數(shù)電：脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、1、什么是脈沖波形？2、為什么要產(chǎn)生脈沖？4、如何產(chǎn)生脈沖以及對(duì)其進(jìn)行整形？3、為什么要對(duì)脈沖波形進(jìn)行整形？1、什么是脈沖？脈沖：電壓脈沖：電壓(V)或電流或電流(A)的的波形像心電圖上的波形像心電圖上的 脈搏跳動(dòng)脈搏跳動(dòng)的波形。的波形。 在短時(shí)間內(nèi)在短時(shí)間內(nèi)突變突變，隨后又，隨后又迅速返回迅速返回其初始其初始值的物理量稱之為脈沖。值的物理量稱之為脈沖。 2、為什么要產(chǎn)生脈沖？ 數(shù)字電路經(jīng)常用到數(shù)字電路經(jīng)常用到各種寬度和幅值的邊各種寬度和幅值的邊沿陡峭的沿陡峭的脈沖信號(hào)：脈沖信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)。 最常用的脈沖信號(hào)是最常用的脈沖信號(hào)是方波或矩形波。方波或矩形波。3、為什么

2、要對(duì)脈沖波形進(jìn)行整形？vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOtuiuotpvItvOtVT+VT- 脈沖有各式各樣的形狀，有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形、階梯形和尖頂形的等等。 描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)1、脈沖幅度、脈沖幅度 Vm2、脈沖寬度、脈沖寬度 tw 3、上升時(shí)間、上升時(shí)間 tr 4、下降時(shí)間、下降時(shí)間 tf5、周期、周期 T 6、占空比、占空比 q4、如何產(chǎn)生脈沖以及對(duì)其進(jìn)行整形？利用多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖。 如何利用如何利用555555定時(shí)器定時(shí)器產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生脈沖以及對(duì)不理以及對(duì)不理想的想的脈沖整形脈沖整形，是本章討論的重點(diǎn)。，是本章討論的重點(diǎn)。 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器

3、對(duì)脈沖進(jìn)行整形。脈沖電路分類脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖電路作用： 脈沖波形的脈沖波形的產(chǎn)生和整形產(chǎn)生和整形。脈沖電路構(gòu)成：脈沖電路構(gòu)成：開關(guān)電路開關(guān)電路 + + RCRC電路電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。產(chǎn)生暫態(tài)?？刂茣悍€(wěn)態(tài)時(shí)控制暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短間的長(zhǎng)短。脈沖電路與數(shù)字電路的比較：脈沖電路與數(shù)字電路的比較：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路（多諧振蕩器）（多諧振蕩器）雙穩(wěn)態(tài)電路雙穩(wěn)態(tài)電路（施密特觸發(fā)器）（施密特觸發(fā)器）數(shù)字電路的信號(hào)波形也是一種脈沖波形。數(shù)字電路的信號(hào)波形也是一種脈沖波形。脈沖電路側(cè)重脈沖電路側(cè)重波形波形，數(shù)字電路側(cè)重

4、，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系。電容充放電知識(shí)復(fù)習(xí)：電容充放電知識(shí)復(fù)習(xí)：(1) (1) 電容兩端的電壓不能突變電容兩端的電壓不能突變，VcVc（0 0） VcVc（0 0）， 電容充放電需要時(shí)間電容充放電需要時(shí)間，有過渡過程，其，有過渡過程，其時(shí)間長(zhǎng)短只與時(shí)間長(zhǎng)短只與 RCRC有關(guān)有關(guān), ,工程上取工程上取33；（2 2） 開始開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路； 充放電結(jié)束充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，電路處于穩(wěn)態(tài)，C C支路電流為支路電流為0 0，阻抗很大，阻抗很大， 相當(dāng)開路；相當(dāng)開路； （3 3） 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單RCRC電路中，各處電路中，各處電壓、

5、電流均按指數(shù)規(guī)律變化電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；（4 4） 在簡(jiǎn)單在簡(jiǎn)單RCRC電路中電路中)(tvC= =)(vC- -)(vC)0(vC+ +et)()()0()(lntvvvvtCCCC- - -= =+ +或或RC 主要內(nèi)容主要內(nèi)容555定時(shí)器的工作原理、邏輯功能 及由555構(gòu)成的脈沖電路。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1 555定時(shí)器的原理和應(yīng)用定時(shí)器的原理和應(yīng)用 555定時(shí)器是定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體成于一體的電子器件。它使用方便的電子器件。它使用方便, ,帶負(fù)載帶負(fù)載能力較強(qiáng)能力較強(qiáng), , 目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。555555定時(shí)

