脈沖波形的產(chǎn)生與變換教學文案

脈沖波形的產(chǎn)生與變換脈沖形成電路的組成應有兩大部分：惰性電路和開關。開關是用來破壞穩(wěn)態(tài)，使惰性電路產(chǎn)生暫態(tài)的。開關可用不同的電子器件來完成，如可用運算放大器，分立器件晶體三極管或場效應管，也可以用邏輯門。目前用得較多的是555定時電路。惰性電路產(chǎn)生的暫態(tài)過程，對一階問題而言，可用三要素法來描述，獲得電壓或電流隨時間變化的方程6.2555定時電路6.2.1基本組成555集成電路主要由3個5kΩ電阻組成的分壓器、兩個高精度電壓比較器A和B、一個基本RS觸發(fā)器、一個作為放電通路的管子及輸出驅(qū)動電路組成。

1．分壓器

分壓器由3個5kΩ電阻R組成，它為兩個電壓比較器提供基準電平。2．比較器

比較器A、B是兩個結(jié)構完全相同的高精度電壓比較器。3．基本RS觸發(fā)器

RS觸發(fā)器由兩個或非門組成，它的狀態(tài)由兩個比較器輸出控制，根據(jù)基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。4．開關放電管和輸出緩沖級放電管V是N溝道增強型的MOS管，其控制柵為0電平時截止，為1電平時導通。兩級反相器構成輸出緩沖級，反相器的設計考慮了有較大的電流驅(qū)動能力，一般可驅(qū)動兩個TTL門電路。同時，輸出級還起隔離負載對定時器影響的作用。6.2.2工作原理及特點THROUTDXX低（L）低（L）接通>2/3UDD>1/3UDD高（H）低（L）接通<2/3UDD>1/3UDD高（H）低（L）原狀態(tài)X<1/3UDD高（H）高（H）關斷6.3單穩(wěn)態(tài)電路6.3.1由CC7555構成的電路

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，在外界觸發(fā)脈沖的作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，然后在暫穩(wěn)態(tài)停留一段時間TW后又自動返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個寬度為TW的矩形脈沖。TW只與電路本身的參數(shù)有關，而與觸發(fā)脈沖無關。我們通常把TW稱為脈沖寬度。圖6-3CC7555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.2工作原理靜止期：觸發(fā)信號處于高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)，根據(jù)555工作原理可知為低電平，放電管V導通，定時電容C兩端電壓為0。工作期：外界觸發(fā)信號加進來，要求為負脈沖且低電平應小于，比較器輸出UB為高電平，UA為低電平，使為高電平，且放電管截止，電源通過定時電阻R對定時電容充電，這是一個暫態(tài)問題，只要寫出三要素即可。三要素如下：

為了使電路能正常工作，要求外加觸發(fā)脈沖的寬度TIW<TW，且負脈沖的數(shù)值一定要低。為此，常在輸入信號和觸發(fā)電路之間加一微分電路，如圖6-4所示。恢復期：TR由下式?jīng)Q定：

TR=(3～5)rd·C

其中rd為放電管導通時呈現(xiàn)的電阻。一般R>>rd，所以恢復期很短。圖6-4具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.3.3由門電路構成的單穩(wěn)態(tài)電路1.微分型單穩(wěn)電路(1)電路組成

門1、門2是CMOS或非門，R、C組成微分延時環(huán)節(jié)。

穩(wěn)態(tài)時，門1輸出高電平，門2輸出低電平，vi1=vi＝0，v01＝VDD、vi2＝VDD、vO2＝0。當vi由0上升到VTH

(CMOS或非門的開啟電壓)時，將引起下列正反饋過程使電路快速翻轉(zhuǎn)到門1輸出低電平時，門2輸出高電平的暫穩(wěn)狀態(tài)。隨之VDD通過R及門1的輸出電阻(驅(qū)動管導通電阻)對電容C充電，vi2逐漸升高，當vi2上升到VTH時，又會產(chǎn)生下列反饋過程(假設此時vi已回到低電平)(2)工作原理TW估算公式如下：

典型情況下2.積分型單穩(wěn)態(tài)電路(1)電路組成門1、門2是COMS或非門，R、C構成積分型延時環(huán)節(jié)。(2)工作原理穩(wěn)態(tài)時門1、門2輸出低電平。vi=1、vO1=0、vi2=0、vO=0。當vi負跳變到0時，vO1隨之跳變到高電平，但由于電容上電壓不能突變，vi2仍為0，故門2也截止，vO正跳變到高電平VDD，進入暫態(tài)；此時，電容通過R0(門1的輸出電阻)和R充電，vi2逐漸上升，當上升到VT時，門2導通，vO變成低電平，回到穩(wěn)態(tài)；當vi回到高電平后，門1導通，電容放電，電路保持穩(wěn)狀態(tài)不變。

