脉冲波形的产生与变换(2)2022优秀文档

*,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,*,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,*,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,*,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,第六章 脉冲波形的产生与变换,6.1 概 述,6.2 555定时电路,6.3 单稳态电路,6.4 多谐振荡器,6.5 施密特电路,6.1 概 述,含有惰性元件C或L的电路存在暂态过程，即有充放电景象。脉冲波形就是利用惰性电路的充放电而构成的。,用控制开关位置及时间常数RC的方法，可得到不同的脉冲波形。,如以下图a所示，当时间常数RC远小于开关转换时间TS时，便组成微分电路，在电阻上可获得窄脉冲输出。,图(b)组成积分电路，当RCTS时，在电容上又可得线性扫描的波形。,a,b,脉冲构成电路的组成应有两大部分：惰性电路和开关。,开关是用来破坏稳态，使惰性电路产生暂态的。开关可用不同的电子器件来完成，如可用运算放大器，分立器件晶体三极管或场效应管，也可以用逻辑门。目前用得较多的是555定时电路。,惰性电路产生的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要,素法来描画，获得电压或电流随时间变化的方程,6.2 555定时电路,6.2.1 根本组成,555集成电路主要由3个5 k电阻组成的分压器、两个高精度电压比较器A和B、一个根本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。,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。,2比较器,比较器A、B是两个构造完全一样的高精度电压比较器。,3根本RS触发器,RS触发器由两个或非门组成，它的形状由两个比较器输出控制，根据根本RS触发器的任务原理，就可以决议触发器输出端的形状。,4开关放电管和输出缓冲级,放电管V是N沟道加强型的MOS管，其控制栅为0电平常截止，为1电平常导通。,两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计思索了有较大的电流驱动才干，普通可驱动两个TTL门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响的作用。,6.2.2 任务原理及特点,TH,R,OUT,D,X,X,低L,低L,接通,2/3UDD,1/3UDD,高H,低L,接通,1/3UDD,高H,低L,原形状,X,1/3UDD,高H,高H,关断,6.3 单稳态电路,6.3.1 由CC7555构成的电路,单稳态触发器只需一个稳定形状和一个暂稳态，在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间TW后又自动前往到稳态，并在输出端产生一个宽度为TW的矩形脉冲。TW只与电路本身的参数有关，而与触发脉冲无关。我们通常把TW称为脉冲宽度。,图6-3 CC7555构成的单稳态触发器,6.3.2 任务原理,静止期：触发信号处于高电平，电路处于稳态，根据555任务原理可知为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压为0。,任务期：外界触发信号加进来，要求为负脉冲且低电平应小于，比较器输出UB为高电平，UA为低电平，使为高电平，且放电管截止，电源经过定时电阻R对定时电容充电，这是一个暂态问题，只需写出三要素即可。,三要素如下：,为了使电路能正常任务，要求外加触发脉冲的宽度TIWrd，所以恢复期很短。,图6-4 具有微分环节的单稳态触发器,6.3.3 由门电路构成的单稳态电路,1.微分型单稳电路,(1)电路组成,门1、门2是CMOS或非门，R、C组成微分延时环节。,稳态时，门1输出高电平，门2输出低电平，vi1=vi0，v01VDD、vi2VDD、vO20。当vi 由0上升到VTH (CMOS或非门的开启电压)时，将引起以下正反响过程,使电路快速翻转到门1输出低电平常，门2输出高电平的暂稳形状。随之VDD经过R及门1的输出电阻(驱动管导通电阻)对电容C充电，vi2逐渐升高，当vi2上升到VTH时，又会产生以下反响过程(假设此时vi已回到低电平),(2)任务原理,TW估算公式如下：,典型情况下,(2)任务原理,稳态时门1、门2输出低电平。vi=1、vO1=0、vi2=0、vO=0。,当vi负跳变到0时，vO1随之跳变到高电平，但由于电容上电压不能突变，vi 2仍为0，故门2也截止，vO正跳变到高电平VDD，进入暂态；此时，电容经过R0(门1 的输出电阻)和R充电，vi2逐渐上升，当上升到VT时，门2导通，vO变成低电平，回到稳态；当vi回到高电平后，门1导通，电容放电，电路坚持稳形状不变。,脉冲宽度TW的估算公式和微分型电路一样，但这种电路要求输入信号vi的脉冲宽度大于输出脉冲vO 的宽度TW，否那么就成了反相器。