數(shù)電課件 第7章

1、第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 第第7章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形 7.1 概述概述 7.2 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 7.1 概概 述述 7.1.1 脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點(diǎn)脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點(diǎn) 獲得矩形脈沖的方法通常有兩種：一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；另一種是對(duì)已有的信號(hào)進(jìn)行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號(hào)。 脈沖產(chǎn)生電路能夠直接產(chǎn)生矩形脈沖或方波，它由開(kāi)關(guān)元件和惰性電路組成，開(kāi)關(guān)元件的通斷使電路實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而惰性電路則用來(lái)控制暫態(tài)變化過(guò)程的快慢。 典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧

2、振蕩電路三種類(lèi)型。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的推動(dòng)下才能完成。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)是暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)時(shí)必須由外加觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)，從暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)是由電路自身完成的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)。 多諧振蕩電路能夠自激產(chǎn)生脈沖波形，它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要外加觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)，而完全由電路自身完成。因此它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 7.2 555 定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 7.2.1 555 定時(shí)器的組成與功能定時(shí)器的組成與功能圖圖7.2.1 5

3、55 定時(shí)器定時(shí)器第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 表表7.2.1555定時(shí)器的功能表定時(shí)器的功能表 定時(shí)器的主要功能取決于定時(shí)器的主要功能取決于兩個(gè)比較器輸出對(duì)兩個(gè)比較器輸出對(duì)RS觸發(fā)器和觸發(fā)器和放電管放電管V1狀態(tài)的控制。狀態(tài)的控制。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 7.2.2 555 定時(shí)器的典型應(yīng)用定時(shí)器的典型應(yīng)用 1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1) 工作原理工作原理 靜止期靜止期：觸發(fā)信號(hào)沒(méi)有來(lái)到觸發(fā)信號(hào)沒(méi)有來(lái)到，Ui為高為高電平。電源剛接通時(shí)，電路有一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，電平。電源剛接通時(shí)，電路有一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，即電源通過(guò)電阻即電源通過(guò)電阻R向電容向電容C充電，充電， 當(dāng)當(dāng)UC上升到上升到 時(shí)，時(shí)

4、，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，Uo=0，V1導(dǎo)通，導(dǎo)通，因此電容因此電容C又通過(guò)導(dǎo)電管又通過(guò)導(dǎo)電管V1迅速放電，直到迅速放電，直到UC=0，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。這時(shí)如果，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。這時(shí)如果Ui一直沒(méi)有一直沒(méi)有觸觸發(fā)信號(hào)來(lái)到，電路就一直處于發(fā)信號(hào)來(lái)到，電路就一直處于Uo=0 的穩(wěn)定狀的穩(wěn)定狀態(tài)。態(tài)。 CCU32第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 暫穩(wěn)態(tài)：暫穩(wěn)態(tài)：外加觸發(fā)信號(hào)外加觸發(fā)信號(hào)Ui的下降沿到達(dá)時(shí)，的下降沿到達(dá)時(shí)，由于由于 ，RS觸發(fā)器觸發(fā)器Q端置端置 1，因此，因此Uo=1, V1截止，截止，UCC開(kāi)始通過(guò)電阻開(kāi)始通過(guò)電阻R向電容向電容C充電。充電。隨著電容隨著電容C充電的進(jìn)行，充電的進(jìn)行，UC不

5、斷上升，趨向值不斷上升，趨向值UC()=UCC。 Ui的觸發(fā)負(fù)脈沖消失后，的觸發(fā)負(fù)脈沖消失后，U2回到高電平，在回到高電平，在 期間，期間，RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，因此，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，因此，Uo一直保持高電平不變，電路維持一直保持高電平不變，電路維持在暫穩(wěn)態(tài)。但當(dāng)電容在暫穩(wěn)態(tài)。但當(dāng)電容C上的電壓上升到上的電壓上升到 時(shí)，時(shí)，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，電，電路輸出路輸出Uo=0，V1導(dǎo)通，此時(shí)暫穩(wěn)態(tài)便結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。導(dǎo)通，此時(shí)暫穩(wěn)態(tài)便結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。 0)(3162CCCUUUU、CCUU312CCUU326CCUU326 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 恢復(fù)期：

6、恢復(fù)期：V1導(dǎo)通后，電容導(dǎo)通后，電容C通過(guò)通過(guò)V1迅速放電，使迅速放電，使UC0，電路又恢，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。復(fù)到穩(wěn)態(tài)，第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度TW 輸出脈沖寬度TW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時(shí)間，根據(jù)電容C的充電過(guò)程可知： ,32)(,)(, 0)0(RCUTUUUUUCCWCTCCCC因而代入式RCnRCUUUUnRCTTCCCW1 . 131)()0()(1 注意：注意：電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求， 它必須它必須小于小于TW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度

7、大于。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于TW時(shí)，應(yīng)在時(shí)，應(yīng)在U2輸入端加輸入端加RiCi微分電路。微分電路。 ( )(0 )1n( )MTUUtRCUU 可得第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 3) 單穩(wěn)觸發(fā)電路的用途單穩(wěn)觸發(fā)電路的用途 (1) 延時(shí)，將輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間延時(shí)，將輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間(一般為脈寬一般為脈寬TW)后輸出。后輸出。 (2) 定時(shí)，定時(shí)， 產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號(hào)。產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號(hào)。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2多諧振蕩器多諧振蕩器 R1、R2、C為外接定時(shí)元為外接定時(shí)元件，件，.F為濾波電容。該為濾波電容。該電路不需要外加觸發(fā)信號(hào)，加電電路不需要外加觸發(fā)信號(hào)，加電后就能產(chǎn)生

