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定時器及其應用定時器及其應用 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脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點 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；另一種是對已有的信號進行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號。 脈沖產(chǎn)生電路能夠直接產(chǎn)生矩形脈沖或方波，它由開關元件和惰性電路組成，開關元件的通斷使電路實現(xiàn)不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而惰性電路則用來控制暫態(tài)變化過程的快慢。 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)電路具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，兩個穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的推動下才能完成。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是暫時穩(wěn)定狀態(tài)，從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)時必須由外加觸發(fā)信號觸發(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)信號觸發(fā)，而完全由電路自身完成。因此它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 7.2 555 定時器及其應用定時器及其應用 7.2.1 555 定時器的組成與功能定時器的組成與功能圖圖7.2.1 5

3、55 定時器定時器第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 表表7.2.1555定時器的功能表定時器的功能表 定時器的主要功能取決于定時器的主要功能取決于兩個比較器輸出對兩個比較器輸出對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 定時器的典型應用定時器的典型應用 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)信號沒有來到觸發(fā)信號沒有來到，Ui為高為高電平。電源剛接通時，電路有一個暫態(tài)過程，電平。電源剛接通時，電路有一個暫態(tài)過程，即電源通過電阻即電源通過電阻R向電容向電容C充電，充電， 當當UC上升到上升到 時，時

4、，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，Uo=0，V1導通，導通，因此電容因此電容C又通過導電管又通過導電管V1迅速放電，直到迅速放電，直到UC=0，電路進入穩(wěn)態(tài)。這時如果，電路進入穩(wěn)態(tài)。這時如果Ui一直沒有一直沒有觸觸發(fā)信號來到，電路就一直處于發(fā)信號來到，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)信號外加觸發(fā)信號Ui的下降沿到達時，的下降沿到達時，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開始通過電阻開始通過電阻R向電容向電容C充電。充電。隨著電容隨著電容C充電的進行，充電的進行，UC不

5、斷上升，趨向值不斷上升，趨向值UC()=UCC。 Ui的觸發(fā)負脈沖消失后，的觸發(fā)負脈沖消失后，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)。但當電容在暫穩(wěn)態(tài)。但當電容C上的電壓上升到上的電壓上升到 時，時，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，電，電路輸出路輸出Uo=0，V1導通，此時暫穩(wěn)態(tài)便結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。導通，此時暫穩(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 恢復期：

6、恢復期：V1導通后，電容導通后，電容C通過通過V1迅速放電，使迅速放電，使UC0，電路又恢，電路又恢復到穩(wěn)態(tài)，第二個觸發(fā)信號到來時，又重復上述過程。復到穩(wěn)態(tài)，第二個觸發(fā)信號到來時，又重復上述過程。 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)的停留時間，根據(jù)電容C的充電過程可知： ,32)(,)(, 0)0(RCUTUUUUUCCWCTCCCC因而代入式RCnRCUUUUnRCTTCCCW1 . 131)()0()(1 注意：注意：電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，電路對輸入觸發(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，應在時，應在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，將輸入信號延遲一定時間延時，將輸入信號延遲一定時間(一般為脈寬一般為脈寬TW)后輸出。后輸出。 (2) 定時，定時， 產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號。產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號。 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為外接定時元為外接定時元件，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，加電電路不需要外加觸發(fā)信號，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暫穩(wěn)態(tài)。假設當電源接通后，多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設當電源接通后，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通過通過R1、R2 給電容給電容C充電。充電。隨著充電的進行隨著充電的進行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，這就是第一個暫穩(wěn)是第一個暫穩(wěn)態(tài)。態(tài)。 CCCCCUUU323113CCU第

9、7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當電容當電容C上的電壓上的電壓UC略微超過略微超過 時時(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 時時)， RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，使輸出電壓，使輸出電壓Uo從原來的高電從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導通飽和，此時電容導通飽和，此時電容C通過通過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，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。二個暫穩(wěn)態(tài)。 CCCCCUUU3132CCU32CCU32CCU31第7章

10、 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 當電容當電容C上的電壓上的電壓UC略微超過略微超過 時時(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 時時)， RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置 0，使輸出電壓，使輸出電壓Uo從原來的高電從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導通飽和，此時電容導通飽和，此時電容C通過通過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，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。二個暫穩(wěn)態(tài)。 當當UC下降到略微低于下降到略微低于 時，時，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，又重復上述過程，再次充電，又重復上述過程，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的計算 多諧振蕩器的振蕩周期為兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，T=T1+T2。由圖7.2.3(b)UC的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間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) 多諧振蕩器應用舉例多諧振蕩器應用舉例 用兩個多諧振蕩器可以組成模擬聲響電路。適當選擇定時元件，使振蕩用兩個多諧振蕩器可以組成模擬聲響電路。適當選擇定時元件，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的復位端的復位端(4腳腳)，當，當Uo1輸出高電平時，輸出高電平時，B振蕩器才能振振蕩器才能振蕩，蕩，Uo1輸出低電平時，輸出低電平

13、時， B振蕩器被復位，停止振蕩，因此使揚聲器發(fā)出振蕩器被復位，停止振蕩，因此使揚聲器發(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。其工作過程如下： iU從 0 開始升高，當CCiUU31 時，RS 觸發(fā)器置 1，故OU=HU0；當CCiCCUUU3231時，故OU=HU0保持不變；當CCiUU32 時，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，

14、RS 觸發(fā)器置 0，0U從HU0變?yōu)镺LU，此時相應的iU幅值(CCU32)稱之為上觸發(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 時，Uo=UoL不變；當Ui下降，且 時，由于RS觸發(fā)器的RS=11，故Uo=UoL保持不變；只有當Ui下降到小于等于 時，RS觸發(fā)器置 1，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Uo從UoL變?yōu)閁oH，此時相應的Ui幅值( )稱為下觸發(fā)電平U-。 從以上分析可以看出，電路在Ui上升和下降時，輸出電壓Uo翻轉(zhuǎn)時所對應的輸入電壓值是不同的，一個為U+，另一個為U-。 這是施密特電路所具有的滯后特性，稱為回差?；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，但靈敏度相應降低。 CCiUU32CCiCCUUU3231CCU31CCU31CCUUUU31第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 2) 施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用 施密特觸發(fā)器應用很廣，施密特觸發(fā)器應用很廣， 主要有以下幾方面：主要有以下幾方面： 波形變換。波形變換?？梢詫⑦呇刈兓徛闹芷谛孕盘栕儞Q成矩形脈沖?？梢詫⑦呇刈兓徛闹芷谛孕盘栕儞Q成矩形脈沖。