定时器功能表 第七章 脉冲波形的产生

5、与变换 CC7555定时器电路具有静态电流较小(80A左右)，输入阻抗极高(输入电流仅为0.1A左右)，电源电压范围较宽(在318 V内均正常工作)等特点。其最大功耗为300mW。和所有CMOS集成电路一样，在使用时，输入电压uI应确保在安全范围之内，即满足下式条件：USS-0.5VuIUDD+0.5V 555定时电路除了CMOS型之外，还有TTL型，如5G555(NE555)。它的工作原理与CC7555没有本质区别，但其驱动电流可达 200 mA。第七章 脉冲波形的产生与变换 7.3 单单 稳稳 态态 电电 路路 7.3.1 电路组成电路组成 RAUABUBV1Q1Q111uO(a)0.01

6、 FCuIUDDuIUDD13UDD13UDD23uCUDDTWuO(b)1图 7-3CC7555构成的单稳态电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.3.2 工作原理工作原理 静止期：触发信号uI处于高电平，电路处于稳态，根据555工作原理知道uO为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压uC=0。工作期：外界触发信号uI加进来，要求为负脉冲且低电平应小于 ，比较器输出UB为高电平，UA为低电平，使uO为高电平，且放电管截止，电源UDD通过定时电阻R对定时电容充电，这是一个暂态问题，只要写出三要素即可。三要素如下：DDU31第七章 脉冲波形的产生与变换 RCUuuDDCC)(0)0(由于比较器

7、A、B的存在，uC不可能充至UDD。当uC充至大于 ，但小于 时，UA=UB均为低电平，RS触发器处于保持态，即Q=1,，电路仍处于uO=高电平，放电管仍处于截止，电容继续充电。当时，UA=1，UB=0，则Q=0，Q=1，uO=0，放电管导通，电容通过放电管很快放电，进入恢复期。由于外界触发脉冲加进来，电路uO由低电平变为高电平到再次变为低电平这段时间就是暂稳态时间，其暂稳态时间TW计算如下：DDU31DDU32DDCUu320Q第七章 脉冲波形的产生与变换 RCnRCUUUnRCTuuuunRCTDDDDDDWCCCCW1.1313201)()()0()(1第七章 脉冲波形的产生与变换 Rp

8、R84762uICp153uOUDDC0.01 F图 7 4 具有微分环节的单稳态电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 恢复期TR由下式决定：CrTdR)53(其中rd为放电管导通时呈现的电阻，一般Rrd，所以恢复期很短。第七章 脉冲波形的产生与变换 84763152uIuOUDD0.01 FCuCReRb2Rb1(a)uIuCuO(b)V图 7 5 线性锯齿波电路 tCCtCIdtiCu001第七章 脉冲波形的产生与变换 7.4 多多 谐谐 振振 荡荡 器器 trtfTWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm图 7 6 描述矩形脉冲特性的指标 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.4.1 电路

9、组成电路组成 R1UAUBV1Q1Q111(a)CuCUDDuOR2uOT1T2UDD13UDD23uCUDD00tt(b)1AB00图 7 7 自由多谐振荡器电路及工作波形 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.4.2 工作原理工作原理 由于接通电源前，电容器两端电压uC=0，电源刚接通时UB=1，UA=0，因而Q=1，Q=0，经输出缓冲级后uO为高电平，放电管V处于截止。电源电压通过R1、R2对C充电，其暂态过程为 CRRUuuDDCC)(0)0(21（充第七章 脉冲波形的产生与变换 由于比较器A、B的存在，电容C不可能充至UDD。过程如下：当 时，UB、UA均为低电平，RS触发器状态不变；但

10、当 时，UA=1，UB=0，RS触发器状态变为Q=0,Q=1，输出uO为低电平，放电管V导通，这段时间我们称为第一暂稳态期。DDCDDUuU3231DDCUu32第七章 脉冲波形的产生与变换 放电管V导通时，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态期，放电过程为 CRRuUuCDDC)0)(32)0(21（放第七章 脉冲波形的产生与变换 由于比较器A、B的存在，电容器不可能放电至0。当电容放电,时，UA=UB=0，RS触发器处于维持状态，输出也不变；但当C继续放电,时，UB=1,UA=0，这时Q=1,Q=0，输出uO为高电平，放电管截止，UDD再次对电容充电。如此反复，可输出矩形波形

11、。该电路的振荡周期计算如下：DDCDDUuU3231DDCUu3121TTT第七章 脉冲波形的产生与变换 而T1和T2分别为 CRRnCRRTnCRUUnCRTnCRRUUUUnCRRTDDDDDDDDDDDD)2(7.021)2(2131032012132311212122221211第七章 脉冲波形的产生与变换 输出矩形的频率f=1/T。显然，改变R1、R2和C值即可改变振荡频率。我们也可通过改变5脚电压U5来改变比较器A、B的参考电压，而达到改变振荡频率的目的。在实际中常常需要调节T1和T2。这样就引进了占空比的概念：21212112RRRRTTTD第七章 脉冲波形的产生与变换 8476

12、31520.01 FuOUDDVD1CVD2RPR1R2图 7 8 占空比可调振荡器 第七章 脉冲波形的产生与变换 改变P但不改变R1+R2值。所以该电路振荡周期为 7.0)(21)(21CRRnT放充占空比D为 2121211RRRRTTTD第七章 脉冲波形的产生与变换 84763152A0.01 FUDDR1AR2AuO18476152B0.01 FR1BR2B5 FuO28(a)84763152A0.01 FUDDR1AR2A8476152BR1BR2B5 FuO28(b)RfR13uO1图 7 9 模拟声响电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.5 施施 密密 特特 电电 路路 7.5

13、.1 7.5.1 电路组成电路组成 84763152uIUDDAuO(a)uO0uIUTHUDD13UDD23UTLtt(b)uIUTHUTLuO(c)00图 7 10 施密特电路 第七章 脉冲波形的产生与变换 7.5.2 工作原理工作原理 当 时，UA=0，UB=1,输出uO为高电平；uI增加，满足 时，UA=UB=0，电路维持不变，即uO=1;uI继续增加，满足 时，UA=1,UB=0，输出uO由高电平变为低电平；之后uI再增加，只要满足 ，电路不变。如uI下降，只要满足 ，由于UA=UB=0，电路状态仍维持不变。只有当 时，电路才再次翻转,uO为高电平，波形如图 7-10(b)所示。由上

14、可看出，当uI上升时，引起电路状态改变，由高电平变为低电平的输入电压为 ；当uI下降时，引起电路状态变化，由低电平变为高电平的输入电压为 。这二者之差称为回差电压，即 DDUu311DDDDUuU32311DDUu321DDUu321DDDDUuU32311DDUu311DDTHUU32DDTLUU31TLTHTUUU第七章 脉冲波形的产生与变换 7.5.3 主要应用主要应用 1.波形变换波形变换 通过波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。2.整形整形 通过整形可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。其应用波形图如图 7-11(a)所示。第七章 脉冲波形的产生与变换 uOUDD13UDD23OOtt(a)OuOOUDD13UDD23tt(b)uIuI图 7 11 施密特电路应用二例波形图 第七章 脉冲波形的产生与变换 3.幅值选择幅值选择 对于输入是一些随机的脉冲，可以通过施密特电路将幅值大于某值的输入脉冲检测出来。其应用波形图