數(shù)字電路_第七章_脈沖波形的產(chǎn)生與整形.

1、 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。 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。 最常用的脈沖信號(hào)是方波最常用的脈沖信號(hào)是方波( (矩形波矩形波) )。如何如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。本章討論的重點(diǎn)。脈沖電路分類脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖電路作用：脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖波形的產(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 + RC+ RC電路電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，破壞電

2、路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。產(chǎn)生暫態(tài)。控制暫穩(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)觸發(fā)器）單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路施密特電路（施密特觸發(fā)器）施密特電路（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，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，有過渡過程

3、，其時(shí)間長(zhǎng)短只與電容充放電需要時(shí)間，有過渡過程，其時(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）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路；）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路； 充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，充放電結(jié)束，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，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；電路中，各處電壓、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- -

4、-= =+ +或或本章講授本章講授1 555定時(shí)器的原理和應(yīng)用定時(shí)器的原理和應(yīng)用學(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)器是將模擬電路和數(shù)字電路集定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便成于一體的電子器件。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。單定時(shí)器單定時(shí)器雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)555555單極型單極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75557555雙定時(shí)器雙定時(shí)器雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)556556單極型單極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75567556型號(hào)：型號(hào)：

5、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)電壓比較器兩個(gè)電壓比較器: : C1C1、C2C2 ; ;一個(gè)基本一個(gè)基本RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器; ; 一個(gè)晶體管一個(gè)晶體管T T；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)反相器一個(gè)反相器等等。 1. 1.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、C2v vo o+ + +-

6、 - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccR RD D C C1 1C C2 2T T觸發(fā)觸發(fā)輸入端輸入端閾值閾值輸入端輸入端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v vo o+ + +- - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccR RD D C C1 1C C2 2T T電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5V 18V555定時(shí)器的管腳圖定時(shí)器的管腳圖12345678555VCC

7、D TH COGND TRVoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位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)比較器提供基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓: : 分別為分別為 和和 。Vcc32Vcc31vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T001導(dǎo)通,01時(shí)0 ) 1 ( T ， VoQ： RD vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2/3VCC1/3 V

8、CC00011。、，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/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

9、 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 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 2/3 VCCVCC1/32/3V2/3VCCCC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

10、 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 VCCVCC1/31/3 VCC V

11、CC0 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2/3VCC tvi00vCt0vot 自動(dòng)返回自動(dòng)返回（V VI I1 1）: : 由以上過程可以由以上過程可以看出看出 : 每來一次負(fù)每來一次負(fù)脈沖脈沖 , vo 便輸出一便輸出一個(gè)正脈沖個(gè)正脈沖,其寬度其寬度 tW 由由 R C 決定決定 。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tw wt tw w是是VcVc從從0 0指數(shù)上升到指數(shù)上升到2V2VCCCC/3/3時(shí)所需

12、的時(shí)間時(shí)所需的時(shí)間注意注意: :t tw w寬度的增加，將降低定時(shí)精度和穩(wěn)度。寬度的增加，將降低定時(shí)精度和穩(wěn)度。 t tw w 的范圍為幾秒到幾分鐘。的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3VCCtvi00vC0votttW0)0(=+cvCCcVv=)(CCcVtv32)(=t tw wCCCCCCCCCCVVVRCtVVVVRC320ln)()()0()(ln-=-=+1.1RC1.1RC單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用一般用于一般用于（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、 幅度都相等的波形）幅度都相等的波形）（把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)

13、間后輸出）（把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出）uo&uiuAuo(a) 電 路 示 意 圖(b) 波 形 圖單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器uououiuAtpuiuotp單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)微分微分限幅限幅twtwtwacbd2/3VccvCvI(S)vO 在充電過程中（在充電過程中（C1=1C1=1）, ,如如V VI I再次觸發(fā)再次觸發(fā),C2=10,Q,C2=10,Q仍保持為仍保持為1 1，電路狀態(tài)不變（電路狀態(tài)不變（T T 截止，截止，C C保持充電狀態(tài)）。保持充電狀態(tài)）。多次觸發(fā)時(shí)的情況：多次觸發(fā)時(shí)的情況：故該電路為故該電路為不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：vIvOVCCR

