第七章脉冲波形的产生和变换.docx
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第七章脉冲波形的产生和变换
第7章脉冲波形的产生与变换
■»第一节
槪述
第二节
555定时电路
»>第三节
单稳态电路
多谐振荡器
数字电路或系统中,需要各种波形,例如时钟波形,
定时信号等等。
通过脉冲信号产生电路或通过变换
电路对已有的信号进行变换,来获取所需要的波形。
)
7.1概述
脉冲波形产生机理:
儈仃怡柱原件C或L的电路存在侑态过程•即冇充放电现球,故脉冲波形的产生对以通过悄件电路的允放电形成・
川控制幵关位S及时间常数RC的方法即町衍到不同的脉冲波形。
第7*|»冲Mt形皑产*鸟夏换
以Ur为输出,当RCv"(开关转换时间)时:
可ra三耍索法來描述一阶问题,从而获得电压或电流随时间变化的方程,该方程是脉冲波形计算的重耍依据。
X(/)=;^8)+[?
^(r)—X(8)吹
//时间常数
匕式町转换成:
讪TX0)
X(oo)-X(z)
+*冲豪形的产*鸟夏换
3i
脉冲产生电路组成应有两大部分:
惰性元件和开关开关用来破坏稳态产生暂态。
开关可用不同的电子器件来完成,如运算放大器晶体管或者场效应管。
目前用的最多的是555定时电路。
721555定时器的组成与功能
越第7*Mt冲豪形的产*眉夏换孑徉沒妬!
「XIOIANUNIViR»ITV
比较器G的输入端》6(接引脚6)称为測值输入埔.于册上用TH标注,比较器
G的输入端4(接W脚2)称触发输入端,于册I:
川TR标注。
5和G的参再屯压(屯
压叱较的基准)3n和山电源—经三个5kn的电川分尿给也'勺控制电斥输入
9I
做&悬讪5=評"匕严扌%;
co^
rrt/co外接固定电丿心则U剜二Um,f7和二丄i/g•Rd为界步置0端,只翌
2
rt7?
D竭加入低电平.则菇木RS触发器就宙0,平时Rd处丁侖电平。
•PO
3*
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TH—i■
E
定时器的韦翌功能取决于两个比较器输出对RS触女薛戚4借V;讥悬%持獄"O1
X"e>;Sr.时.叱较器G输出为0.C.^fll为1.廉木RS
触发器被寛0:
Vj廿通.S输出为低电、F・
2I
X心Sv評心时,G输出为I,G输出为0・茲本RS触发器
被芒1・匕截止,S输出舄电平.
出SvrUg、口*肛时,G和C2输出句为1,则菇木RS触发器的状态保持不变,wmjv”叨。
输山状态也维持不变。
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越上土匕竺空士切林前Z
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X
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导通
1
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截止
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不变
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仞电路图;(")邈谢
1•单稳态触发器
厂1~咯
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q——
E
二C
«355
23
—q
j^aoip
③恢复期:
V「导通后,电容C通过匕迅速放电,使以珂),电路乂恢奴到稳态,第二个触发信号到來时,乂重复I[述过程。
h
・T►
1
—J—■
—A
输出电压/和电容C上电压Uc的匸作波形如卜•图。
q
输出脉冲宽度Tw是何稳态的停阳时间,根据电容Q的充电过程TiJ);rkUc((r)=0Qc(8)=C/m・S=f7c(7;v)=2Ucc2=7?
C\3
Wifij代入三要索公式对得
电路对输入触发脉冲的宽度仃一定婆求,它必须小于7w。
若输入触发脉冲宽度大」:
7°时,W在”2输入端加RiG微分电路。
)砧匕伴核上扌:
XIOIANUNIViR*ITY
3)单稳触发电路的用途
①延时,将输入信号延迟一也时间(一般为脉宽心)后输出。
②定时,产牛一圧宽度的脉冲信号。
«u冲豪形46产£眉夏换
)砧匕伴核上扌:
XIOIANUNIViR*ITY
7.4多谐振荡器
用555定时器构成的多谐振荡器
9)电路图!
