第七章脉冲波形的产生和变换.ppt

第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换数字电路或系统中，需要各种波形，例如时钟波形，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。电路对已有的信号进行变换，来获取所需要的波形。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换第二节第二节 555定时电路定时电路第一节第一节 概述概述第三节第三节 单稳态电路单稳态电路第四节第四节 多谐振荡器多谐振荡器第四节第四节 施密特电路施密特电路第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换7.1 概述概述 脉冲波形产生机理：脉冲波形产生机理：含有惰性原件C或L的电路存在暂态过程，即有充放电现象，故脉冲波形的产生可以通过惰性电路的充放电形成。SUSUCUR用控制开关位置及时间常数RC的方法即可得到不同的脉冲波形。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换SUSUCURUCtts以UR为输出，当RCTs（开关转换时间）时：以UC为输出，当RCTs时：积分电路（方波）微分电路（窄脉冲）线性波第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 可用三要素法来描述一阶问题，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要依据。趋向值起始值时间常数上式可转换成：第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换脉冲产生电路组成应有两大部分：惰性元件和开关。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。器件来完成，如运算放大器晶体管或者场效应管。目前用的最多的是目前用的最多的是555定时电路。定时电路。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换7.2 555 定时电路定时电路7.2.1 555 定时器的组成与功能定时器的组成与功能555 定时器定时器(a)电路结构；电路结构；(b)引脚图引脚图 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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。当控制电压输入端UCO悬空时，；若UCO外接固定电压，则 。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，平时RD处于高电平。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换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 0，则基本RS触发器的状态保持不变，因而V1和Uo输出状态也维持不变。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换7.3 单稳态电路单稳态电路 1.单稳态触发器单稳态触发器 用用 555 定时器构成的单稳触发器定时器构成的单稳触发器(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换1.单稳态触发器单稳态触发器 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 1)工作原理 静止期：触发信号没有来到，Ui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。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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的工作波形如下图。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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：因而代入三要素公式可得 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。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换3）单稳触发电路的用途 延时，将输入信号延迟一定时间(一般为脉宽TW)后输出。定时，产生一定宽度的脉冲信号。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换7.4 多谐振荡器多谐振荡器 用用 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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为0，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。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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。其工作波形如前图。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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 8-5(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 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 3)占空比可调的多谐振荡器 图 占空比可调的多谐振荡器 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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V1地，因而T2=0.7R2C。振荡周期为 占空比为 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 4)多谐振荡器应用举例 用两个多谐振荡器可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 所示。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换用 555 定时器构成的模拟声响发生器(a)电路图；(b)波形图 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换7.5施密特触发器施密特触发器 用用 555 定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器(a)电路图；电路图；(b)波形图；波形图；(c)电压传输特性电压传输特性 1)施密特触发器的构成与工作原理第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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 8-8(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+。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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8-8(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。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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 8-9(a)为顶部有干扰的输入信号，图 8-9(b)为回差电压较小的输出波形，图 8-9(c)为回差电压大于顶部干扰时的输出波形。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 幅值选择。图 8-10 是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平U+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于U+的脉冲，即对幅度可以进行鉴别。此外，施密特触发器还可以构成多谐振荡器等，是应用较广泛的脉冲电路。第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换波形整形 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 幅度鉴别