脉冲波形产生与变换

由于接通电源前，电容器两端电压uC=0，电源刚接 通时UB=1，UA=0，因而Q=1，Q=0，经输出缓冲级后uO 为高电平，放电管V处于截止。电源电压通过R1、R2对C 充电， 其暂态过程为
u u
C C
( (
0) )
0 U
DD
充 （ R1 R 2 )C
第七章 脉冲波形的产生与变换
由于比较器A、B的存在，电容C不可能充至UDD。过程
满 u平 变 电I继足变。路续为状当如增低态uI加下电仍u1，降平维13U 13满，；持UD足只DD之不D时要u后变1，满u。时UI32足再只U A，=增D有U0D u，加1A当=时U，U23B，UB只==D1UD0要,，A13输=U 满电1D 出,足UD路uB，Ou维=，u1为10电持由，高2313路不U 于输U电D才Du变U出DD 平1 ，A再，u=；32O次U即电由UuBD翻I=u增路高DO0转=加不电，1,，; uO为高电平，波形如图 7 - 10(b)所示。由上可看出，当uI上
R1 RP
R2 VD2
C
48 7
VD1
3
2
65 1 0.01F
UDD uO
图 7 – 8 占空比可调振荡器
第七章 脉冲波形的产生与变换
改变P但不改变R1+R2值。所以该电路振荡周期为
T (充 放 ) 1 n 2 (R 1 R 2 ) C 0 .7
占空比D为
D T1 R1R2 T1T2 R1R2
0 U
DD
RC
由于比较器A、B的存在，uC不可能充至UDD。当uC充
至大于
1 3
U
DD
，但小于
2 3 U DD
时，UA=UB均为低电平，
RS触发器处于保持态，即Q=1, Q 0 ，电路仍处于uO=高
电平，放电管仍处于截止，电容继续充电。当
uC
2 3 U DD
时，UA=1，UB=0，则Q=0，Q=1，uO=0，放电管导通，
时，A端
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
U2
1U 3
DD时，B输出为低电平，即逻辑“0”；当U2
13UDD
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。
第七章 脉冲波形的产生与变换
3. 基本RS触发器 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。
TT1T2
第七章 脉冲波形的产生与变换
而T1和T2分别为
T1
R1
R 2 C 1 n U DD
U DD
1 3
U
DD
2 3
U
DD
R 1 R 2 C 1n 2
T2
R2C 1n
0 0
2U 3 1U 3
DD DD
R2C 1n 2
T ( R1 2 R 2 ) C 1n 2 0.7 ( R1 2 R 2 )C
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。
第七章 脉冲波形的产生与变换
uI
2 3
UDD
1 3
UDD
uI
2 3
UDD
1 3
UDD
O
t
O
t
uO
uO
O (a)
t
O
t (b)
图 7 – 11 施密特电路应用二例波形图
第七章 脉冲波形的产生与变换
USS-0.5V≤uI≤UDD+0.5V 555定时电路除了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。
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.3 单 稳 态 电 路
7.3.1 电路组成
1
R
△
∞
＋
UA
A
－
≥1 Q
≥1 1
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
1 3 U DD
，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。 三要素如下：
第七章 脉冲波形的产生与变换
u u
C C
( (
0) )
–
△
第七章 脉冲波形的产生与变换
UD D
R1A
48
7
R2A
A 3 uO1
6
2
51
0.01 F
R1B
4
8
7
R2B
B
6
2
5
1
0.01 F
R1A R2A
Rf
R1
∞
－
＋
(a ) UD D
48 7
A3 6
uO 1
2
51
0.01 F
R1B
4
8
7
R2B
B3
6
2
15
(b )
uO 2
图
5 F
7
8
9
模 拟 声 响 电 路
RC 1n3
1.1RC
第七章 脉冲波形的产生与变换
Rp
R
uI Cp
C
UD D
84
7
uO
6
3
2
15 0.01 F
图 7 – 4 具有微分环节的单稳态电路
第七章 脉冲波形的产生与变换
恢复期TR由下式决定：
TR(3~5)rdC
其中rd为放电管导通时呈现的电阻，一般R>>rd， 所以恢复期很短。
第七章 脉冲波形的产生与变换
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
电容通过放电管很快放电，进入恢复期。由于外界触发脉
冲加进来，电路uO由低电平变为高电平到再次变为低电平 这段时间就是暂稳态时间，其暂稳态时间TW计算如下：
第七章 脉冲波形的产生与变换
TW
RC 1n
uC () uC (0 ) uC ( ) uC (TW )
RC
1n
U DD U DD
0
2 3
U
DD
第七章 脉冲波形的产生与变换
4. 开关放电管和输出缓冲级
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。
第七章 脉冲波形的产生与变换
第七章 脉冲波形的产生与变换
脉冲波形产生与变换
