第8章脈沖波形的產(chǎn)生zhao

1、第第8章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形通常，把非正弦波稱之為脈沖波。通常，把非正弦波稱之為脈沖波。按脈沖波形的形式分成矩形波、梯形波、按脈沖波形的形式分成矩形波、梯形波、階梯波、鋸齒波等。階梯波、鋸齒波等。本章主要介紹用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形本章主要介紹用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形波和利用整形電路獲得矩形波的方法。波和利用整形電路獲得矩形波的方法。一些概念一些概念集成集成555定時器及應用定時器及應用一些概念一些概念矩形脈沖波常作為時鐘信號。矩形脈沖波常作為時鐘信號。波形的好壞直接關系到電路能否正常工作。波形的好壞直接關系到電路能否正常工作。為了定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所為了

2、定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。示參數(shù)。 TTqw trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)脈沖波形參數(shù)脈沖寬度脈沖寬度脈沖幅度脈沖幅度上升時間上升時間下降時間下降時間占空比占空比q脈沖頻率脈沖頻率fTf1集成集成555定時器及應用定時器及應用集成集成555定時器的用途很廣，有雙極型（型定時器的用途很廣，有雙極型（型號最后三位為號最后三位為555）和）和CMOS型（型號最后型（型號最后四位為四位為7555）兩類電路。它們的功能、外）兩類電路。它們的功能、外引線排列完全相同。引線排列完全相同。應用：在測量與控制、家用電器和電子玩應用：在測量與控制、家用電器和電子玩具

3、等許多領域得到了廣泛的應用。具等許多領域得到了廣泛的應用。 本節(jié)主要介紹本節(jié)主要介紹5G555定時器的電路組成及工定時器的電路組成及工作原理和集成作原理和集成555定時器的應用定時器的應用電壓比較器：電壓比較器：V+V： VO= VOH ；V+V： VO= VOL V V+ VO +A集成集成555定時器及應用定時器及應用圖圖8-1為雙極型為雙極型5G555定時器的原理電路和定時器的原理電路和引腳排列圖。引腳排列圖。 C1+-C2+-VC1(VR)VC2(VS)V-C5TH6TL21R4QQRS1233圖圖8-1 集成集成5G555定時器原理圖定時器原理圖RT7D5kR1R2R3VR1VR28

4、5k5kVCC0.01F1 2 3 48 7 6 5+VCCD THV-CGND TLOUTR5G555集成集成555定時器及應用定時器及應用雙極型雙極型5G555定時器的工作原理：定時器的工作原理： C1+-C2+-VC1(VR)VC2(VS)V-C5TH6TL21R4QQRS1233圖圖8-1 集成集成5G555定時器原理圖定時器原理圖RT7D5kR1R2R3VR1VR285k5kVCC01012VCC/30102VCC/3VCC/3不變不變不變不變112VCC/3R時，振蕩周期為：時，振蕩周期為：T2.2RC石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 在許多應用場合都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定

5、性有嚴格的在許多應用場合都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴格的要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時，要求頻要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時，要求頻率十分穩(wěn)定。率十分穩(wěn)定。 上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門電路的輸入電壓上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門電路的輸入電壓上升到轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）所需要的時間，所以頻率的穩(wěn)上升到轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）所需要的時間，所以頻率的穩(wěn)定性不可能很高。定性不可能很高。第一，轉(zhuǎn)換電平本身不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第一，轉(zhuǎn)換電平本身不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第二，電路的工作方式易受干擾，使電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換提前或滯后；

6、第二，電路的工作方式易受干擾，使電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換提前或滯后；第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微的干擾都會嚴重影響振蕩周期。換電平的微小變化或輕微的干擾都會嚴重影響振蕩周期。 因此在對頻率要求很高時，必須采取穩(wěn)頻措施。因此在對頻率要求很高時，必須采取穩(wěn)頻措施。石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體特點：石英晶體特點：頻率特性穩(wěn)定，具有固有諧振頻率頻率特性穩(wěn)定，具有固有諧振頻率f0；品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。普遍采用在多諧振蕩器中接入石英晶體組成石英晶普遍