9)波形图
1)丁.作原理
多谐振荡器只冇两个新稳态。
假设出电源接通后,电路处于某一暂稳态,电容Q上电床a为0,/输出M电平,V,哉止,电源Uu通过尺I、陌给电容C充电。
随看充电的进行
10
以;逐渐増高,但只耍输出电压/就一直保持高电平不变,这就是第一个斩稳态。
呷电容C上的电斥/略微超过时(即4和4均大于等93
于jUy时),RS触发器置0,便输出电压/从原來的离电平翻转到低电半,tl|Jt/^=0.V「导通饱和,此时电容C通过心和V|放电。
随若电容C放电,a下降,但只要,
U訶&克保持飙泮•不变,这就是第二个rr稳态。
、讥卜降到略微低于时,RS触发器置1,电路输
岀乂变为U=i.V|截止,莎泣7再次充电,乂車复上述过程,电路输出便得到周期件的矩形脉冲。
其工作波形如询图。
*7璨g冲連形46产£岛妄換
~2)振荡周期〃【勺计算
多谐振荡器的振荡周期为两个莉稳态的持续时间.7'=r,+r,o由图8・5(b)a的波形求紂电容C的充电时间刀和放电时间八各为
■
Ug-Rec
7;=(R\+&)Cbl=(R\+RJChr2=0.7(/?
+RJC
"■■
0-松
7;=R.Chl——4=RcCin2=0.7凡C
0—%
因而振荡周期T=T\+T2=O・7(©+2RJC
*7璨g冲連形46产£岛妄換
3)占空比可调的多谐振荡器
图片空比町调的多谐振荡器
XIOIANUNIVERSITY电容C的充电路径为UclR\7lJ地,因而7'|=0.7/?
jCo
电容C的放电路径为JTlRl放电管Vl地,因而门=0・7/?
2(7。
振荡周期为
T=T\+7^=0・7(/?
|+/?
2)C
山空比为
d=¥=聶’
第7*冲it形46产*岛夏换
4)多谐振荡器应用举例
用两个参谐振荡器町以组成如图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:
Za=1Hz,振荡器B的振荡频率屁=IkHzoIIIJ-低频振荡器A的输出接至W频荡器B的父位端(4脚),当输出高电平时,B振荡器才能振荡,输出低电半时,B振荡器被复位,停止振荡,伙1此便扬声器发出IkHz的间姝声响。
其工作波形如图所示。
m555定时器构成的模拟声响发器
(d)电路图:
(切波形图
图中S(TH)和^(TR)端直接连在一起作为触发电平输入端。
若在输入端6加三角波,则可在输出端得到如图8-8(历所示的矩形脉冲。
其工作过程如下:
5从0开始升厲,肖时,RS触发器置1,故I93
S=s屮当时,/?
5=11,故/=Sh保持
不变:
^u.>-u时,电路发‘匸翻转,RS触发器置0,r3
U。
从u°H变为u°L,此时相应的q幅值(Zug)称为上触发
电平S。
越冲豪形皑产*眉夏换溜矽垮老孑伴沒上孚
*XIOIANUNIViRftITV
当Uj>pUCC时,〃o="oL不变;当卜降,」丄2〃ccVSV討g时,由于Rs触发器的殆=11,故C/f/l保持不变厂只彳f当5卜降到小丁-等」*Sr时,RS触发器置1,电路发牛翻转,UN%变为U閔,此府相应的4幅值(1%)称为下触发电平f/.°
3
从以上分析町以看出,电路在上升和下降时,输出电床
5翻转时所对应的输入|乜压值是不同的,一个为□+,另一个为U。
这足施密特电路所貝有的滞后特性,称为M差。
回差电压&U=U-〃=Lu「r。
电路的电用传输特性如图8-8(c)所示。
改变电压控制端山0(5脚)的电压值便町改变WI差电压,一般Ug越高,△〃越人,抗「扰能力越强,但灵敏度相应降低。
2)施密特触发器的W用
施密特触发器应川很广,主要有以下儿方而:
①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。
②脉冲幣形。
将不规则的电压波形黠形为矩形波。
若适当增大回差电压,町捉心可电路的抗I:
扰能力。
图8-9(a)为顶部有I:
扰的输入信号,图8-9(b)为冋差电压较小的输出波形,图&9(c)为冋差电压大丁•顶部干扰时的输出波形。
③幅值选样。
图8-10是将一系列幅度不同的脉冲佶号加到施密特触发器输入端的波形,只自那些幅度人于上tt发电平4的脉冲才在输岀端产生输出信号。
因此,通过这一方法町以选出幅度人于U+的脉冲,即対幅度可以进行鉴別。
此外,施密特触发器还町以构成多谐振荡器等,足应用较广泛的脉冲电路。
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V|截丄,Sc开始通过电阻Rl电的进行,t/c不断上升,趋向
q的触发负脉冲消失后,4冋到岛电半,/
^6<|^cc期间,RS触发器状态保持不变,因此,U。
…肖保持同电平不变,电路维持在暂稳态。
但当电容CI:
的电压上升到时,RS触发器¥¥0,电路输出乂
=0,匕导通,此I#行稳态便结束,电路将返回到初始的稳态。
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