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.1 概 述
S ①
C
＋ ②
R uO
－ (a)
S ①
R ＋
②
C uO
RC＜＜TS
－
RC＜＜TS
(b)
图 7 – 1 RC暂态电路波形
RC＞＞TS
第七章 脉冲波形的产生与变换
第七章 脉冲波形的产生与变换
第七章 脉冲波形的产生与变换
u
C
(
0
)
2U 3
DD
u
C
(
)
0
放 （ R 1 R 2 ) C
第七章 脉冲波形的产生与变换
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, 13UDDuC23UDD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, uC 13UDD 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：
2U 3
DD
1 3
U，DD则5脚通过一个电
容0.01～0.1μF电容接地，以防干扰信号影响5脚电压值。
第七章 脉冲波形的产生与变换
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 输出为高电平，即逻辑“1”；当 U6
U6 2 3 U DD
2 3
U
DD
第七章 脉冲波形的产生与变换
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：
D T1 R1R2 T1T2 R12R2
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.2.2 工作原理及特点
表 7 – 1 555定时器功能表
第七章 脉冲波形的产生与变换
CC7555定时器电路具有静态电流较小(80μA左右)， 输入阻抗极高(输入电流仅为0.1μA左右)，电源电压范围 较宽(在3~18 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：
1. 分压器
分压器由3个5kΩ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
2U 3
DD
，比较器B的基准电平为
1 3
U
DD
。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10kΩ接地，
则基准电平分别为
1 2
U
DD
和1
4
U
DD
。5脚也可另接小于等
于UDD的电源，如采用
uO 2 5 F
8
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.5 施 密 特 电 路
7.5.1 电路组成
uI
uI
48 6
2 A3
UDD 23UDD
13UDD
uO
0
U来自百度文库H UTL
7
uO
51
uO t
0
t
0
UTL
UTH uI
(a)
(b)
(c)
图 7 – 10 施密特电路
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.5.2 工作原理
UDD uI
84
Re
Rb2
7
uI
2
6
V
uC
3 uO
uC
15
C
Rb1
0.01F
uO
(a)
(b)
图 7 – 5 线性锯齿波电路
uC
1 C
0tiCdtC I0t
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.4 多 谐 振 荡 器
0.9 Um
tr
tf
0.5 Um
Um
0.1 Um TW
T
图 7 – 6 描述矩形脉冲特性的指标
如下：当 13UDDuC23UDD时，UB、UA均为低电平，
RS触发器状态不变；但当
uC
2 3
U
DD
，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。
第七章 脉冲波形的产生与变换
放电管V导通时，电容C通过电阻R2和放电管放电， 电路进入第二暂稳态期，放电过程为
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.4.1 电路组成
R1 R2
1
≥1 1
△
∞
＋
UA
A
－
≥1 Q
△
∞
＋
UB
B
－
≥1 Q
UDD
1 uO
uC
2 3
UDD
1 3
UDD
0 uO
UDD
0
0
t
V uC C
(a)
T1
T2
0
t
(b)
图 7 – 7 自由多谐振荡器电路及工作波形
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.4.2 工作原理
UDD
1 uO uI
1 3
UDD
0.01 F
uI
1 3
UDD
C
△
∞
＋
UB
B
－
≥1 Q
2 3
UDD
uC
UDD
V
TW
uO
(a)
(b)
图 7 - 3 CC7555构成的单稳态电路
第七章 脉冲波形的产生与变换
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。
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uUI下TH 降32时UD，D 引起电路状态变化，由低电平变
为高电平的输入电压为
。 这U二TL 者13之UD差D 称为回差
电压，即
U TU TH UTL
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.5.3 主要应用
1. 通过波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。