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1、第六章第六章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换6.1 概概 述述6.2 555定时电路定时电路6.3 单稳态电路单稳态电路6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 施密特电路施密特电路脉冲波形的产生与变换最新6.1 概概 述述 含有惰性元件C或L的电路存在暂态过程，即有充放电现象。脉冲波形就是利用惰性电路的充放电而形成的。脉冲波形的产生与变换最新 用控制开关位置及时间常数RC的方法，可得到不同的脉冲波形。 如下图（a）所示，当时间常数RC远小于开关转换时间TS时，便组成微分电路，在电阻上可获得窄脉冲输出。 图(b)组成积分电路，当RCTS时，在电容上又可得线性扫描的波形。（a）（b）脉冲波形
2、的产生与变换最新 脉冲形成电路的组成应有两大部分：惰性电路和开关。 开关是用来破坏稳态，使惰性电路产生暂态的。开关可用不同的电子器件来完成，如可用运算放大器，分立器件晶体三极管或场效应管，也可以用逻辑门。目前用得较多的是555定时电路。脉冲波形的产生与变换最新 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脉冲波形的产生与变换最新6.2 555定时电路定时电路6.2.1 基本组成 555集成电路主要由3个5 k电阻组成的分压器、两个高精度电压比较器A和B、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。 脉冲波形的产生与变换最新1分压器
3、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。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。 3基本基本RS触发器触发器 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。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。脉冲波形的产生与变换最新6.2.2 工作原理及特点THR
4、OUTDXX低（L）低（L）接通2/3UDD1/3UDD高（H）低（L）接通1/3UDD高（H）低（L）原状态X1/3UDD高（H）高（H）关断脉冲波形的产生与变换最新6.3 单稳态电路单稳态电路6.3.1 由CC7555构成的电路 单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂稳态，在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间TW后又自动返回到稳态，并在输出端产生一个宽度为TW的矩形脉冲。TW只与电路本身的参数有关，而与触发脉冲无关。我们通常把TW称为脉冲宽度。图6-3 CC7555构成的单稳态触发器脉冲波形的产生与变换最新6.3.2 工作原理静止期：静止期：触发信号处于高电
5、平，电路处于稳态，根据555工作原理可知为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压为0。工作期：工作期：外界触发信号加进来，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，使为高电平，且放电管截止，电源通过定时电阻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： 脉冲波形的产生与变换最新 为了使电路能正常工作，要求外加触发脉冲的宽度TIWrd，所以恢复期很短。图6-4 具有微分环节的单稳态触发器脉冲波形的产生与变换最新6.3.3 由门电路构成的单稳态电路由门电路构成的单稳态电路1. 微分型单稳电路(1) 电路组成门1、门2是CMOS或非门，R、C组成微分延
6、时环节。脉冲波形的产生与变换最新 稳态时，门1输出高电平，门2输出低电平，vi1 =vi0，v01VDD、vi2VDD、vO20。当vi 由0上升到VTH (CMOS或非门的开启电压)时，将引起下列正反馈过程使电路快速翻转到门1输出低电平时，门2输出高电平的暂稳状态。随之VDD通过R及门1的输出电阻(驱动管导通电阻)对电容C充电，vi2逐渐升高，当vi2上升到VTH时，又会产生下列反馈过程(假设此时vi已回到低电平)(2) 工作原理脉冲波形的产生与变换最新TW估算公式如下：估算公式如下： 典型情况下脉冲波形的产生与变换最新2. 积分型单稳态电路(1) 电路组成门1、门2是COMS或非门，R、C
