第七章-脈沖波形的產(chǎn)生與變換課件

第七章脈沖波形的產(chǎn)生與變換

【教學(xué)目標(biāo)】1.了解脈沖波形的產(chǎn)生與變換的原理和工具；

2．掌握555定時(shí)電路的結(jié)構(gòu)，工作原理和波形的形成；

3．熟練認(rèn)識(shí)單穩(wěn)態(tài)、多諧震蕩器以及施密特電路，并能掌握其應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】認(rèn)識(shí)和掌握555定時(shí)電路的結(jié)構(gòu)，工作原理和波形的形成【教學(xué)難點(diǎn)】用555電路實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)電路、多諧震蕩器和施密特電路【內(nèi)容提要】7.1555定時(shí)電路

7.2單穩(wěn)態(tài)電路

7.3多諧振蕩器

7.4施密特觸發(fā)器圖7–1RC暫態(tài)電路波形

我們大家知道，含有惰性元件C或L的電路存在暫態(tài)過程，即有充放電現(xiàn)象。脈沖波形就是利用惰性電路的充放電而形成的。由于RC電路用得較多，下面就以RC惰性電路為例做以介紹。我們控制開關(guān)位置及時(shí)間常數(shù)RC，即可得到不同的脈沖波形。如圖7-1（a）所示，當(dāng)時(shí)間常數(shù)RC大大小于開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間TK，則組成微分電路，在電阻上可得窄脈沖輸出。圖7-1（b）組成積分電路，當(dāng)RC<<TK時(shí)，在電容上可得矩形波；而RC>>TK時(shí)，在電容上又可得線性掃描的波形。惰性電路產(chǎn)生的暫態(tài)過程，對(duì)一階問題而言，可用三要素法來描述，獲得電壓或電流隨時(shí)間變化的方程，該方程是脈沖波形計(jì)算的重要依據(jù)。三要素即起始值X(0+)、趨向值X(∞)和時(shí)間常數(shù)τ，若三要素已知，則得方程或7.1555定時(shí)電路

7.1.1基本組成圖7–2CC7555集成定時(shí)電路

1.分壓器分壓器由3個(gè)5kΩ電阻R組成，它為兩個(gè)電壓比較器提供基準(zhǔn)電平。當(dāng)5腳懸空時(shí)，電壓比較器A的基準(zhǔn)電平為，比較器B的基準(zhǔn)電平為。改變5腳的接法可改變比較器A、B的基準(zhǔn)電平，如5腳通過電阻10kΩ接地，則基準(zhǔn)電平分別為和。5腳也可另接小于等于UDD的電源，如采用和，則5腳通過一個(gè)電容0.01～0.1μF電容接地，以防干擾信號(hào)影響5腳電壓值。

2.比較器比較器A、B是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器。A的輸入端為引腳6高觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，A端輸出為高電平，即邏輯“1”；當(dāng)時(shí)，A輸出為低電平，即邏輯“0”。B的輸入端為引腳2低觸發(fā)端，當(dāng)時(shí)，B輸出為低電平，即邏輯“0”；當(dāng)時(shí)，B輸出為高電平，即邏輯“1”。A、B的輸出直接控制基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作。

RS觸發(fā)器由兩個(gè)或非門組成，它的狀態(tài)由兩個(gè)比較器輸出控制，根據(jù)基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。3.基本RS觸發(fā)器4.開關(guān)放電管和輸出緩沖級(jí)放電管V是N溝道增強(qiáng)型的MOS管，其控制柵為0電平時(shí)截止，為1電平時(shí)導(dǎo)通。兩級(jí)反相器構(gòu)成輸出緩沖級(jí)，反相器的設(shè)計(jì)考慮了有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，一般可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)TTL門電路。同時(shí)，輸出級(jí)還起隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器影響的作用。7.1.2工作原理及特點(diǎn)表7–1555定時(shí)器功能表

CC7555定時(shí)器電路具有靜態(tài)電流較小(80μA左右)，輸入阻抗極高(輸入電流僅為0.1μA左右)，電源電壓范圍較寬(在3~18V內(nèi)均正常工作)等特點(diǎn)。其最大功耗為300mW。和所有CMOS集成電路一樣，在使用時(shí)，輸入電壓uI應(yīng)確保在安全范圍之內(nèi)，即滿足下式條件：USS-0.5V≤uI≤UDD+0.5V555定時(shí)電路除了CMOS型之外，還有TTL型，如5G555(NE555)。它的工作原理與CC7555沒有本質(zhì)區(qū)別，但其驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。7.2單穩(wěn)態(tài)電路