6、器的定時(shí)器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1 1）定時(shí)的）定時(shí)的精度精度、工作的、工作的速度速度和和可靠性可靠性都比較高；都比較高；（2 2）使用的）使用的電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬，從，從4.5V-18V4.5V-18V，能和數(shù)，能和數(shù)字電路直接連接；字電路直接連接；（3 3）有）有一定的輸出功率一定的輸出功率，可以驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、，可以驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等等；揚(yáng)聲器等等；（4 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，用途廣泛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，用途廣泛。 1. 1.管腳分布以及邏輯功能管腳分布以及邏輯功能2VCC / 3VCC / 3大于大于小于小于 保持保持保持保持1大于大于2VCC / 3VCC / 3大

7、于大于10導(dǎo)通導(dǎo)通00導(dǎo)通導(dǎo)通2VCC / 3VCC / 3小于小于小于小于11截止截止閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端TH/TRRD晶體管晶體管TVo電壓制控電壓制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源電源閾值閾值地地觸發(fā)觸發(fā)輸出輸出復(fù)位復(fù)位放電放電一、一、 555555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能 555555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 : : 兩個(gè)兩個(gè)電壓比較器電壓比較器: : C1C1、C2C2 ; ;一個(gè)一個(gè)基本基本RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器; ; 一個(gè)一個(gè)晶體管晶體管T T；由三個(gè)相等電阻組成的由三個(gè)相等電阻

8、組成的分壓器分壓器; ;一個(gè)一個(gè)反相器反相器等等。 2. 2.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由三個(gè)相等電阻組成的分壓器由三個(gè)相等電阻組成的分壓器一個(gè)基本一個(gè)基本RS 觸發(fā)器觸發(fā)器一個(gè)晶體管一個(gè)晶體管T一個(gè)反相器一個(gè)反相器兩個(gè)電壓比較器兩個(gè)電壓比較器: C1、C2vovo+ + +- - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccRD RD C1C1C2C2T T電壓制控電壓制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源電源閾值閾值地地觸發(fā)觸發(fā)輸出輸出復(fù)位復(fù)位放電放電低電平低電平觸發(fā)端觸發(fā)端高電平高電平觸發(fā)端觸發(fā)端

9、電壓電壓控制端控制端復(fù)位端復(fù)位端電平有效電平有效放電端放電端4.54.518V18V輸出端輸出端地地vovo+ + +- - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccRD RD C1C1C2C2T T電壓制控電壓制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源電源閾值閾值地地觸發(fā)觸發(fā)輸出輸出復(fù)位復(fù)位放電放電2.2.基本功能基本功能vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TVcc32Vcc31 三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供

10、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓: :Vcc32Vcc31當(dāng)電壓控制端當(dāng)電壓控制端5 CO不外接電源：不外接電源：當(dāng)電壓控制端當(dāng)電壓控制端5 CO接外置電源接外置電源Ecc：VR1VR2VR1 = EccVR2 = Ecc/2VR1 =VR2 =電壓制控電壓制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源電源閾值閾值地地觸發(fā)觸發(fā)輸出輸出復(fù)位復(fù)位放電放電vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T001導(dǎo)通,01時(shí)0 ) 1 ( T ， VoQ： RD 0vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2/3VCC1/3 VCC

11、00011。、，導(dǎo)通,00 1 1C201C 時(shí) V31V ,V32V 1 )2(CCTRCCTH T VoQQ： RD =vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2VCC/3VCC/311010狀態(tài)不變。不變不變、 T VoQQ： , ; 1C211C 時(shí) V31V ,V32V 1,RD(2)CCTRCCTH=2VCC/3VCC/310110截止。、T,1 ; 0 1 0C211C 時(shí) V31V ,V32V , 1)2(CCTRCCTH VoQQ： RD=vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2VCC / 3VCC

12、 / 3大于大于小于小于 保持保持保持保持1大于大于2VCC / 3VCC / 3大于大于10導(dǎo)通導(dǎo)通00導(dǎo)通導(dǎo)通2VCC / 3VCC / 3小于小于小于小于11截止截止閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRD晶體管晶體管Tvo綜合以上的分析結(jié)果綜合以上的分析結(jié)果,便可得到便可得到 555的功能表的功能表 (要求記住，會(huì)分析要求記住，會(huì)分析)12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源電源閾值閾值地地觸發(fā)觸發(fā)輸出輸出復(fù)位復(fù)位放電放電 555定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可構(gòu)成多種電路定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可構(gòu)成多種電路形式，但最基本的電路為：形式，但最基本的電路為：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多