7、构成积分型延时环节。脉冲波形的产生与变换最新(2) 工作原理稳态时门1、门2输出低电平。vi=1、vO1=0、vi2=0、vO=0。 当vi负跳变到0时， vO1随之跳变到高电平，但由于电容上电压不能突变，vi 2仍为0，故门2也截止，vO正跳变到高电平VDD，进入暂态；此时，电容通过R0(门1 的输出电阻)和R充电，vi2逐渐上升，当上升到VT时，门2导通，vO变成低电平，回到稳态；当vi回到高电平后，门1导通，电容放电，电路保持稳状态不变。脉冲波形的产生与变换最新 脉冲宽度TW的估算公式和微分型电路相同，但这种电路要求输入信号vi的脉冲宽度大于输出脉冲vO 的宽度TW ，否则就成了反相器。
8、脉冲波形的产生与变换最新6.4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号，电路状态能够自动地不断变换，产生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量很多，因此这种振荡器冠以“多谐”二字。脉冲波形的产生与变换最新脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲的时间间隔。有时也用频率f=1/T表示，f表示单位时间里脉冲重复的次数。脉冲幅度Um：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度Tw：从脉冲前沿上升到05Um起，到脉冲后沿下降到05Um止的一段时间。上升时间tr：脉冲前沿从01Um上升到09Um所需的时间。下降时间tf：脉冲后沿从09Um下降到01Um所需的时间
9、。脉冲波形的产生与变换最新6.4.1 电路组成 图 (a)是用CC7555构成的多谐振荡器。除将A的高电平触发端TH和B的低电平触发端短接外，在放电回路中还串接一个电阻R2。电路中R1、R2、C均是定时元件。图 (b)为工作波形。脉冲波形的产生与变换最新6.4.2 工作原理 自由多谐振荡器不具有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态的时间长短由电路的定时元件确定，电路工作就在两个暂稳态之间来回转换。其具体工作过程如下：第一暂稳态期第二暂稳态期脉冲波形的产生与变换最新该电路的振荡周期计算如下：脉冲波形的产生与变换最新在实际中常常需要调节T1和T2。于是引进了占空比D的概念。图6-11 占空比可调振荡器脉
10、冲波形的产生与变换最新6.4.3 与非门对称多谐振荡器（1）电路组成 当与非门工作在转折区时，对输入信号有很强的放大作用，因此，只要把静态时工作在转折区的两个与非门用电容耦合起来，就可以组成多谐振荡器。 图中vK是控制端，当vK为高电平时，振荡器振荡；vK为低电平时，振荡器停止振荡。脉冲波形的产生与变换最新（2）工作原理 假定接通电源后，门、门都工作在转折区，那么只要有一点小的干扰，就会引起振荡。例如，由于某种原因使vI1增加了一点点，就会引起下列正反馈过程从而使门迅速饱和导通，门迅速截止，电路进入一个暂稳态。同时，电容C1开始充电，C2开始放电。由于C1同时通过R1和RF2两个支路充电，充电
11、速度很快，所以vI2首先升高到阈值电压VT,从而引起下列正反馈过程vvvv1OI12O2 I脉冲波形的产生与变换最新 因而门迅速截止，门迅速导通，电路进入另一个暂稳状态。这时电容C2，C1放电。根据同样的理由，C2充电较快，所以vI1较快地升高到阈值电压VT, 并引起下次正反馈过程，使电路重新回到门导通、门截止的暂稳态。因此，电路将不停地振荡。据此，可画出振荡器各点电压的近似波形，如右图所示。脉冲波形的产生与变换最新振荡器周期的计算：假设C1= C2= C，RORF1= RF2=RF Ri，可估算得振荡周期 如果取VOH=3.4V、VOL=0.2V，VT=1.1V代入上式，则可得脉冲波形的产生
12、与变换最新6.4.4 石英晶体多谐振荡器 在对称多谐振荡器的C1支路串联一个石英晶体就构成石英晶体多谐振荡器，其振荡频率为石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定性。脉冲波形的产生与变换最新6.5 施密特电路施密特电路 施密特电路具有两个稳定状态，其最主要的应用是，将变化缓慢的输入波形，整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲。由于该电路具有滞回特性，因此抗干扰能力较强。 6.5.1 电路组成电路组成 将555时基电路2、6端连接，即构成施密特电路。电压传输特性如图（c）。脉冲波形的产生与变换最新6.5.2 工作原理工作原理回差电压 回差电压可通过改变5管脚电压达到。一般来讲，5管脚电压越高，回差电压UT越大，抗干扰能力越强，但是降低了触发灵敏度。6.5.3 主要应用主要应用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。 如图6-16(a)所示。脉冲波形的产生与变换最新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。如图6-16(b)所示。图6-16 施密特电路应用（a）整形 （b）鉴幅脉冲波形的产生与变换最新