7、采用在多諧振蕩器中接入石英晶體組成石英晶體多諧振蕩器進行穩(wěn)頻。體多諧振蕩器進行穩(wěn)頻。石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器圖圖8-14 為石英晶體的阻抗頻率特性和符號。為石英晶體的阻抗頻率特性和符號。f0fx0電電感感性性電電容容性性符號符號圖圖8-14石英晶體的阻抗頻率特性與符號石英晶體的阻抗頻率特性與符號電電容容性性石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器C1vOG1C2G2圖圖8-15石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器RR11單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電電路的充放電過程來維持的，根據(jù)過程來維持的，

8、根據(jù)RC電路的不同接法，可電路的不同接法，可分為微分型和積分型。分為微分型和積分型。以以TTL與非門、與非門、RC微分電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸微分電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為例說明其工作原理。發(fā)器為例說明其工作原理。在基本在基本RS觸發(fā)器中插入一個觸發(fā)器中插入一個RC微分電路環(huán)微分電路環(huán)節(jié)就構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。節(jié)就構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖如圖8-16所示。所示。0.47kvIvO1vOvI2C0.01FR圖圖8-16 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器G1G2&輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度TW近似近似計算：計算：TW0.8(RO+R)C公式中的公式中的RO為與非門為與非門的輸出電阻，的

9、輸出電阻，RO100。tttt0000vOVTvI2vO1vI圖圖8-17單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用脈沖整形脈沖整形脈沖定時脈沖定時 脈沖延時脈沖延時脈沖整形脈沖整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的幅度和寬度脈沖的幅度和寬度是確定的，是確定的，利用這一性質(zhì)，可利用這一性質(zhì)，可將寬度和幅度不規(guī)將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖串，整形則的脈沖串，整形為寬度和幅度一定為寬度和幅度一定的脈沖串，的脈沖串，如圖如圖8-18所示。所示。 tvI0tvO0圖圖8-18 脈沖波形脈沖波形脈沖定時脈沖定時 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定

10、寬度Tw的矩形輸?shù)木匦屋敵雒}沖，利用這個脈沖去控制某電路，使其在出脈沖，利用這個脈沖去控制某電路，使其在Tw時間內(nèi)動作（或不動作），起到了定時作用。時間內(nèi)動作（或不動作），起到了定時作用。例如，利用脈沖寬度為例如，利用脈沖寬度為Tw的正矩形脈沖作為門的正矩形脈沖作為門輸入的信號輸入的信號vB，而與門的另一個輸入端信號為，而與門的另一個輸入端信號為vA。只有當矩形波只有當矩形波vB為為1的的Tw時間內(nèi)，信號時間內(nèi)，信號vA才能通才能通過與門，輸出才有脈沖，如圖過與門，輸出才有脈沖，如圖8-19所示。所示。單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路vAvBvOvI(a)邏輯圖邏輯圖vOvIvBvA(b)波形圖波形圖圖圖8-

11、19 脈沖定時電路脈沖定時電路Tw&脈沖延時脈沖延時用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出vO去觸發(fā)其它電路，去觸發(fā)其它電路，其其vO的下降沿相對于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入脈沖的下降沿相對于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入脈沖vI的下降沿就滯后了的下降沿就滯后了Tw時間，稱這個時間為時間，稱這個時間為延時。延時。邏輯圖和波形圖如圖邏輯圖和波形圖如圖8-20所示。所示。單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt圖圖8-20脈沖延時脈沖延時(a)邏輯圖邏輯圖(b)波形圖波形圖施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 圖圖8-21 是是TTL與與非門構成的施密非門構成的施密特觸發(fā)器特觸發(fā)器門門G1為反相器為反相器,

12、門門G2、G3組成基組成基本本RS觸發(fā)器，觸發(fā)器，二極管二極管D起電平偏起電平偏移作用。移作用。RSQQG1G2G3vIvOD圖圖8-21 施密特電路施密特電路1&圖圖8-22是是vI為三角波時輸出為三角波時輸出vO隨隨vI變化的變化的工作波形圖。工作波形圖。施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 RSQQG1G2G3vIvOD圖圖8-21 施密特電路施密特電路1&VOHVOLVT+=1.4VVT-=0.7VvOtt00圖圖8-22 工作波形圖工作波形圖vI施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用波形的變換與整形波形的變換與整形幅度鑒別幅度鑒別脈沖展寬電路脈沖展寬電路波形的變換與整形波形的變換與

