02238模拟、数字及电力电子技术脉冲产生与整形

脉冲波形的产生和整形%氏d一、555定时器的电路结构与功能%氏d555电路又称为集成定时器。结构：由三个阻值为5K的电阻组成的分压器。两个电压比较器Cl、C2，基本RS触发器，放电三极管TD,缓冲器组成。Cl、C2功能：如果V+电压大于V-则比较器输出为高电平VC=1，反之输出为低电平，VC=O。比较器C1的比较电压为VR1，C2的比较电压为VR2。当VCO悬空时，VR1=1/3VCCVR2=2/3VCC，当VCO外接固定电压时，VR1=VCOVR2=1/2VCO,TD为集电极开路的三极管，为外接电容提供充放电回路。G4为输出缓冲反相器，起整形，提高带负载能力0R'D置零输入端，正常工作置高电平。工作原理：21V>一V,V>一V①当I13CCI23CC时，C1输出低电平，C2输出高电平，RS置0，TD导通，V0为低电平。21V<—V,V<一V②当I13CCI23CC时，C1输出高电平，C2输出低电平，RS置1，TD截止，V0为高电平。21V<V,V>V当I13CCI23CC时，C1输出高电平，C2输出高电平，RS保持，TD、V0都保持原来的情况。21V>一V,V<一V④当I13CCI23CC时，C1输出低电平，C2输出低'电平，RS输出Q=Q'=1,TD截止，V0为高电平。rdTHTRVOrdTHTRVOTD状态0XX低导通12_V>3cc1_V>3cc低导通12V<3cc1V>3cc不变不变、555定时器的功能表及符号VCOVO12_V>3CC1_V<3cc高截止12_V<3cc1_V<3cc高截止有两个阈值电压：2V=VR13cc1V=VR23cc随着TH端和TR'端的电压不同，其工作状态将发生变化第三节施密特触发器(SchmittTrigger)二、用555定时器构成施密特触发器将TH端和TR端并联作输入端，接输入电压ViR'CCVIVcOTHTR'VOO.OlpF■R'CCVIVcOTHTR'VOO.OlpF■GND1．VI从0逐渐升高的过程：VVC1VC2VO-V<3cc10VOH12_V_V3cc<V?<3cc11VOH保持不变2V>3cc01VOL2V即：VT+:正向阈值电压或上限阈值电压；VT+=3CC2V2.Vi从高于3CC开始下降的过程:VVC1VC2VO

12_V_V3c<VI<3cc11VOL保持不变-V<3cc10VOH1V即：VT-负向阈值电压或下限阈值电压；VT=3cc1AV=一V3．回差电压：T3cc三、施密特触发器的应用l．波形变换2l．波形变换2．脉冲整形第四节单稳态触发器一、单稳态触发器的特点：第一：它有稳态和暂稳态两个不同的工作特点第二：在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返IVIVccl．电路组成及工作原理VirQOTH—TR'Vc-VirQOTH—TR'Vc-O.OlyFC48632VoGND组成：把VI2作为触发器信号的输入端，TD、R组成的反相器输出电压V'O接到VI1,同时在VI1对地接入电容C,构成积分单稳态电路工作原理：稳态：VI=VH设TD工作在饱和状态，则：Vc=VTH=0V,555电路处于保持状态，且一定是VO=VL,这是因为若假设TD截止，则不合理。触发：VI=VL，555电路状态翻转为VO=VH,此时TD截止，VC保持0V不变。暂稳态：电容c充电—vet其三要素为：vc（o）=ov,vc（w）=vcc,z=RC自动返回当VC=2/3VCC时，555电路翻转为输出VL，而VC保持不变。④恢复由于TD导通，电容C向TD放电，使VC迅速下降为0V。2．单稳态触发器工作波形及脉冲宽度J_JL2.可第五节多谐振荡器1．电路结构及工作原理OrLlH&Lg厂IQ—LjG.LGtr—电路的原理：刚接通电源：VC=0V，VO=VH，TD截止在t1时刻VC=2/3VCC，进入暂稳态2—VC=VL,TD导通。电容C充电一VCJ在t2时刻VC=1/3VCC,555电路再次翻转。进入暂稳态12．工作波形及周期此时为暂稳态1555电路翻转。电容C充电fVCft-t-=(R+R)Cln2-V12T+VT=(R+R)Clncc

