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1、第七章 脉冲波形的产生与变换,7.1 概述 7.2 555定时电路 7.3 单稳态电路 7.4 多谐振荡器 7.5 施密特电路,7.1 概 述,图 7 1 RC暂态电路波形,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,或,1. 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
2、为 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。,2. 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。,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RS触发器,4.
3、 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。,7.2.2 工作原理及特点,表 7 1 555定时器功能表,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.
4、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。,7.3 单 稳 态 电 路,7.3.1 电路组成,图 7 - 3CC7555构成的单稳态电路,7.3.2 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
5、要素即可。 三要素如下:,图 7 4 具有微分环节的单稳态电路,恢复期TR由下式决定:,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。,图 7 5 线性锯齿波电路,7.4 多 谐 振 荡 器,图 7 6 描述矩形脉冲特性的指标,7.4.1 电路组成,图 7 7 自由多谐振荡器电路及工作波形,7.4.2 工作原理,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。,放电管V导通时,电容C通过电阻
6、R2和放电管放电,电路进入第二暂稳态期,放电过程为,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。该电路的振荡周期计算如下:,而T1和T2分别为,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:,图 7 8 占空比
7、可调振荡器,改变P但不改变R1+R2值。所以该电路振荡周期为,占空比D为,图 7 9 模拟声响电路,7.5 施 密 特 电 路,7.5.1 电路组成,图 7 10 施密特电路,7.5.2 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,7.5.3 主要应用,1. 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,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。,图 7 11 施密特电路应用二例波形图,3. 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,