脈沖寬度TW的估算公式和微分型電路相同，但這種電路要求輸入信號vi的脈沖寬度大于輸出脈沖vO

的寬度TW

，否則就成了反相器。6.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，電路狀態(tài)能夠自動地不斷變換，產(chǎn)生矩形波的輸出。由于矩形波中的諧波分量很多，因此這種振蕩器冠以“多諧”二字。脈沖周期T：周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖的時間間隔。有時也用頻率f=1/T表示，f表示單位時間里脈沖重復的次數(shù)。脈沖幅度Um：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度Tw：從脈沖前沿上升到0．5Um起，到脈沖后沿下降到0．5Um止的一段時間。上升時間tr：脈沖前沿從0．1Um上升到0．9Um所需的時間。下降時間tf：脈沖后沿從0．9Um下降到0．1Um所需的時間。6.4.1電路組成圖(a)是用CC7555構成的多諧振蕩器。除將A的高電平觸發(fā)端TH和B的低電平觸發(fā)端短接外，在放電回路中還串接一個電阻R2。電路中R1、R2、C均是定時元件。圖(b)為工作波形。6.4.2工作原理

自由多諧振蕩器不具有穩(wěn)態(tài)，只具有兩個暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時間長短由電路的定時元件確定，電路工作就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。其具體工作過程如下：第一暫穩(wěn)態(tài)期第二暫穩(wěn)態(tài)期該電路的振蕩周期計算如下：在實際中常常需要調(diào)節(jié)T1和T2。于是引進了占空比D的概念。圖6-11占空比可調(diào)振蕩器6.4.3與非門對稱多諧振蕩器（1）電路組成當與非門工作在轉(zhuǎn)折區(qū)時，對輸入信號有很強的放大作用，因此，只要把靜態(tài)時工作在轉(zhuǎn)折區(qū)的兩個與非門用電容耦合起來，就可以組成多諧振蕩器。圖中vK是控制端，當vK為高電平時，振蕩器振蕩；vK為低電平時，振蕩器停止振蕩。（2）工作原理假定接通電源后，門Ⅰ、門Ⅱ都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，那么只要有一點小的干擾，就會引起振蕩。例如，由于某種原因使vI1增加了一點點，就會引起下列正反饋過程從而使門Ⅰ迅速飽和導通，門Ⅱ迅速截止，電路進入一個暫穩(wěn)態(tài)。同時，電容C1開始充電，C2開始放電。由于C1同時通過R1和RF2兩個支路充電，充電速度很快，所以vI2首先升高到閾值電壓VT,從而引起下列正反饋過程-ˉ?ˉ?-?vvvv1OI12O2I因而門Ⅰ迅速截止，門Ⅱ迅速導通，電路進入另一個暫穩(wěn)狀態(tài)。這時電容C2，C1放電。根據(jù)同樣的理由，C2充電較快，所以vI1較快地升高到閾值電壓VT,并引起下次正反饋過程，使電路重新回到門Ⅰ導通、門Ⅱ截止的暫穩(wěn)態(tài)。因此，電路將不停地振蕩。據(jù)此，可畫出振蕩器各點電壓的近似波形，如右圖所示。振蕩器周期的計算：假設C1=C2=C，RO<<RF1=RF2=RF<<Ri，可估算得振蕩周期如果取VOH=3.4V、VOL=0.2V，VT=1.1V代入上式，則可得6.4.4石英晶體多諧振蕩器在對稱多諧振蕩器的C1支路串聯(lián)一個石英晶體就構成石英晶體多諧振蕩器，其振蕩頻率為石英晶體的固有頻率，具有很高的頻率穩(wěn)定性。6.5施密特電路施密特電路具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，其最主要的應用是，將變化緩慢的輸入波形，整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖。由于該電路具有滯回特性，因此抗干擾能力較強。

6.5.1電路組成將555時基電路2、6端連接，即構成施密特電路。電壓傳輸特性如圖（c）。6.5.2工作原理回差電壓

回差電壓可通過改變5管腳電壓達到。一般來講，5管腳電壓越高，回差電壓△UT越大，抗干擾能力越強，但是降低了觸發(fā)靈敏度。6.5.3主要應用1．波形變換通過波形變換可以將非矩形波變換為矩形波