8、周期性的矩形脈沖或后就能產(chǎn)生周期性的矩形脈沖或方波。方波。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 1) 工作原理工作原理 多諧振蕩器只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，多諧振蕩器只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容電容C上電壓上電壓UC略低于略低于 ，Uo輸出高電平，輸出高電平，V1截止，電源截止，電源UCC通過(guò)通過(guò)R1、R2 給電容給電容C充電。充電。隨著充電的進(jìn)行隨著充電的進(jìn)行UC逐漸增高，但只要逐漸增高，但只要 ， 輸出電壓輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，這就就一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。態(tài)。 CCCCCUUU323113CCU第

9、7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當(dāng)電容當(dāng)電容C上的電壓上的電壓UC略微超過(guò)略微超過(guò) 時(shí)時(shí)(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 時(shí)時(shí))， RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，使輸出電壓，使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)通過(guò)R2和和 V1放 電 。 隨 著 電 容放 電 。 隨 著 電 容 C 放 電 ，放 電 ， UC下 降 ， 但 只下 降 ， 但 只要要 ， Uo就一直保持低電平不變，這就是第就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 CCCCCUUU3132CCU32CCU32CCU31第7章

10、 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當(dāng)電容當(dāng)電容C上的電壓上的電壓UC略微超過(guò)略微超過(guò) 時(shí)時(shí)(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 時(shí)時(shí))， RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，使輸出電壓，使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)通過(guò)R2和和 V1放 電 。 隨 著 電 容放 電 。 隨 著 電 容 C 放 電 ，放 電 ， UC下 降 ， 但 只下 降 ， 但 只要要 ， Uo就一直保持低電平不變，這就是第就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)當(dāng)UC下降到略微低于下降到略微低于 時(shí)，時(shí)，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器

11、置 1，電路輸，電路輸出又變?yōu)槌鲇肿優(yōu)閁o=1，V1截止，電容截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，電路輸電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖7.2.3(b)所示。所示。CCCCCUUU3132CCU32CCU32CCU31第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2) 振蕩周期T的計(jì)算 多諧振蕩器的振蕩周期為兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，T=T1+T2。由圖7.2.3(b)UC的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間2各為 CRRnCRRUUUUnCRRTCCCCCCCC)(7 . 021)(32311)(2121211CRnCRUUn

12、CRTCCCC22227 . 0213103201CRRTTT)2(7 . 02121因而振蕩周期 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 4) 多諧振蕩器應(yīng)用舉例多諧振蕩器應(yīng)用舉例 用兩個(gè)多諧振蕩器可以組成模擬聲響電路。適當(dāng)選擇定時(shí)元件，使振蕩用兩個(gè)多諧振蕩器可以組成模擬聲響電路。適當(dāng)選擇定時(shí)元件，使振蕩器器A的振蕩頻率的振蕩頻率fA=1Hz， 振蕩器振蕩器B的振蕩頻率的振蕩頻率 fB= 1kHz。由于低頻振蕩器。由于低頻振蕩器A的的輸出接至高頻振蕩器輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位端的復(fù)位端(4腳腳)，當(dāng)，當(dāng)Uo1輸出高電平時(shí)，輸出高電平時(shí)，B振蕩器才能振振蕩器才能振蕩，蕩，Uo1輸出低電平時(shí)，輸出低電平

13、時(shí)， B振蕩器被復(fù)位，停止振蕩，因此使揚(yáng)聲器發(fā)出振蕩器被復(fù)位，停止振蕩，因此使揚(yáng)聲器發(fā)出 1kHz的間歇聲響。的間歇聲響。第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 3.施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器1）施密特觸發(fā)器的構(gòu)成與工作原理用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖7.2.6（a）所示，圖中,U6(TH)和U2(TR)直接連接在一起作為觸發(fā)電平輸入端。若在輸入端Ui加三角波，則可在輸出端得到如圖7.2.6（b）所示的矩形脈沖。其工作過(guò)程如下： iU從 0 開(kāi)始升高，當(dāng)CCiUU31 時(shí)，RS 觸發(fā)器置 1，故OU=HU0；當(dāng)CCiCCUUU3231時(shí)，故OU=HU0保持不變；當(dāng)CCiUU32 時(shí)，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，

14、RS 觸發(fā)器置 0，0U從HU0變?yōu)镺LU，此時(shí)相應(yīng)的iU幅值(CCU32)稱(chēng)之為上觸發(fā)電平U。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 圖7.2.6用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當(dāng) 時(shí)，Uo=UoL不變；當(dāng)Ui下降，且 時(shí)，由于RS觸發(fā)器的RS=11，故Uo=UoL保持不變；只有當(dāng)Ui下降到小于等于 時(shí)，RS觸發(fā)器置 1，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Uo從UoL變?yōu)閁oH，此時(shí)相應(yīng)的Ui幅值( )稱(chēng)為下觸發(fā)電平U-。 從以上分析可以看出，電路在Ui上升和下降時(shí)，輸出電壓Uo翻轉(zhuǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值是不同的，一個(gè)為U+，另一個(gè)為U-。 這是施密特電路所具有的滯后特性，稱(chēng)為回差?；夭铍妷?。電路的電壓傳輸特性如圖7.2.6(c)所示。改變電壓控制端UCO(5腳)的電壓值便可改變回差電壓，一般UCO越高，U越大，抗干擾能力越強(qiáng)，但靈敏度相應(yīng)降低。 CCiUU32CCiCCUUU3231CCU31CCU31CCUUUU31第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2) 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 施密特觸發(fā)器應(yīng)用很廣，施密特觸發(fā)器應(yīng)用很廣， 主要有以下幾方面：主要有以下幾方面： 波形變換。波形變換。可以將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換成矩形脈沖?？梢詫⑦呇刈兓徛闹芷谛孕盘?hào)變換成矩形脈沖。