第8章脉冲产生和整形电路

第8章脉冲产生和整形电路8.1概述8.2555定时器的应用8.3石英晶体多谐振荡器8.4压控振荡器8.1概述在数字电路中，基本的工作信号是二进制的数字信号，数字信号的波形是高、低电平的脉冲信号，脉冲信号通常也称为方波信号，产生方波信号的方法主要是整形和振荡两种。利用模拟电路所介绍的方波发生器可以产生方波信号，利用模拟电路中所介绍的滞回电压比较器对输入的周期信号进行整形也可以获得方波信号，利用数字电路的集成门电路也可以产生方波信号。8.2555定时器的应用8.2.1555定时器的电路结构8.2.2用555定时器组成施密特触发器8.2.3用555定时器组成单稳态电路8.2.4用555定时器组成多谐振荡器8.2.5555定时器的应用电路555定时器是一个多用途的模拟—数字混合集成电路。555定时器的内部电路结构如图8-1所示。由图8-1可见，555定时器内部电路由电压比较器C1和C2，RS触发器和集电极开路的三极管T三部分组成。8.2.1555定时器的电路结构图8-1555定时器内部电路结构555定时器输出与输入的关系也可用功能表来描述，555定时器的功能表如表8-1所示。表8-1555定时器的功能表8.2.2用555定时器组成施密特触发器施密特触发器具有以下特点。①施密特触发属于电平触发，同样也适用缓慢变化的信号，当输入信号达到某一额定值时，输出电平会发生突变。②输入信号增加和减少时，电路有不同的阀值电压，其电压传输特性曲线见图8-3。用555定时器组成的施密特触发器如图8-2（a）所示。图8-2由555定时器组成的施密特电路施密特电路输出电压随输入电压变化的关系为vo=f(vi)，描述该函数关系的曲线称为电压传输特性曲线，施密特电路的电压传输特性曲线如图8-3所示。图8-3施密特电路的电压传输特性曲线图8-4施密特电路实现波形变换的工作波形图目前市场上有专用的施密特集成电路，施密特集成电路的符号如图8-2（b）所示。由图8-2（b）可见，施密特电路的符号是由非门电路的符号加上代表施密特电路电压传输特性曲线的符号组成。8.2.3用555定时器组成单稳态电路单稳态触发器具有以下特点。①电路有一个稳态和一个暂稳态。②在外加触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。③暂稳态由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后电路自动返回到稳态。暂稳态维持时间长短取决于RC电路的参数。用555定时器也可以组成单稳态电路，其电路图如图8-5所示。图8-5用555定时器组成单稳态电路单稳态电路输出电压vo=1的状态不是电路的稳定态，该状态仅在负脉冲触发信号作用后的短时间内出现，称为电路的暂稳态。单稳态电路的工作波形图如图8-6所示。图8-6单稳态电路的工作波形图利用单稳态电路所具有的暂稳态特性可以制作具有不同延迟时间的应用电路，图8-7所示为利用单稳态电路所制作的声、光控电子开关，用于楼道路灯的控制。图8-7声、光控楼道电子开关8.2.4用555定时器组成多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态电路。用555定时器组成的多谐振荡器如图8-8所示。图8-8用555定时器组成的多谐振荡器图8-9多谐振荡器的工作波形图多谐振荡器上述工作过程的波形图如图8-9所示。图8-10占空比可调的多谐振荡器输出方波信号的占空比小于或等于50%的多谐振荡器电路如图8-10所示。8.2.5555定时器的应用电路利用555定时器搭建的施密特电路、单稳态电路和多谐振荡器可以组成各种实用的电路，应用的范围很广泛，下面举几个555定时器应用的例子。由555定时器组成的救护车音频信号发生器如图8-11所示。1.用555定时器组成救护车音频信号发生器图8-11救护车音频信号发生器利用多谐振荡器输出的方波信号脉宽可调的功能可组成脉宽调制器。脉宽调制器是开关稳压电源的控制电路，利用555定时器搭建脉宽调制器，可组成最简单的开关稳压电源电路，如图8-12所示。2.555定时器在开关稳压电源中的应用图8-12最简单的开关稳压电源电路图8-13开关稳压电源输入电压增大时的稳压流程图多谐振荡器上述工作过程的波形图如图8-9所示。8.3石英晶体多谐振荡器多谐振荡器除了用上面介绍的方法来实现外，也可以利用石英晶体来实现。用石英晶体组成的多谐振荡器具有很高的振荡频率稳定性，其电路如图8-14所示。晶振在电路中的作用是选频网络，当电路的振荡频率等于晶振的固有振荡频率f0时，频率f0的信号最容易通过晶振和C2所在的支路形成正反馈，促进电路产生振荡，输出方波信号。图8-14石英晶体多谐振荡器对于TTL门电路，图8-14所示电路中电阻R1和R2的取值为0.7kΩ～2kΩ；对于CMOS门电路，电路中电阻R1和R2的取值为10MΩ～100MΩ。图8-15用CMOS器件组成的多谐振荡器当门电路为CMOS器件时，石英晶体多谐振荡器电路的组成采用如图8-15所示的形式更为简单。利用图8-15所示的电路和前面介绍的分频器可以组成电子钟所需的秒信号发生器。秒信号发生器的电路组成如图8-16所示。图8-16秒信号发生器的电路组成8.4压控振荡器压控振荡器（VoltageControlledOscillator，VCO）是一种频率随外界输入电压的变化而变化的振荡器，该振荡器广泛应用于自动控制、自动检测和通信系统中。最简单的压控振荡器可由施密特触发器组成，其电路如图8-17所示。图8-17由施密特触发器组成的VCO在图8-17所示电路中，外界的输入电压vi控制电流源输出电流Io的变化。本章介绍了产生方波信号的电路。方波信号通常由多谐振荡器产生，利用石英晶体振荡器可产生频率非常稳定的方波信号，利用压控振荡器可产生输出信号频率随输入电压变化而变化的方波信号。简单的多谐振荡器可由多功能器件555定时器组成，555定时器