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1、第七章 脉冲波形的产生与变换,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
2、也可另接小于等于UDD的电源，如采用 和 ，则5脚通过一个电容0.010.1F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
3、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(80A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uI应确保在安全范围之内，即满足下式条件： USS-0.5VuIUDD+0.5V 555定
4、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uI处于高电平，电路处于稳态，根据555工作原理知道uO为低电平，放电管V导通，定时电容C两端电压uC=0。 工作期：外界触发信号uI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uO为高电平，且放电管截止，电源UDD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
5、要素如下：,图 7 4 具有微分环节的单稳态电路,恢复期TR由下式决定：,其中rd为放电管导通时呈现的电阻，一般Rrd，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,由于比较器A、B的存在，电容C不可能充至UDD。过程如下：当 时，UB、UA均为低电平， RS触发器状态不变；但当 时，UA=1，UB=0，RS触发器状态变为Q=0, Q=1，输出uO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R2和放电管放
6、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，UA=UB=0，RS触发器处于维持状态， 输出也不变；但当C继续放电, 时，UB=1,UA=0， 这时Q=1, Q=0，输出uO为高电平，放电管截止，UDD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T1和T2分别为,输出矩形的频率f=1/T。显然，改变R1、R2和C值即可改变振荡频率。我们也可通过改变5脚电压U5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T1和T2。这样就引进了占空比的概念：,图 7 8 占空比可调振荡器,改
7、变P但不改变R1+R2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，UA=0，UB=1, 输出uO为高电平；uI增加， 满足 时，UA=UB=0，电路维持不变，即uO=1; uI继续增加，满足 时，UA=1,UB=0，输出uO由高电平变为低电平；之后uI再增加，只要满足 ， 电路不变。如uI下降，只要满足 ，由于UA=UB=0，电路状态仍维持不变。只有当 时，电路才再次翻转, uO为高电平，波形如图 7 - 10(b)所示。由上可看出，当uI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uI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,