第八章脈沖波形的變換與產生D講義資料

第八章脈沖波形的變換與產生數字電路中，常需要各種脈沖波形。這些波形的獲取，有兩種方法：通過波形變換獲得；由產生電路直接得到。555定時器是一種集模擬、數字一體的中規(guī)模集成電路。其應用極為廣泛。不僅廣泛應用于信號的產生（產生多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器）和變換,還常用于控制和檢測電路中。有雙極型和CMOS兩種類型的產品。前者驅動能力強（最大負載電流達200mA）；后者電源電壓范圍寬（3～18V）、功耗低、輸入阻抗高。電源Vcc(8)＆1C2閾值輸入ui1(6)Q控制電壓uiC(5)復位(4)放電端(7)RR5KΩ

UO(3)

由分壓器(三個5KΩ電阻)對電源電壓分壓，C1同相輸入端對地電位為2／3VCC，C2反相輸入端對地電位為1／3VCC。接地(1)ST

G1和G2組成基本SR鎖存器；三極管T為放電管，當T飽和時C、E極間電阻很小，C極通過E極對地放電；G3為具有緩沖作用的與非門，無復位信號時就是一反相器，UO=Q。-+R5KΩ

R5KΩ

+C1-＆＆觸發(fā)輸入ui2(2)

C1和C2為電壓比較器，當u+＞u-時輸出為1；u+＜u-時輸出為0。G1RG2G3電源Vcc(8)＆1C2閾值輸入ui1(6)Q控制電壓uiC(5)復位(4)放電端(7)RR5KΩ

UO(3)接地(1)ST

電路有八個端口，復位端除復位時為0，其余均為1；控制電壓端uiC(5)

，外接其它電源可以改變比較器的基準電壓。不使用時，為防止干擾，需0.01μF電容接地。

-+R5KΩ

R5KΩ

+C1-＆＆觸發(fā)輸入ui2(2)G1RG2G3VCC地ui21

555定時器端口圖放電UOR2384765ui1uiC一、用555定時器組成施密特觸發(fā)器（雙穩(wěn)態(tài)電路）12384765555ui0.01μFUoVCC工作原理：2)Ui繼續(xù)升高，一旦超過2∕3VCC時，定時器中C1輸出“0”，C2輸出“1”，使SR鎖存器置0（Q=0,UO=0,放電管T飽和），Ui開始下降，在未達到1∕3VCC以前，電路的這種狀態(tài)也不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)Ⅱ（0態(tài)）。6腳與2腳相接1)當ui＜1∕3VCC時，定時器C1

輸出“1”，

C2輸出“0”，使SR鎖存器置1（Q=1,UO=1,放電管T截止）ui升高，在未達到2∕3VCC以前，電路的這種狀態(tài)不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)Ⅰ（1態(tài)）；

3)Ui繼續(xù)升降低，一旦低于1∕3VCC時，定時器中C2輸出“0”，使SR鎖存器置1（Q=1,UO=1,放電管T截止）。又回到穩(wěn)態(tài)Ⅰ（1態(tài)）。

電路有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱為“雙穩(wěn)態(tài)”觸發(fā)器。電路的工作歸結為兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)和兩個穩(wěn)態(tài)之間的轉換過程

。狀態(tài)轉換完全由輸入電平控制（觸發(fā)）。電路將三角波變換為矩形波，電路是一種波形變換電路。t0uoui0t電路亦可將正弦波、鋸齒波等非矩形波變換為矩形波。

電壓傳輸特性:指輸出電壓隨輸入電壓變化的特性。施密特觸發(fā)器的傳輸特性具有“遲滯”現(xiàn)象：當輸入電壓由零開始增大時，達到時，不產生負跳變，直至增大到時，才產生負跳變；uoLuoHuo0ui同樣當輸入電壓由較大值開始減小時，達到時，不產生正跳變，直至減小到時，才產生正跳變。均有“遲滯”，曲線類似鐵磁材料的“磁滯回線”。uiuo1電路符號兩次翻轉的電壓（閾值電壓）之差，稱之為“回差”?！鱑T

=VT+-VT-

=1/3VCC?；夭钣?，抗干擾能力愈強。施密特觸發(fā)器應用：1.波形變換將緩慢變化的三角波、鋸齒波、正弦波（P405）等非矩形波變換為矩形波。12384765555VCC1uiVCC2RVCOUo1Uo2

增加了兩個電源VCC2、VCO和一個輸出端UO2。當UO為1時，T截止，R上無電壓降，UO2=VCC2，若VCC2＞VCC1，提高了輸出的幅度；VCO的引入改變了兩個比較器的比較電位，使回差調節(jié)更加方便?！鱑T