,6.4 多谐振荡器,多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需求外加触发信号，电路形状可以自动地不断变换，产生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量很多，因此这种振荡器冠以“多谐二字。,脉冲周期T：周期性反复的脉冲序列中，两个相邻脉冲的时间间隔。有时也用频率f=1/T表示，f表示单位时间里脉冲反复的次数。,脉冲幅度Um：脉冲电压的最大变化幅度。,脉冲宽度Tw：从脉冲前沿上升到05Um起，到脉冲后沿下降到05Um止的一段时间。,上升时间tr：脉冲前沿从01Um上升到09Um所需的时间。,下降时间tf：脉冲后沿从09Um下降到01Um所需的时间。,6.4.1 电路组成,图(a)是用CC7555构成的多谐振荡器。除将A的高电平触发端TH和B的低电平触发端短接外，在放电回路中还串接一个电阻R2。电路中R1、R2、C均是定时元件。图(b)为任务波形。,回差电压可经过改动5管脚电压到达。,稳态时，门1输出高电平，门2输出低电平，vi1=vi0，v01VDD、vi2VDD、vO20。,回差电压可经过改动5管脚电压到达。,据此，可画出振荡器各点电压的近似波形，如右图所示。,素法来描画，获得电压或电流随时间变化的方程,用控制开关位置及时间常数RC的方法，可得到不同的脉冲波形。,图(a)是用CC7555构成的多谐振荡器。,如图6-16(a)所示。,静止期：触发信号处于高电平，电路处于稳态，根据555任务原理可知为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压为0。,据此，可画出振荡器各点电压的近似波形，如右图所示。,有时也用频率f=1/T表示，f表示单位时间里脉冲反复的次数。,单稳态触发器只需一个稳定形状和一个暂稳态，在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间TW后又自动前往到稳态，并在输出端产生一个宽度为TW的矩形脉冲。,1 由CC7555构成的电路,恢复期：TR由下式决议：,由于C1同时经过R1和RF2两个支路充电，充电速度很快，所以vI2首先升高到阈值电压VT,从而引起以下正反响过程,6.4.2 任务原理 自在多谐振荡器不具有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态的时间长短由电路的定时元件确定，电路任务就在两个暂稳态之间来回转换。其详细任务过程如下：,第一暂稳态期,第二暂稳态期,该电路的振荡周期计算如下：,在实践中经常需求调理T1和T2。于是引进了占空比D的概念。,图6-11 占空比可调振荡器,6.4.3 与非门对称多谐振荡器,1电路组成,当与非门任务在转机区时，对输入信号有很强的放大作用，因此，只需把静态时任务在转机区的两个与非门用电容耦合起来，就可以组成多谐振荡器。,图中vK是控制端，当vK为高电平常，振荡器振荡；vK为低电平常，振荡器停顿振荡。,2任务原理,假定接通电源后，门、门都任务在转机区，那么只需有一点小的干扰，就会引起振荡。例如，由于某种缘由使vI1添加了一点点，就会引起以下正反响过程,从而使门迅速饱和导通，门迅速截止，电路进入一个暂稳态。同时，电容C1开场充电，C2开场放电。由于C1同时经过R1和RF2两个支路充电，充电速度很快，所以vI2首先升高到阈值电压VT,从而引起以下正反响过程,v,v,v,v,1,O,I1,2,O,2,I,因此门迅速截止，门迅速导通，电路进入另一个暂稳形状。这时电容C2，C1放电。根据同样的理由，C2充电较快，所以vI1较快地升高到阈值电压VT,并引起下次正反响过程，使电路重新回到门导通、门截止的暂稳态。因此，电路将不停地振荡。据此，可画出振荡器各点电压的近似波形，如右图所示。,振荡器周期的计算：,假设C1=C2=C，RORF1=RF2=RF Ri，可估算得振荡周期,假设取VOH=3.4V、VOL=0.2V，VT=1.1V代入上式，那么可得,6.4.4 石英晶体多谐振荡器,在对称多谐振荡器的C1支路串联一个石英晶体就构成石英晶体多谐振荡器，其振荡频率为石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定性。,6.5 施密特电路,施密特电路具有两个稳定形状，其最主要的运用是，将变化缓慢的输入波形，整构成为适宜于数字电路需求的矩形脉冲。由于该电路具有滞回特性，因此抗干扰才干较强。,6.5.1 电路组成,将555时基电路2、6端衔接，即构成施密特电路。电压传输特性如图c。,6.5.2 任务原理,回差电压,回差电压可经过改动5管脚电压到达。普通来讲，5管脚电压越高，回差电压UT越大，抗干扰才干越强，但是降低了触发灵敏度。,6.5.3 主要运用,1波形变换,经过波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。,2整形,经过整形可以将一个不规那么的矩形波转换为规那么的矩形波。,如图6-16(a)所示。,3幅值选择,对于输入是一些随机的脉冲，可以经过施密特电路将幅值大于某值的输入脉冲检测出来。如图6-16(b)所示。,图6-16 施密特电路运用,a整形 b鉴幅,