第9章脉冲产生电路LJ.ppt

1、第9章 脉冲波形的产生与整形,9.1 概述 9.2 555定时器及其应用,9.1 概 述,9.1.1 脉冲产生电路和整形电路的特点,1、获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。 2、脉冲产生电路能够直接产生矩形脉冲或方波，它由开关元件和惰性电路组成，开关元件的通断使电路实现不同状态的转换，而惰性电路则用来控制暂态变化过程的快慢。 ,3、典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发 电路和多谐振荡电路三种类型。 （1）双稳态触发电路具有两个稳定状态，两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成。 （

2、2）单稳态触发电路只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态，从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发，从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的，暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数。 （3）多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形，它的状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。因此它没有稳定状态，只有两个暂稳态。,4、脉冲整形电路能够将其它形状的信号，如正弦波、三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。 施密特触发器就是常用的整形电路，它有两个特点： 能把变化非常缓慢的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲； 有两个触发电平，当输入信号达到某一额定值时，电路状态就会转换，因此它属于电平触发的

3、双稳态电路。,9.1.2 脉冲电路的基本分析方法,图 9-1 RC开关电路, 开关转至1的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。 暂态过程结束后，流过电容器的电流iC()为0，即电容器相当于开路。 电路的时常数=RC, 决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压(或电流)随时间变化的方程为,如果U(tM)=UT，它是U(0+)和U(）之间的某一转换值，那么从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM(见图9-2)可用下式计算：,图 9-2 从U(0+)到UT所经历的时间tM,开关转至2，电容放电。整个过程就是个积分电路。,脉冲产生电路由惰性元件和

4、开关两部分，开关是用来破坏稳态，产生暂态。开关可以用不同器件完成：运放、三极管、场效应管、门电路，目前用得最多的是555定时器。,9.2 555 定时器及其应用,9.2.1 555 定时器的组成与功能,图 9-3 555 定时器 (a) 电路结构； (b) 引脚图,电路符号,1、触发器：RD为异步置 0 端，只要在RD端加入低电平，则基本RS触发器就置 0， 输出vo为低电平，平时RD处于高电平。 2、分压器：电源UCC经三个5k的电阻分压，当控制电压输入端UCO悬空时， ， ； 若UCO外接固定电压，则 。 3、比较器：比较器C1的输入端U6(接引脚 6)称为阈值输入端，手册上用TH标注，比

5、较器C2的输入端U2(接引脚2)称触发输入端，手册上用TR标注。C1和C2的参考电压(电压比较的基准)UR1和UR2由电源UCC经三个5k的电阻分压给出。,定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放电管V1状态的控制。 当 时，比较器C1输出为 0，C2输出为 1，基本RS触发器被置 0，V1导通，Uo输出为低电平。 当 时，C1输出为 1，C2 输出为 0，基本RS触发器被置 1，V1截止，Uo输出高电平。 当 时，C1和C2输出均为 1，则基本RS触发器的状态保持不变，因而V1和Uo的状态也维持不变。,4、放电管和输出缓冲级 反向器构成输出缓冲级，有较大的电流驱动能力（即带负载能

6、力强，还起隔离负载对定时器的影响作用。,表 9-1 555定时器功能表,触发器由或非门构成的555 定时器,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。,9.2.2 555 定时器的典型应用,1. 单稳态触发器,图 9-4 用 555 定时器构成的单稳触发器 (a) 电路图； (b) 波形图,1) 工作原理 静止期：触发信号没有来到，Ui

7、为高电平。电源刚接通时，电路有一个暂态过程，即电源通过电阻R向电容C充电， 当UC上升到 时，RS触发器置 0，Uo=0，V1导通，因此电容C又通过导电管V1迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态。这时如果Ui一直没有触发信号来到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。, 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于 ，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充电的进行，UC不断上升，趋向值UC()=UCC。 Ui的触发负脉冲消失后，U2回到高电平，在 期间，RS触发器状态保持不变，因此，Uo一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上的电

8、压上升到 时，RS触发器置 0，电路输出Uo=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的稳态。, 恢复期：V1导通后，电容C通过V1迅速放电，使UC0，电路又恢复到稳态，第二个触发信号到来时，又重复上述过程。 输出电压Uo和电容C上电压UC的工作波形如图 9-4(b)所示。,2) 输出脉冲宽度TW 输出脉冲宽度TW是暂稳态的停留时间，根据电容C的充电过程可知：,因而代入式(9-2)可得,图 9-4(a)所示电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求， 它必须小于TW。若输入触发脉冲宽度大于TW时，应在U2输入端加RiCi微分电路。,3) 单稳触发电路的用途 延时，将输入信号延迟一定时间(一般为

9、脉宽TW)后输出。 定时， 产生一定宽度的脉冲信号。,2. 多谐振荡器,图 9-5 用 555 定时器构成的多谐振荡器 (a) 电路图； (b) 波形图,1) 工作原理 多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于 ，Uo输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要 ， 输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。,当电容C上的电压UC略微超过 时(即U6和U2均大于等于 时)， RS触发器置 0，使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放

10、电。随着电容C放电，UC下降，但只要 ， Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。 当UC下降到略微低于 时，RS触发器置 1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图9-5(b)所,2) 振荡周期T的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间，T=T1+T2。由图 9-5(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间2各为,因而振荡周期,3) 占空比可调的多谐振荡器,图 9-6 占空比可调的多谐振荡器,电容C的充电路径为UCCR1V1C地，因而T1=0.7R1C。 电容C的放电路径为CV2R2放电管V地，

11、因而T2=0.7R2C。 振荡周期为,占空比为,4) 多谐振荡器应用举例 用两个多谐振荡器可以组成如图9-7(a)所示的模拟声响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率fA=1Hz， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。其工作波形如图 9-7(b)所示。,图 9-7 用 555 定时器构成的模拟声响发生器 (a) 电路图； (b) 波形图,3. 施密特触发器 1) 施密特触发器的构成与工作原理,图 9-9 用

12、 555 定时器构成的施密特触发器 (a) 电路图； (b) 波形图； (c) 电压传输特性,图中U6(TH)和U2(TR)端直接连在一起作为触发电平输入端。若在输入端Ui加三角波，则可在输出端得到如图 9-9(b)所示的矩形脉冲。其工作过程如下： Ui从0开始升高，当 时，RS触发器置 1，故Uo=UoH；当 时，RS=11，故Uo=UoH保持不变；当 时，电路发生翻转， RS触发器置 0，Uo从UoH变为UoL，此时相应的Ui幅值 称为上触发电平U+。,当 时，Uo=UoL不变；当Ui下降，且 时，由于RS触发器的RS=11，故Uo=UoL保持不变；只有当Ui下降到小于等于 时，RS触发器

13、置 1，电路发生翻转，Uo从UoL变为UoH，此时相应的Ui幅值( )称为下触发电平U-。 从以上分析可以看出，电路在Ui上升和下降时，输出电压Uo翻转时所对应的输入电压值是不同的，一个为U+，另一个为U-。 这是施密特电路所具有的滞后特性，称为回差。回差电压 。电路的电压传输特性如图9-9(c)所示。改变电压控制端UCO(5脚)的电压值便可改变回差电压，一般UCO越高，U越大，抗干扰能力越强，但灵敏度相应降低。,2) 施密特触发器的应用 施密特触发器应用很广， 主要有以下几方面： 波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。 脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。图 9-9(a)为顶部有干扰的输入信号，图 9-9(b)为回差电压较小的输出波形， 图 9-