數(shù)電課件 第7章

第7章脈沖波形的產(chǎn)生與整形7.1概述7.2555定時(shí)器及其應(yīng)用7.1概述

7.1.1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)電路和多諧振蕩電路三種類型。

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)。7.2555定時(shí)器及其應(yīng)用7.2.1555定時(shí)器的組成與功能圖7.2.1555定時(shí)器表7.2.1555定時(shí)器的功能表

定時(shí)器的主要功能取決于兩個(gè)比較器輸出對(duì)RS觸發(fā)器和放電管V1狀態(tài)的控制。7.2.2555定時(shí)器的典型應(yīng)用1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1)工作原理

①靜止期：觸發(fā)信號(hào)沒(méi)有來(lái)到，Ui為高電平。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R向電容C充電，當(dāng)UC上升到時(shí)，RS觸發(fā)器置0，Uo=0，V1導(dǎo)通，因此電容C又通過(guò)導(dǎo)電管V1迅速放電，直到UC=0，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。這時(shí)如果Ui一直沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)來(lái)到，電路就一直處于Uo=0的穩(wěn)定狀態(tài)。②暫穩(wěn)態(tài)：外加觸發(fā)信號(hào)Ui的下降沿到達(dá)時(shí)，由于，RS觸發(fā)器Q端置1，因此Uo=1,V1截止，UCC開(kāi)始通過(guò)電阻R向電容C充電。隨著電容C充電的進(jìn)行，UC不斷上升，趨向值UC(∞)=UCC。

Ui的觸發(fā)負(fù)脈沖消失后，U2回到高電平，在期間，RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，因此，Uo一直保持高電平不變，電路維持在暫穩(wěn)態(tài)。但當(dāng)電容C上的電壓上升到時(shí)，RS觸發(fā)器置0，電路輸出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)。

③恢復(fù)期：V1導(dǎo)通后，電容C通過(guò)V1迅速放電，使UC≈0，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。

2)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：因而代入式

注意：電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它必須小于TW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于TW時(shí)，應(yīng)在U2輸入端加RiCi微分電路?？傻?)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(一般為脈寬TW)后輸出。(2)定時(shí)，產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號(hào)。

2．多諧振蕩器

R1、R2、C為外接定時(shí)元件，０.０１μF為濾波電容。該電路不需要外加觸發(fā)信號(hào)，加電后就能產(chǎn)生周期性的矩形脈沖或方波。

1)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，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓UC略低于，Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過(guò)R1、R2給電容C充電。隨著充電的進(jìn)行UC逐漸增高，但只要，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過(guò)時(shí)(即U6和U2均大于等于時(shí))，RS觸發(fā)器置0，使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過(guò)時(shí)(即U6和U2均大于等于時(shí))，RS觸發(fā)器置0，使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

當(dāng)UC下降到略微低于時(shí)，RS觸發(fā)器置1，電路輸出又變?yōu)閁o=1，V1截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，電路輸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。

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Ｔ2各為因而振蕩周期

4)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，使振蕩器A的振蕩頻率fA=1Hz，振蕩器B的振蕩頻率fB=1kHz。由于低頻振蕩器A的輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位端(4腳)，當(dāng)Uo1輸出高電平時(shí)，B振蕩器才能振蕩，Uo1輸出低電平時(shí)，B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。

3.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：圖7.2.6用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器當(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，ΔU越大，抗干擾能力越強(qiáng)，但靈敏度相應(yīng)降低。

2)施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

施密特觸發(fā)器應(yīng)用很廣，主要有以下幾方面：