1、第七章 脈沖波形的產生與變換 第七章第七章 脈沖波形的產生與變換脈沖波形的產生與變換 7.1 概述概述7.2 555定時電路定時電路 7.3 單穩態電路單穩態電路 7.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 7.5 施密特電路施密特電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.1 概概 述述 CSRuO(a)RC TSCSRuO(b)RC TSRC TS圖 7 1 RC暫態電路波形 第七章 脈沖波形的產生與變換 惰性電路產生的暫態過程，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，該方程是脈沖波形計算的重要依據。三要素即起始值X(0+)、趨向值X()和時間常數，若三要素已知，則得方程 )()

2、()0()(1)()0()()(tXXXnteXXXtXt或 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.2 555定時電路定時電路 7.2.1 基本組成基本組成 UDDR8ATHCO65UARBUBTR2RD7USS1V1R4Q1Q111OUT3(a)USS18UDD234567OUTDTHCORTR(b)1圖 7 2 CC7555集成定時電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 1. 分壓器分壓器 分壓器由3個5k電阻R組成，它為兩個電壓比較器提供基準電平。當5腳懸空時，電壓比較器A的基準電平為 ，比較器B的基準電平為 。改變5腳的接法可改變比較器A、B的基準電平，如5腳通過電阻10k接地，則基準電平分別

3、為 和 。5腳也可另接小于等于UDD的電源，如采用 和 ，則5腳通過一個電容0.010.1F電容接地，以防干擾信號影響5腳電壓值。 DDU32DDU31DDU21DDU41DDU32DDU31第七章 脈沖波形的產生與變換 2. 比較器比較器 比較器A、B是兩個結構完全相同的高精度電壓比較器。A的輸入端為引腳6高觸發端，當 時，A端輸出為高電平，即邏輯“1”；當 時，A輸出為低電平， 即邏輯“0”。B的輸入端為引腳2低觸發端，當 時，B輸出為低電平，即邏輯“0”；當 時，B輸出為高電平，即邏輯“1”。A、B的輸出直接控制基本RS觸發器的動作。 DDUU326DDUU326DDUU312DDUU3

4、12第七章 脈沖波形的產生與變換 RS觸發器由兩個或非門組成，它的狀態由兩個比較器輸出控制，根據基本RS觸發器的工作原理， 就可以決定觸發器輸出端的狀態。 3. 基本基本RS觸發器觸發器第七章 脈沖波形的產生與變換 4. 開關放電管和輸出緩沖級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動能力，一般可驅動兩個TTL門電路。 同時，輸出級還起隔離負載對定時器影響的作用。 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.2.2 工作原理及特點工作原理及特點 表表 7 1 555定時器功能表定時器功能

5、表 第七章 脈沖波形的產生與變換 CC7555定時器電路具有靜態電流較小(80A左右)，輸入阻抗極高(輸入電流僅為0.1A左右)，電源電壓范圍較寬(在318 V內均正常工作)等特點。其最大功耗為300mW。 和所有CMOS集成電路一樣，在使用時，輸入電壓uI應確保在安全范圍之內，即滿足下式條件：USS-0.5VuIUDD+0.5V 555定時電路除了CMOS型之外，還有TTL型，如5G555(NE555)。它的工作原理與CC7555沒有本質區別， 但其驅動電流可達 200 mA。 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.3 單單 穩穩 態態 電電 路路 7.3.1 電路組成電路組成 RAUABUBV

6、1Q1Q111uO(a)0.01 FCuIUDDuIUDD13UDD13UDD23uCUDDTWuO(b)1圖 7 - 3CC7555構成的單穩態電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.3.2 工作原理工作原理 靜止期：觸發信號uI處于高電平，電路處于穩態，根據555工作原理知道uO為低電平，放電管V導通，定時電容C兩端電壓uC=0。 工作期：外界觸發信號uI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uO為高電平，且放電管截止，電源UDD通過定時電阻R對定時電容充電，這是一個暫態問題，只要寫出三要素即可。 三要素如下： DDU31第七章 脈沖波形的產生與變

7、換 RCUuuDDCC)(0)0( 由于比較器A、B的存在，uC不可能充至UDD。當uC充至大于 ，但小于 時，UA=UB均為低電平， RS觸發器處于保持態，即Q=1, ，電路仍處于uO=高電平，放電管仍處于截止，電容繼續充電。當時，UA=1，UB=0，則Q=0，Q=1，uO=0，放電管導通， 電容通過放電管很快放電，進入恢復期。由于外界觸發脈沖加進來，電路uO由低電平變為高電平到再次變為低電平這段時間就是暫穩態時間，其暫穩態時間TW計算如下： DDU31DDU32DDCUu320Q第七章 脈沖波形的產生與變換 RCnRCUUUnRCTuuuunRCTDDDDDDWCCCCW1 . 13132

