第6章脈沖波形的產生與整形1、命名規則

所有雙極型產品型號最后的3位數碼都是555；所有CMOS產品型號最后的4位數碼都是7555；所有雙極型雙定時器產品最后的3位數碼都是556；所有CMOS雙定時器產品最后的4位數碼都是7556；雙極型和CMOS型555定時器的功能和外部引腳的排列完全相同。一、555時基電路的封裝和命名2、常見封裝形式圖1555和556時基電路的封裝示意圖1、美國無線電公司CA555時基電路圖2CA555時基電路的內部等效電路圖二、555時基電路的電路結構及工作原理1/3VCC2/3VCC推挽式功率輸出IO=200mA圖2中的555電路可簡化為下圖3所示的等效功能電路。顯然555電路內含兩個比較器A1和A2、一個基本RS觸發器、一個驅動器和一個集電極開路的放電晶體管。圖3CA555時基電路的等效功能電路圖2/3VCC1/3VCC置位－復位觸發器2、國產雙極型定時器CB555時基電路圖4CB555時基電路的等效功能電路圖強制復位置位－復位觸發器表2CB555引出端真值表輸入輸出VI1VI2VOTD狀態0xx低導通1>2/3VCC>1/3VCC低導通1<2/3VCC>1/3VCC不變不變1<2/3VCC<1/3VCC高截止1>2/3VCC<1/3VCC高截止

1、反向型施密特觸發器符號及電壓傳輸特性圖1反向型施密特觸發器符號和下行滯回曲線由圖1可知，該電路實際上是一個具有滯后特性的反相器。圖中，VT+稱為正向閾值電平或上限觸發電平；VT-稱為負向閾值電平或下限觸發電平。它們之間的差值稱為回差電壓(滯后電壓)，用△VT表示。即有：

△VT=VT+-

VT-一、施密特觸發器特點2、同向型施密特觸發器符號及電壓傳輸特性圖2同向型施密特觸發器符號和上行滯回曲線◆輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態轉換時對應的輸入電平，與其從高電平下降過程中對應的輸入轉換電平不同。3、施密特觸發器性能上的兩個重要特點◆在電路狀態轉換時，輸出電壓波形的邊沿十分陡峭（Trigger，通過電路內部的正反饋過程）。圖1用CB555定時器接成的施密特觸發電路提高參考電壓的穩定性RARPRB二、施密特觸發器電路設計0.01μF圖2圖1電路的電壓傳輸特性由圖2知這是一個典型的反相輸出施密特觸發器。如果參考電壓由5腳外接的電壓VCO供給，則不難看出此時VT+=VCO，VT-=1/2VCO，ΔVT=1/2VCO，通過改變VCO值可以調節回差電壓的大小。三、施密特觸發器的電壓傳輸特性VT+=2/3VCCVT-=1/3VCC圖3【例1】電路【例1】圖3所示555時基電路構成了施密特觸發器電路，試回答下述問題：（1）按圖3電路連接，則電路的正負觸發閾值電壓VT+、VT-和回差電壓ΔV各應為多少伏？（2）畫出圖3電路的Vo=f(vI)曲線,若要將曲線改為上行曲線，電路應作何改動？（3）若將圖3中5腳改接VC=13.2V,則電路的VT+、VT-和回差電壓ΔV各為多少伏？四、施密特觸發器應用示例【解】：（1）由圖3電路分析可知：當vI=0時，輸出VO為高電平；當vI上升，升至2/3VCC以上時，VO變為低電平;當vI下降，且降至1/3VCC以下時，VO又返回高電平。由以上分析可知：VT+=2/3VCC=10V;VT-=1/3VCC=5V;ΔV=VT+-VT-=5V（3）若將圖3中5腳改接VC=13.2V，則電路的VT+、VT-和回差電壓ΔV為：VT+=VC=13.2V;VT-=1/2VC=6.6V;ΔV=VT+-VT-=6.6V（2）圖3電路的Vo=f(vI)曲線如下圖(a)：若要將曲線改為上行曲線，其它參數都不變，最簡單的方法是在555時基電路的輸出端加一反相器電路，這樣電壓傳輸特性就變為上行滯回曲線（如圖(b)所示）。（a）（b）施密特觸發器（電路）是一種特殊的雙穩態時序電路，與一般雙穩態電路比較，它具有兩個明顯的特點：

◆施密特觸發器是一種優良的波形整形電路，因為只要輸入信號電平達到觸發電平，輸出信號就會從一個穩態轉變到另一個穩態，且通過電路內部的正反饋過程可使輸出電壓的波形變得很陡。

◆對正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閾值電平，這是施密特觸發器的滯后特性或回差特性，提高了干擾能力，可有效濾除噪聲。五、施密特觸發器的應用1、用于波形變換圖1用施密特觸發器實現波形變換脈沖展寬2、用于脈沖整形傳輸線上電容較大傳輸線較長阻抗不匹配其它脈沖疊加的噪聲3、用于脈沖鑒幅4、構成多諧振蕩器(*)1、設計思路在555時基單元電路的外部加接幾個阻容元件，就可接成單穩態電路。它所形成的單脈沖持續寬度，可以從幾微秒到幾個小時，精密度可達0.1％。由555組成單穩態觸發器時僅需外接一個由電阻R和電容C組成的定時網絡。一、單穩態觸發器的設計定時器tw=?2、設計電路圖1用CB555定時器接成的單穩態觸發電路RCvI圖2圖1電路的電壓傳輸特性二、單穩態觸發器的電壓傳輸特性及脈寬tw

tw圖3【例1】電路【例1】圖3所示555時基電路構成了單穩態觸發器電路，試回答下述問題：（1）導出圖3電路的輸出脈寬tW的計算公式，并計算R=10kΩ，C=0.01μF時，tW的數值？（2）圖3電路正常工作時，對輸入VI和輸出VO的脈寬有何要求？三、應用示例【解】：（1）由圖3電路分析可得：（2）圖3電路如需正常工作，則輸入觸發脈沖VI的脈寬必須小于輸出VO的正脈寬，否則tW將不再由電路的參數決定，而僅由VI負脈寬的大小決定，且二者相等，此時電路的輸出和輸入邏輯反相，相當于一個反相器電路。由電路三要素定理可得：