112Vcc

-V==RCln220-VRCln存20-VT-T=T+T12(R+2R)Cln212TR+Rq=1=12T+TR+2R

1212,反向阈值电压（下触【例1】用集成芯片555构成的施密特触发器电路及输入波形Vi如图5-1（,反向阈值电压（下触【例1】用集成芯片555构成的施密特触发器电路及输入波形Vi如图5-1（a、b）所示，试画出对应的输出波形Vo保持不变；当Ui三3.3V时，s=1，r=0，使Q=0（即出S=0，电压比较器A2的输出r=1（见图6.4所示）Q=1=—V=5x—〜1.7(V)，见图6.3(b)3CC3从t=0时刻开始，Ui上升，但UiV1.7V,电压比较器A2的输(V°=5V)；当1.7VVUiV3.3V时，S=1，R=1，使Q=1发电平)U=UT-N&12=5x»3.33(V)3'5kQ(1'p\5knI；4-Vcc!3SN2U=U=VT+P3CC

解：由图5-1所示集成电路定时器555内部电路结构可知，该施密特触发器的正向阈值电压（上触发电平）出对应的输出波形Vo出对应的输出波形Vo和电容上的电压波形Vc,并求暂稳态宽度toWr=1，使Q=0保持不变；当U0=OV）。Ui由4V开始下降，但当1.7VVUiV3.3V时，sr=1，使Q=0保持不变；当Ui下降到Uiv1.7V时，又恢复到s=0,r=1,Q=1。综上的述，该电路的输出波形如5-1（c）所示。【例2】用集成芯片555所构成的单稳态触发器电路及输入波形Vi如图5-3（a）、（b）所示，试画解：由图5-2所示的集成电路定时器555内部电路结构知，电容C接芯片内晶体管T的集电极。当T管的基极电压为高电平时，T管导通。在电路接通电源开始时。电源VCC通过R向C充电。当UC上升到—V时，比较器A1输3CC1出低电平，R=0；此时，输入电压Ui=5V,比较器A2输出高电平，S=1，触发器输出Q=0,Q=1o71同时，T管导通，电容C通过T放电，UC下降。当UC下降到2V>U>1V时，S=R=1，CC3CCi3CC触发器Q=0,Q=1保持不变，输出电压U0=O,就是电路的稳定状态。当Ui的下降沿到来，Ui<

12V，UCVV，比较器A1输出高电平，R=1;比较器A2输出低电平，S=0，此时触发3CCC3CC器翻转，Q=1,Q=0，输出电压U0高电平，三极管T截止，电源VCC又通过R向C充电。这样9—状态是暂稳态。当UC上升到一v(3.3V)时，比较器A1输出低电平，R=0，触发器复位，输C3CC出电压U0又变为零，电路暂稳态结束。与此同时，三极管T导通，电容C通过T放电，电路恢复到到稳态。综上所述，输出波形U0和电容C上的电压UC如图5-3(c)所示。暂稳态宽度tWU暂稳态宽度tWU(8)-U(t)RC-LnCC0~=RCU(8)-U(t)CC15-0-Ln=RCLn5-3.33«1.1RC=1.1x5.1x0.1=0.56(卩S)【例3】用集成电路定时器555所构成的自激多谐振荡器电路如图5-4(a)所示。试画出输出电压UC和电容C两端电压UC的工作波形，并求振荡频率。解：由图5-2集成电路定时器555内部电路结构，分析该电路工作原理。因为集成芯片的2.6两脚(即A2的同相输入端和A1的反相输入端)连接在电容C的上端，这个端点上的电压Uc变动,会同时导致两个比较器的输出电平改变，即同时控制R,的上端，这个端点上的电压Uc变动,2—改变。电源Vcc经过&R2给电容C充电。当Uc上升到2Vcc时，比较器A,输出低电平，r=0,123««65(HZ)(8.4+7)x10-3比较器A2输出高电平,s=1，触发器复位，Q=0,Vo=0。同时q=1，三极管T导通，电容C通过R2,T管放电。电压Uc下降，当Uc下降到1Vcc时，比较器A1输出高电平，r=1，比较器A22312输出低电平，S=0，触发器置1，Q=1，Uo=1。此时，Q=0,三极管T截止，Vcc又经过R],