脉冲波形产生与变换

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 脉冲波形的产生与变换,第七章 脉冲波形的产生与变换,7.1,概述,7.2 555,定时电路,7.3,单稳态电路,7.4,多谐振荡器,7.5,施密特电路,7.1,概 述,图,7 1,RC,暂态电路波形,惰性电路产生的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要素法来描述，获得电压或电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重要依据。三要素即起始值,X(0,+,),、趋向值,X(),和时间常数,，若三要素已知，则得方程,或,7.2 555,定时电路,7.2.1,基本组成,图,7 2 CC7555,集成定时电路,1.,分压器,分压器由,3,个,5k,电阻,R,组成，它为两个电压比较器提供基准电平。当,5,脚悬空时，电压比较器,A,的基准电平为 ，比较器,B,的基准电平为 。改变,5,脚的接法可改变比较器,A,、,B,的基准电平，如,5,脚通过电阻,10k,接地，则基准电平分别为 和 。,5,脚也可另接小于等于,U,DD,的电源，如采用 和 ，则,5,脚通过一个电容,0.01,0.1,F,电容接地，以防干扰信号影响,5,脚电压值。,2.,比较器,比较器,A,、,B,是两个结构完全相同的高精度电压比较器。,A,的输入端为引脚,6,高触发端，当 时，,A,端输出为高电平，即逻辑,“,1,”,；当 时，,A,输出为低电平，即逻辑,“,0,”,。,B,的输入端为引脚,2,低触发端，当,时，,B,输出为低电平，即逻辑,“,0,”,；当,时，,B,输出为高电平，即逻辑,“,1,”,。,A,、,B,的输出直接控制基本,RS,触发器的动作。,RS,触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制，根据基本,RS,触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。,3.,基本,RS,触发器,4.,开关放电管和输出缓冲级,放电管,V,是,N,沟道增强型的,MOS,管，其控制栅为,0,电平时截止，为,1,电平时导通。,两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计考虑了有较大的电流驱动能力，一般可驱动两个,TTL,门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响的作用。,7.2.2,工作原理及特点,表,7 1 555,定时器功能表,CC7555,定时器电路具有静态电流较小,(80,A,左右,),，输入阻抗极高,(,输入电流仅为,0.1A,左右,),，电源电压范围较宽,(,在,318 V,内均正常工作,),等特点。其最大功耗为,300mW,。和所有,CMOS,集成电路一样，在使用时，输入电压,u,I,应确保在安全范围之内，即满足下式条件：,U,SS,-0.5,V,u,I,U,DD,+0.5V,555,定时电路除了,CMOS,型之外，还有,TTL,型，如,5G555(NE555),。它的工作原理与,CC7555,没有本质区别，但其驱动电流可达,200 mA,。,7.3,单 稳 态 电 路,7.3.1,电路组成,图,7-3CC7555,构成的单稳态电路,7.3.2,工作原理,静止期：触发信号,u,I,处于高电平，电路处于稳态，根据,555,工作原理知道,u,O,为低电平，放电管,V,导通，定时电容,C,两端电压,u,C,=0,。,工作期：外界触发信号,u,I,加进来，要求为负脉冲且低电平应小于 ，比较器输出,U,B,为高电平，,U,A,为低电平，使,u,O,为高电平，且放电管截止，电源,U,DD,通过定时电阻,R,对定时电容充电，这是一个暂态问题，只要写出三要素即可。三要素如下：,由于比较器,A,、,B,的存在，,u,C,不可能充至,U,DD,。当,u,C,充至大于 ，但小于 时，,U,A,=,U,B,均为低电平，,RS,触发器处于保持态，即,Q,=1,，电路仍处于,u,O,=,高电平，放电管仍处于截止，电容继续充电。当,时，,U,A,=1,，,U,B,=0,，则,Q,=0,，,Q,=1,，,u,O,=0,，放电管导通，电容通过放电管很快放电，进入恢复期。由于外界触发脉冲加进来，电路,u,O,由低电平变为高电平到再次变为低电平这段时间就是暂稳态时间，其暂稳态时间,T,W,计算如下：,图,7 4,具有微分环节的单稳态电路,恢复期,T,R,由下式决定：,其中,r,d,为放电管导通时呈现的电阻，一般,Rr,d,，所以恢复期很短。,图,7 5,线性锯齿波电路,7.4,多 谐 振 荡 器,图,7 6,描述矩形脉冲特性的指标,7.4.1,电路组成,图,7 7,自由多谐振荡器电路及工作波形,7.4.2,工作原理,由于接通电源前，电容器两端电压,u,C,=0,，电源刚接通时,U,B,=1,，,U,A,=0,，因而,Q,=1,，,Q,=0,，经输出缓冲级后,u,O,为高电平，放电管,V,处于截止。电源电压通过,R,1,、,R,2,对,C,充电，其暂态过程为,由于比较器,A,、,B,的存在，电容,C,不可能充至,U,DD,。过程如下：当 时，,U,B,、,U,A,均为低电平，,RS,触发器状态不变；但当 时，,U,A,=1,，,U,B,=0,，,RS,触发器状态变为,Q,=0,Q,=1,，输出,u,O,为低电平，放电管,V,导通，这段时间我们称为第一暂稳态期。,放电管,V,导通时，电容,C,通过电阻,R,2,和放电管放电，电路进入第二暂稳态期，放电过程为,由于比较器,A,、,B,的存在，电容器不可能放电至,0,。当电容放电,时，,U,A,=,U,B,=0,，,RS,触发器处于维持状态，输出也不变；但当,C,继续放电,时，,U,B,=1,U,A,=0,，这时,Q,=1,Q,=0,，输出,u,O,为高电平，放电管截止，,U,DD,再次对电容充电。如此反复，可输出矩形波形。该电路的振荡周期计算如下：,而,T,1,和,T,2,分别为,输出矩形的频率,f,=1/T,。显然，改变,R,1,、,R,2,和,C,值即可改变振荡频率。我们也可通过改变,5,脚电压,U,5,来改变比较器,A,、,B,的参考电压，而达到改变振荡频率的目的。,在实际中常常需要调节,T,1,和,T,2,。这样就引进了占空比的概念：,图,7 8,占空比可调振荡器,改变,P,但不改变,R,1,+,R,2,值。所以该电路振荡周期为,占空比,D,为,图,7 9,模拟声响电路,7.5,施 密 特 电 路,7.5.1,电路组成,图,7 10,施密特电路,7.5.2,工作原理,当 时，,U,A,=0,，,U,B,=1,输出,u,O,为高电平；,u,I,增加，满足 时，,U,A,=,U,B,=0,，电路维持不变，即,u,O,=1;,u,I,继续增加，满足 时，,U,A,=1,U,B,=0,，输出,u,O,由高电平变为低电平；之后,u,I,再增加，只要满足 ，电路不变。如,u,I,下降，只要满足 ，由于,U,A,=,U,B,=0,，电路状态仍维持不变。只有当 时，电路才再次翻转,u,O,为高电平，波形如图,7-10(,b,),所示。由上可看出，当,u,I,上升时，引起电路状态改变，由高电平变为低电平的输入电压为 ；当,u,I,下降时，引起电路状态变化，由低电平变为高电平的输入电压为 。这二者之差称为回差电压，即,7.5.3,主要应用,1.,波形变换,通过波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。,2.,整形,通过整形可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。其应用波形图如图,7-11(,a,),所示。,图,7 11,施密特电路应用二例波形图,3.,幅值选择,对于输入是一些随机的脉冲，可以通过施密特电路将幅值大于某值的输入脉冲检测出来。其应用波形图,