13、諧振單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器。蕩器和施密特觸發(fā)器。其它電路基本是這其它電路基本是這3種電路的種電路的變形。變形。二、二、555555定時(shí)器的基本應(yīng)用定時(shí)器的基本應(yīng)用1. 1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2. 2. 多諧振蕩器多諧振蕩器3. 3. 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器1 1、 555555定時(shí)器做施密特觸發(fā)器定時(shí)器做施密特觸發(fā)器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：的特

14、點(diǎn)：（1 1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；（2 2）電平觸發(fā)電平觸發(fā)電壓達(dá)到某個(gè)值時(shí)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；電壓達(dá)到某個(gè)值時(shí)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；（3 3）具有）具有滯后電壓傳輸特性滯后電壓傳輸特性回差特性回差特性 （兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；（兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3 電路電路： 2 2，6 6端連在一起作為信號(hào)輸入端端連在一起作為信號(hào)輸入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC時(shí)，時(shí)，C1C10 0，C2C21 1，V V

15、O O=0=0構(gòu)成集電構(gòu)成集電極開路型極開路型輸出端。輸出端。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a a）當(dāng)）當(dāng)V Vi i 0 0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C C1 1=1=1、C C2 2=0=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1 1，即，即Q Q1 1、0 0= =Q Q，。升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2V2Vcccc/3/3以前，以前，的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。V VO O 1 1V Vi iV VO O 1 1V6=VV6=VTHTHV

16、2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止UTHUTRV Vi i 0 0，滿足，滿足 ，故，故 V VO O 1 1。12330V0Vi i 1/31/3 V VCCCC ，滿足，滿足 ，故，故 V VO O 1 1。31/31/3 V VCCCC VVi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC

17、1/31/3 VCC VCC1 1截止截止123工作原理：工作原理：V Vi i 2/32/3 V VCCCC ，滿足，滿足 ，故，故 V VO O 0 0。2/32/3 V VCCCC VVi i V VCCCC ，滿足，滿足 ，故，故 V VO O 0 0。1/31/3 V VCCCC VVi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止123V Vi i 1/31/3 V VCCCC ，滿足，滿足 ，故，故 V VO O 1 1。30V0

18、Vi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 Vc2/3 VCCVCC。充電時(shí)間決充電時(shí)間決定于定于RCRC的大的大小小。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2

19、/3 VCCVCC1/30 10+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvIT T導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，C C放電。放電。工作原理（續(xù)工作原理（續(xù)2）：）：VTHVCbTV VC C2/3V2/3VCCCC時(shí)，時(shí)，VoVo0 0，T T導(dǎo)導(dǎo)通，通，C C放電。放電。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/30 -11-0 101+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvIT T導(dǎo)通，導(dǎo)通

20、，C C放電。放電。工作原理（續(xù)工作原理（續(xù)2）：）：VTHVCbTV6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/310-1 1012/3VCCtvi00vCt0vot 上電后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)上電后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)（V VI I1 1，Vc Vc =0=0，Vo Vo =0 =0 ）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC

21、VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVC

22、C1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止123T01當(dāng)當(dāng)VcVc降至降至V VCCCC /3/3時(shí)，使時(shí)，使得得 V Vo o回到回到 1 1 TT截止截止 電容電容C C 再充電再充電， 進(jìn)入循環(huán)進(jìn)入循環(huán) .3t2t3vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1

23、t2t3原理原理)()()0()(lntvvvvtCCCC- - -= =+ +VCC/32 VCC/3vOtW2tW1vcRCvOVCCR1CvC0.01uF12348765R2所需的時(shí)間：所需的時(shí)間：3 3/1 1V VCC3 3/ /2 2lnln2 2V VC CR Rt tCCCCw2w2= =0.70.7R R2 2C C第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度t tw1w1 ，VcVc從從V VCCCC/3/3充電上升到充電上升到2V2VCCCC/3/3所需的時(shí)間：所需的時(shí)間：第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度t tw2w2 ，V Vc c從從2V2VCCCC/3/

24、3放電下降到放電下降到 V VCCCC/3/33 3/ /2 23 3/ /1 1lnln) )( (2 21 1V VV VV VV VC CR RR Rt tCCCCCCCCCCCCCCCCw1w1- - -+ += =0.7(0.7(R R+ +R R) )C C2 21 1- - -0 00 0占占 空空 比：比：q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)頻頻 率：率：f 1.43/1TR12R2)C(振蕩周期振蕩周期： Ttw1tw2 0.7(R12R2)CVCC/32 VCC/3vOtW2tW1vc思考：思考： R2和和R1確定后，占空比確定后，占空比q就確定了，如何得到就確定了，如何得到占空比可調(diào)的矩形波呢？占空比可調(diào)的矩形波呢？占占 空空 比：比：q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)思考：思考： R2