14、CvC0.01uF12348765電路圖：電路圖：可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作過程工作過程b.b.觸發(fā)時(shí)觸發(fā)時(shí): :a.a.穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí): :V VI I=1,T1=1,T1截止截止, ,電路狀態(tài)同電路狀態(tài)同普通單穩(wěn)。普通單穩(wěn)。V VI I=0=0，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，VoVo1 1V VI I=0=0期間期間,T1,T1導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容不能充電。電容不能充電

15、。V VI I=1=1后，后， T1T1截止截止, ,電容開始充電。電容開始充電?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作過程工作過程（續(xù)）（續(xù)）c.c.重復(fù)觸發(fā)時(shí)重復(fù)觸發(fā)時(shí): :當(dāng)當(dāng)VcVc2/3V2/3Vcc 2/3Vcc Q=0, Q=0, V VO O=0,=0,恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)， TT導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容放電電容放電 555 555定時(shí)器做多諧振蕩器定時(shí)器做多諧振蕩器多諧振蕩器的特點(diǎn)：多諧振蕩器的特點(diǎn)： （1 1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器；）不需外觸發(fā)的自激振蕩器； （2 2）無穩(wěn)定狀態(tài)，均

16、為暫穩(wěn)態(tài)；）無穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)； （3 3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。外接外接R1,R2,C電路：電路：+VccRDvo+-84562713RRRRbQQC1C2TR1CR2V6=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 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2 VccVcc通過通過R1R1、R2R2向向C

17、C充電充電, ,在在 V VC C 沒有充電到?jīng)]有充電到 2 2V VCCCC/3 /3 之之 前前, ,V Vo o 保持保持 1 1 不變。不變。 當(dāng)當(dāng)V VC C2 2V VCCCC /3 /3時(shí)時(shí) V Vo o由由1 1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為 0 0 。 T T 導(dǎo)通導(dǎo)通 電容電容C C 經(jīng)經(jīng)R2R2、T T放電。放電。vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3當(dāng)當(dāng)VcVc降至降至V VCCCC /3/3時(shí)，使得時(shí)，使得 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) .原理原理VCC/32VCC/3所需的時(shí)間：所需的時(shí)間：3 3/1 1V

18、 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/3/3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- - -+ +=

19、 =0.7(0.7(R R+ +R R) )C C2 21 1vOtW2tW1vc)()()0()(lntvvvvtCCCC- - -= =+ +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)C電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：充放電電路各自獨(dú)立。充放電電路各自獨(dú)立。充電回路：充電回路：tw1=RACln2放電回路：放電回路：tw2=RBCln2占空比：占空比：q=tw1/(tw1+tw2) =RA / (RA+RB) 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)R2R2來調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)占空比vOVCCR1

20、C0.01uF12348765R2R3RARB占空比可調(diào)占空比可調(diào)多諧振蕩器多諧振蕩器: : 555 555定時(shí)器做施密特觸發(fā)器定時(shí)器做施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：（1 1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，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）具有滯后電壓傳輸特性）具有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）； 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+-84562713RRRRQQC

21、1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC時(shí)，時(shí)，C1C10 0，C2C21 1，V VO O=0=0構(gòu)成構(gòu)成集電集電極開極開路型路型輸出輸出端。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，

22、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=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 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止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（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時(shí)，比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為

23、1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，以前，vo0 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。（a）當(dāng)）當(dāng) vi0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，以前， vo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。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/3VC

24、C/3（c）vi下降到下降到 VCC/3 時(shí)，比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 1、C2輸出為輸出為 0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即即 Q1、0= =Q，vo=1。此后，。此后，vi繼續(xù)下降到繼續(xù)下降到 0，但，但 vo1 的狀態(tài)的狀態(tài)不會(huì)改變。不會(huì)改變。（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時(shí)，比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為 1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，以前，vo0 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。（a）當(dāng)）當(dāng) vi0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，以前， vo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。下限閾