8、01)()()0()(1第七章 脈沖波形的產生與變換 RpR84762uICp153uOUDDC0.01 F圖 7 4 具有微分環節的單穩態電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 恢復期TR由下式決定： CrTdR)53( 其中rd為放電管導通時呈現的電阻，一般Rrd，所以恢復期很短。 第七章 脈沖波形的產生與變換 84763152uIuOUDD0.01 FCuCReRb2Rb1(a)uIuCuO(b)V圖 7 5 線性鋸齒波電路 tCCtCIdtiCu001第七章 脈沖波形的產生與變換 7.4 多多 諧諧 振振 蕩蕩 器器 trtfTWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm圖 7 6 描述矩

9、形脈沖特性的指標 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.4.1 電路組成電路組成 R1UAUBV1Q1Q111(a)CuCUDDuOR2uOT1T2UDD13UDD23uCUDD00tt(b)1AB00圖 7 7 自由多諧振蕩器電路及工作波形 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.4.2 工作原理工作原理 由于接通電源前，電容器兩端電壓uC=0，電源剛接通時UB=1，UA=0，因而Q=1，Q=0，經輸出緩沖級后uO為高電平，放電管V處于截止。電源電壓通過R1、R2對C充電， 其暫態過程為 CRRUuuDDCC)(0)0(21（充第七章 脈沖波形的產生與變換 由于比較器A、B的存在，電容C不可能充至UD

10、D。過程如下：當 時，UB、UA均為低電平， RS觸發器狀態不變；但當 時，UA=1，UB=0，RS觸發器狀態變為Q=0, Q=1，輸出uO為低電平，放電管V導通，這段時間我們稱為第一暫穩態期。 DDCDDUuU3231DDCUu32第七章 脈沖波形的產生與變換 放電管V導通時，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進入第二暫穩態期，放電過程為 CRRuUuCDDC)0)(32)0(21（放第七章 脈沖波形的產生與變換 由于比較器A、B的存在，電容器不可能放電至0。當電容放電, 時，UA=UB=0，RS觸發器處于維持狀態， 輸出也不變；但當C繼續放電, 時，UB=1,UA=0， 這時Q=1, Q

11、=0，輸出uO為高電平，放電管截止，UDD再次對電容充電。如此反復，可輸出矩形波形。該電路的振蕩周期計算如下： DDCDDUuU3231DDCUu3121TTT第七章 脈沖波形的產生與變換 而T1和T2分別為 CRRnCRRTnCRUUnCRTnCRRUUUUnCRRTDDDDDDDDDDDD)2(7 . 021)2(2131032012132311212122221211第七章 脈沖波形的產生與變換 輸出矩形的頻率f=1/T。顯然，改變R1、R2和C值即可改變振蕩頻率。我們也可通過改變5腳電壓U5來改變比較器A、 B的參考電壓， 而達到改變振蕩頻率的目的。 在實際中常常需要調節T1和T2。這

12、樣就引進了占空比的概念：21212112RRRRTTTD第七章 脈沖波形的產生與變換 847631520.01 FuOUDDVD1CVD2RPR1R2圖 7 8 占空比可調振蕩器 第七章 脈沖波形的產生與變換 改變P但不改變R1+R2值。所以該電路振蕩周期為 7 . 0)(21 )(21CRRnT放充占空比D為 2121211RRRRTTTD第七章 脈沖波形的產生與變換 84763152A0.01 FUDDR1AR2AuO18476152B0.01 FR1BR2B5 FuO28 (a)84763152A0.01 FUDDR1AR2A8476152BR1BR2B5 FuO28 (b)RfR13u

13、O1圖 7 9 模擬聲響電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.5 施施 密密 特特 電電 路路 7.5.1 7.5.1 電路組成電路組成 84763152uIUDDAuO(a)uO0uIUTHUDD13UDD23UTLtt(b)uIUTHUTLuO(c)00圖 7 10 施密特電路 第七章 脈沖波形的產生與變換 7.5.2 工作原理工作原理 當 時，UA=0，UB=1, 輸出uO為高電平；uI增加， 滿足 時，UA=UB=0，電路維持不變，即uO=1; uI繼續增加，滿足 時，UA=1,UB=0，輸出uO由高電平變為低電平；之后uI再增加，只要滿足 ， 電路不變。如uI下降，只要滿足 ，由于UA=UB=0，電路狀態仍維持不變。只有當 時，電路才再次翻轉, uO為高電平，波形如圖 7 - 10(b)所示。由上可看出，當uI上升時，引起電路狀態改變，由高電平變為低電平的輸入電壓為 ；當uI下降時，引起電路狀態變化，由低電平變為高電平的輸入電壓為 。 這二者之差稱為回差電壓，即 DDUu311DDDDUuU32311DDUu321DDUu321DDDDUuU32311DDUu311DDTHUU32DDTLUU31TLTHTUUU第七章 脈沖波形的產生與變換 7.5.3 主要應用主要應用 1. 波形變換波形變換 通過波形變換可以將非