7.2.1電路組成

圖7-3CC7555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路7.2.2工作原理靜止期：觸發(fā)信號(hào)uI處于高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)，根據(jù)555工作原理知道uO為低電平，放電管V導(dǎo)通，定時(shí)電容C兩端電壓uC=0。工作期：外界觸發(fā)信號(hào)uI加進(jìn)來，要求為負(fù)脈沖且低電平應(yīng)小于，比較器輸出UB為高電平，UA為低電平，使uO為高電平，且放電管截止，電源UDD通過定時(shí)電阻R對(duì)定時(shí)電容充電，這是一個(gè)暫態(tài)問題，只要寫出三要素即可。三要素如下：

由于比較器A、B的存在，uC不可能充至UDD。當(dāng)uC充至大于，但小于時(shí)，UA=UB均為低電平，RS觸發(fā)器處于保持態(tài)，即Q=1,，電路仍處于uO=高電平，放電管仍處于截止，電容繼續(xù)充電。當(dāng)時(shí)，UA=1，UB=0，則Q=0，Q=1，uO=0，放電管導(dǎo)通，電容通過放電管很快放電，進(jìn)入恢復(fù)期。由于外界觸發(fā)脈沖加進(jìn)來，電路uO由低電平變?yōu)楦唠娖降皆俅巫優(yōu)榈碗娖竭@段時(shí)間就是暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，其暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間TW計(jì)算如下：圖7–4

具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路

恢復(fù)期TR由下式?jīng)Q定：其中rd為放電管導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的電阻，一般R>>rd，所以恢復(fù)期很短。圖7–5

線性鋸齒波電路

7.3多諧振蕩器

圖7–6

描述矩形脈沖特性的指標(biāo)

7.3.1電路組成圖7–7

自由多諧振蕩器電路及工作波形7.3.2工作原理由于接通電源前，電容器兩端電壓uC=0，電源剛接通時(shí)UB=1，UA=0，因而Q=1，Q=0，經(jīng)輸出緩沖級(jí)后uO為高電平，放電管V處于截止。電源電壓通過R1、R2對(duì)C充電，其暫態(tài)過程為由于比較器A、B的存在，電容C不可能充至UDD。過程如下：當(dāng)時(shí)，UB、UA均為低電平，RS觸發(fā)器狀態(tài)不變；但當(dāng)時(shí)，UA=1，UB=0，RS觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)镼=0,Q=1，輸出uO為低電平，放電管V導(dǎo)通，這段時(shí)間我們稱為第一暫穩(wěn)態(tài)期。放電管V導(dǎo)通時(shí)，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)期，放電過程為由于比較器A、B的存在，電容器不可能放電至0。當(dāng)電容放電,時(shí)，UA=UB=0，RS觸發(fā)器處于維持狀態(tài)，輸出也不變；但當(dāng)C繼續(xù)放電,時(shí)，UB=1,UA=0，這時(shí)Q=1,Q=0，輸出uO為高電平，放電管截止，UDD再次對(duì)電容充電。如此反復(fù)，可輸出矩形波形。該電路的振蕩周期計(jì)算如下：而T1和T2分別為輸出矩形的頻率f=1/T。顯然，改變R1、R2和C值即可改變振蕩頻率。我們也可通過改變5腳電壓U5來改變比較器A、B的參考電壓，而達(dá)到改變振蕩頻率的目的。在實(shí)際中常常需要調(diào)節(jié)T1和T2。這樣就引進(jìn)了占空比的概念：圖7–8

占空比可調(diào)振蕩器改變P但不改變R1+R2值。所以該電路振蕩周期為占空比D為圖7–9

模擬聲響電路7.4施密特電路7.4.1電路組成圖7–10

施密特電路7.4.2工作原理

當(dāng)時(shí)，UA=0，UB=1,輸出uO為高電平；uI增加，滿足時(shí)，UA=UB=0，電路維持不變，即uO=1;uI繼續(xù)增加，滿足時(shí)，UA=1,UB=0，輸出uO由高電平變?yōu)榈碗娖?；之后uI再增加，只要滿足，

電路不變。如uI下降，只要滿足，由于UA=UB=0，電路狀態(tài)仍維持不變。只有當(dāng)時(shí)，電路才再次翻轉(zhuǎn),uO為高電平，波形如圖7-10(b)所示。由上可看出，當(dāng)uI上升時(shí)，引起電路狀態(tài)改變，由高電平變?yōu)榈碗娖降妮斎腚妷簽椋划?dāng)uI下降時(shí)，引起電路狀態(tài)變化，由低電平變?yōu)楦唠娖降妮斎腚妷簽椤＿@二者之差稱為回差電壓