=1/2VCO。2.整形（改善脈沖波形的上升下降沿）與抗干擾消除頂部振蕩。3.幅度鑒別

如果將輸入信號視為干擾信號，并以UT+作為能夠容忍的干擾幅度，可以鑒別出超過容忍幅度的干擾信號，接入計數器后可統(tǒng)計出干擾信號的數量。

UT+UT-4.組成多諧振蕩器（P411）

二、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài):電路只有一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)和一個不穩(wěn)定的“暫態(tài)”。其工作原理主要是討論觸發(fā)翻轉后，電路自動返回的過渡過程。12384675555-+uCuiCRVCCUo0.01μF電路只有一個電阻R和電容C作為定時元件。工作原理：1、穩(wěn)態(tài)（0態(tài)）無觸發(fā)信號時，ui為高電平(＞)，電路若為0態(tài)，T導通，電容C通過T放電，使uC=0

，定時器內部比較器C1.

C2輸出均為1，電路保持為0態(tài)；電路若為1態(tài)，T截止，電源VCC通過R對C充電，當uC

＞時，比較器C1輸出為0，仍使電路輸出為0態(tài)。1284675555-+RVCCUoui3C0.01μFuC2.觸發(fā)翻轉

0態(tài)→1態(tài)在觸發(fā)脈沖（負脈沖下降沿）的作用下，電路被觸發(fā)。當觸發(fā)電位低于時，定時器內部比較器C2輸出為0，使電路輸出為1。此時T截止，電路開始定時。

3.暫穩(wěn)態(tài)：上述狀態(tài)是不穩(wěn)定的，T截止后，VCC即通過R對C充電，uC指數升高，直至uC=前夕。4.自動返回：uC一旦超過，定時器中C1輸出0，置0，暫穩(wěn)態(tài)結束。

5.恢復階段：電路置0后，電容C將通過飽和導通的放電管T放電，經過3～

5τ放的時間，C放電完畢，uC=0，電路重新回到穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)態(tài)電路又可接收新的觸發(fā)信號。

uiU0tWuCtW應注意的問題：輸入觸發(fā)脈沖的寬度必須小于電路輸出脈沖的寬度tW。為此輸入端常增加一個RC微分電路。工作波形τ充=RC，τ放=rCES·CR＞＞rCES

，τ充＞＞τ放重要參數(輸出脈沖寬度)：tW=R·C·ln3=1.1RC單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用1.定時＆uAuiuOuBtWuOuAuBui0tttt0002.延時單穩(wěn)態(tài)電路的輸出波形的下降沿比輸入波形的下降沿延遲了tW時間，且延遲時間完全由單穩(wěn)態(tài)電路的定時元件R、C調節(jié)。tWuCuiu03.整形、消除噪聲（噪聲寬度＜

tW

＜信號脈寬）（控制通過與門的脈沖數）

三、用555定時器組成多諧振蕩器123847655550.01μFuCR1VCCUoCR2-+電路有兩個電阻R1

.R2和電容C作為定時元件，定時器2、6端口相連。工作原理：1.起始狀態(tài)

接通電源前電容C上無電荷，接通電源瞬間，C來不及充電，uC=0。定時器中比較器C1輸出為1，C2輸出為0，電路為1態(tài)。放電管T截止。

2.暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ(1態(tài))：VCC通過R1.R2對C充電，直至uC=2/3VCC前夕。123847655550.01μFuCR1VCCUoCR2-+3.自動翻轉Ⅰ（1態(tài)→0態(tài)）uC電位一旦超過2/3VCC，比較器C1=0，C2=1，電路為0態(tài)。放電管T飽和導通。

4.暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ（“0”態(tài)）放電管導通，電容C通過R2→T的c.e極對地放電，直至uC降至1/3VCC前夕。5.自動翻轉Ⅱ（0態(tài)→1態(tài)）uC電位一旦低于1/3VCC，比較器C1輸出為1，C2輸出為0，電路又回到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ(1態(tài))

。C又將被充電…

電路有兩個暫穩(wěn)態(tài)，而無“穩(wěn)態(tài)”，不斷地由暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ到暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ，再由暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ，周而復始，無限循環(huán)。這種現(xiàn)象電路理論中稱為“振蕩”。傅里葉級數展開有豐富的諧波（基波頻率整數倍的正弦波）分量，故稱為“多諧振蕩器”。

tWH1∕3VCC0uCu0tWL2∕3VCCVCCT（理想放電值）（理想充電值）tWH=0.7(R1+R2)CtWL=0.7R2CT=tWH+tWL

=0.7(R1+2R2)C占空比：振蕩頻率f=1/T123847655