◆有穩態和暫穩態兩種不同的工作狀態；◆在外接脈沖作用下，可以從穩態翻轉到暫穩態，在暫穩態維持一段時間后自動返回穩態；◆在暫穩態維持時間的長短取決于電路本身的參數，與觸發器脈沖的寬度和幅度無關。四、單穩態觸發器的特點

多諧振蕩器是一種自激性的振蕩電路。在接通電源以后，不需要外加觸發信號，就能自動地產生單一頻率和固定幅值的矩形脈沖。二、占空比固定的多諧振蕩器滯回比較器RC充放電回路1、電路結構及振蕩波型圖3施密特觸發器構成的多諧振蕩器圖4多諧振蕩器電路的電壓波形圖VT-VT+VI2、參數分析依據電路三要素法則可得：通過調節R和C的大小，可以改變振蕩周期，但不能改變占空比。分析振蕩周期T、占空比D

1、電路結構及電壓波形圖1555時基電路構成無穩態多諧振蕩器電路及輸出波形三、占空比大于50%的多諧振蕩器2、參數計算◆電路的振蕩周期T

T=t1+t2=(τ1+τ2)ln2=[(R1+R2)+R2]C?ln2=(R1+2R2)Cln2◆振蕩頻率f=1/T，即f=1.443/(R1+2R2)C◆輸出振蕩波形的占空比D為

D=t1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)當R2?R1時，則D≈50%，即輸出振蕩為方波。3、應用示例圖2【例1】電路【例1】圖2所示555時基電路構成了多諧振蕩器電路，試回答下述問題：（1）說明圖2電路振蕩時充電和放電回路的途徑，若R1=20kΩ，R2=30kΩ，C=0.02μF，電路的振蕩頻率f為多大？（2）若將圖2電路的5腳VC端接參考電壓12V，其它參數不變，電路的振蕩頻率又為多大？【解】：（1）由圖2電路分析可得充、放電的時間T1、T2的邊界條件分別如下：由電路三要素定理可得：振蕩周期為：所以振蕩頻率f為：

（2）若將圖2電路的VC端解參考電壓12V，其它參數不變，則電路充、放電的時間T1、T2的邊界條件分別如下：由電路三要素定理可得：所以振蕩頻率f為：

通過調節電位器，可以在不改變振蕩周期的情況下，改變占空比。四、占空比可調的多諧振蕩器

五、壓控振蕩器

在許多應用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩定性有嚴格的要求。例如在將多諧振蕩器作為數字鐘的脈沖源使用時，它的頻率穩定性直接影響著計時的準確性。在這種情況下，前面所講的多諧振蕩電路難以滿足要求。

——為什么？六、石英晶體多諧振蕩器1、原因分析◆這些振蕩器中門電路的轉換電平VTH本身就不夠穩定；◆這些電路的工作方式容易受干擾，造成電路轉換時間的提前或滯后；◆在電路狀態臨近轉換時電容的充、放電已經比較緩慢，轉換電平的微小變化或輕微干擾都會嚴重影響振蕩周期。2、解決方案

目前普遍采用的一種穩頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器。圖1石英晶體的電抗頻率特性和符號頻率穩定度：

3、電路設計

圖2石英晶體多諧振蕩器該振蕩器的工作頻率必然是f0。VI1VO1VI2VO2C1C274系列：0.5-1.9Kf04、電路特點

◆石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率f0

，而與外接電阻，電容無關。◆石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩定性。利用閉合回路中的正反饋作用可以產生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負反饋作用同樣也能產生自激振蕩，只要負反饋信號足夠強。環形振蕩器就是利用延遲負反饋產生振蕩的。它是利用門電路的傳輸延遲時間將奇數個反相器首尾相接而構成的。七、環形振蕩器1、電路設計圖1所示電路是一個最簡單的環形振蕩器，它由三個反相器首尾相連而組成。不難看出,這個電路是沒有穩定狀態的。因為在靜態(假定沒有振蕩時)下任何一個反相器的輸入和輸出都不可能穩定在高電平或低電乎，而只能處于高、低電平之間，所以處于放大狀態。圖1最簡單的環形振蕩器電路2、工作波形

圖2是圖1電路的工作波形圖。由圖可見，振蕩周期為T=6tpd.圖2環形振蕩器工作波形圖3、電路特點

基于上述原理可知，將任何大于、等于3的奇數個反相器首尾相連地接成環形電路，都能產生自激振蕩，而且振蕩周期為T=2ntpd。(其中n為串聯反相器的個數)。

——有何缺陷？

振蕩頻率很高，且頻率不易調節。

——怎樣改進？4、電路改進

圖3帶RC延遲電路的環形振蕩器通常RC電路產生的延遲時間遠大于門電路本身的傳輸延遲時間，所以振蕩周期主要取決于RC電路的作用。限流保護電阻◆