第7章脈沖波形的產(chǎn)生與整形7.1概述7.2555定時器及其應(yīng)用7.1概述

7.1.1脈沖產(chǎn)生電路和整形電路的特點

獲得矩形脈沖的方法通常有兩種：一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；另一種是對已有的信號進行整形，然后將它變換成所需要的脈沖信號。脈沖產(chǎn)生電路能夠直接產(chǎn)生矩形脈沖或方波，它由開關(guān)元件和惰性電路組成，開關(guān)元件的通斷使電路實現(xiàn)不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而惰性電路則用來控制暫態(tài)變化過程的快慢。

典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和多諧振蕩電路三種類型。

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，兩個穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的推動下才能完成。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是暫時穩(wěn)定狀態(tài)，從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)時必須由外加觸發(fā)信號觸發(fā)，從暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)是由電路自身完成的，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于電路本身的參數(shù)。

多諧振蕩電路能夠自激產(chǎn)生脈沖波形，它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要外加觸發(fā)信號觸發(fā)，而完全由電路自身完成。因此它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。7.2555定時器及其應(yīng)用7.2.1555定時器的組成與功能圖7.2.1555定時器表7.2.1555定時器的功能表

定時器的主要功能取決于兩個比較器輸出對RS觸發(fā)器和放電管V1狀態(tài)的控制。7.2.2555定時器的典型應(yīng)用1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1)工作原理

①靜止期：觸發(fā)信號沒有來到，Ui為高電平。電源剛接通時，電路有一個暫態(tài)過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當UC上升到時，RS觸發(fā)器置0，Uo=0，V1導(dǎo)通，因此電容C又通過導(dǎo)電管V1迅速放電，直到UC=0，電路進入穩(wěn)態(tài)。這時如果Ui一直沒有觸發(fā)信號來到，電路就一直處于Uo=0的穩(wěn)定狀態(tài)。②暫穩(wěn)態(tài)：外加觸發(fā)信號Ui的下降沿到達時，由于，RS觸發(fā)器Q端置1，因此Uo=1,V1截止，UCC開始通過電阻R向電容C充電。隨著電容C充電的進行，UC不斷上升，趨向值UC(∞)=UCC。

Ui的觸發(fā)負脈沖消失后，U2回到高電平，在期間，RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，因此，Uo一直保持高電平不變，電路維持在暫穩(wěn)態(tài)。但當電容C上的電壓上升到時，RS觸發(fā)器置0，電路輸出Uo=0，V1導(dǎo)通，此時暫穩(wěn)態(tài)便結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。

③恢復(fù)期：V1導(dǎo)通后，電容C通過V1迅速放電，使UC≈0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，第二個觸發(fā)信號到來時，又重復(fù)上述過程。

2)輸出脈沖寬度TW輸出脈沖寬度TW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時間，根據(jù)電容C的充電過程可知：因而代入式

注意：電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它必須小于TW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于TW時，應(yīng)在U2輸入端加RiCi微分電路?？傻?)單穩(wěn)觸發(fā)電路的用途

(1)延時，將輸入信號延遲一定時間(一般為脈寬TW)后輸出。(2)定時，產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號。

2．多諧振蕩器

R1、R2、C為外接定時元件，０.０１μF為濾波電容。該電路不需要外加觸發(fā)信號，加電后就能產(chǎn)生周期性的矩形脈沖或方波。

1)工作原理多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓UC略低于，Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過R1、R2給電容C充電。隨著充電的進行UC逐漸增高，但只要，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。

當電容C上的電壓UC略微超過時(即U6和U2均大于等于時)，RS觸發(fā)器置0，使輸出電壓Uo從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時電容C通過R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。

當電容C上的電壓UC略微超過時(即U6和U2均大于等于時)，RS觸發(fā)器置0，使輸出電壓Uo從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0，V1導(dǎo)通飽和，此時電容C通過R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。

當UC下降到略微低于時，RS觸發(fā)器置1，電路輸出又變?yōu)閁o=1，V1截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖7.2.3(b)所示。

2)振蕩周期T的計算多諧振蕩器的振蕩周期為兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，T=T1+T2。由圖7.2.3(b)UC的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間Ｔ2各為因而振蕩周期

4)多諧振蕩器應(yīng)用舉例

用兩個多諧振蕩器可以組成模擬聲響電路。適當選擇定時元件，使振蕩器A的振蕩頻率fA=1Hz，振蕩器B的振蕩頻率fB=1kHz。由于低頻振蕩器A的輸出接至高頻振蕩器B的復(fù)位端(4腳)，當Uo1輸出高電平時，B振蕩器才能振蕩，Uo1輸出低電平時，B振蕩器被復(fù)位，停止振蕩，因此使揚聲器發(fā)出1kHz的間歇聲響。

3.施密特觸發(fā)器1）施密特觸發(fā)器的構(gòu)成與工作原理用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖7.2.6（a）所示，圖中,U6(TH)和U2(TR)直接連接在一起作為觸發(fā)電平輸入端。若在輸入端Ui加三角波，則可在輸出端得到如圖7.2.6（b）所示的矩形脈沖。其工作過程如下：圖7.2.6用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器當時，Uo=UoL不變；當Ui下降，且時，由于RS觸發(fā)器的RS=11，故Uo=UoL保持不變；只有當Ui下降到小于等于時，RS觸發(fā)器置1，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Uo從UoL變?yōu)閁oH，此時相應(yīng)的Ui幅值()稱為下觸發(fā)電平U-。從以上分析可以看出，電路在Ui上升和下降時，輸出電壓Uo翻轉(zhuǎn)時所對應(yīng)的輸入電壓值是不同的，一個為U+，另一個為U-。這是施密特電路所具有的滯后特性，稱為回差?；夭铍妷?。電路的電壓傳輸特性如圖7.2.6(c)所示。改變電壓控制端UCO(5腳)的電壓值便可改變回差電壓，一般UCO越高，ΔU越大，抗干擾能力越強，但靈敏度相應(yīng)降低。

2)施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

施密特觸發(fā)器應(yīng)用很廣，主要有以下幾方面：