13、整形 利用施密特觸發(fā)器可以將正弦波、三角利用施密特觸發(fā)器可以將正弦波、三角波變換成矩形波如圖波變換成矩形波如圖8-23所示所示 。vIvOVT+VT-圖圖8-23波形變換和整形波形變換和整形幅度鑒別幅度鑒別 施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信號號vI的幅度，因此它可以用來作為幅度鑒的幅度，因此它可以用來作為幅度鑒別電路。別電路。只有當脈沖信號只有當脈沖信號vI的幅度大于的幅度大于VT+的脈沖，的脈沖，電路才輸出一個脈沖，而幅度小于電路才輸出一個脈沖，而幅度小于VT+的的脈沖，電路無輸出脈沖，脈沖，電路無輸出脈沖，其工作波形圖如圖其工作波形圖如圖8-24所示。所

14、示。vIvOVT+VT-圖圖8-24幅度鑒別波形幅度鑒別波形脈沖展寬電路脈沖展寬電路 脈沖展寬電路原理圖、工作波形圖如圖脈沖展寬電路原理圖、工作波形圖如圖8-25(a)、(b)圖所示。圖所示。VCCvIvOG1RCvC (a) 原理圖原理圖vIvOvCVT+(b)波形圖波形圖圖圖8-25脈沖展開電路脈沖展開電路11作業(yè)：作業(yè)：第八章：第八章：8-1，8-2，8-4習題八答案習題八答案P225題題8-1解：由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖解：由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度寬度TW的公式可求出其值大?。旱墓娇汕蟪銎渲荡笮。篢W = 1.1RC = 1.11010330010-12 = 3.3106s =3.3

15、s習題八答案P225題題8-2解：由多諧振蕩器的計算公式得：解：由多諧振蕩器的計算公式得：tw1=0.7(R1+R2)C=0.7(10+2)10347010-12=3.948stw2=0.7R2C =0.7210347010-12=0.658sT=tw2+tw1=0.7(R1+2R2)C=4.606s857. 07614122)2(7 . 0)(7 . 021212121 RRRRCRRCRRq習題八答案P225題題8-3解：解：P165圖圖8-26(a)中中555定時器的接法定時器的接法為施密特觸發(fā)器為施密特觸發(fā)器vB=0時，時，vo=vF=0。vB=5V時，構成施密特觸發(fā)器的非門。時，構成

16、施密特觸發(fā)器的非門。vA為矩為矩形波，所以，波形如圖所示。形波，所以，波形如圖所示。vFvBvA題題8-3波形圖波形圖習題八答案P225題題8-4解：解：555、R1、R2、C構成多諧振蕩器。構成多諧振蕩器。但只有但只有T導通時，導通時，1腳才接地，多諧振蕩器才振腳才接地，多諧振蕩器才振蕩，發(fā)光二極管才發(fā)光，否則蕩，發(fā)光二極管才發(fā)光，否則555不工作，發(fā)不工作，發(fā)光二極管不發(fā)光。光二極管不發(fā)光。當當vx超過某一值時，穩(wěn)壓管導通，使晶體管超過某一值時，穩(wěn)壓管導通，使晶體管T導通，從而導通，從而555定時器的定時器的1腳接地，多諧振蕩器腳接地，多諧振蕩器振蕩，使二極管發(fā)出閃爍的光。否則發(fā)光二極振蕩，使二極管發(fā)出閃爍的光。否則發(fā)光二極管不亮。管不亮。習題八答案P225題題8-5解：解：555定時器構成施密特觸發(fā)器的定時器構成施密特觸發(fā)器的電路是一定的，電路是一定的，6腳和腳和2腳接到一起作為輸入端。腳接到一起作為輸入端。此時選擇此時選擇