02238模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)脈沖產(chǎn)生與整形

脈沖波形的產(chǎn)生和整形%氏d一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能%氏d555電路又稱為集成定時器。結(jié)構(gòu)：由三個阻值為5K的電阻組成的分壓器。兩個電壓比較器Cl、C2，基本RS觸發(fā)器，放電三極管TD,緩沖器組成。Cl、C2功能：如果V+電壓大于V-則比較器輸出為高電平VC=1，反之輸出為低電平，VC=O。比較器C1的比較電壓為VR1，C2的比較電壓為VR2。當(dāng)VCO懸空時，VR1=1/3VCCVR2=2/3VCC，當(dāng)VCO外接固定電壓時，VR1=VCOVR2=1/2VCO,TD為集電極開路的三極管，為外接電容提供充放電回路。G4為輸出緩沖反相器，起整形，提高帶負載能力0R'D置零輸入端，正常工作置高電平。工作原理：21V>一V,V>一V①當(dāng)I13CCI23CC時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，RS置0，TD導(dǎo)通，V0為低電平。21V<—V,V<一V②當(dāng)I13CCI23CC時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS置1，TD截止，V0為高電平。21V<V,V>V當(dāng)I13CCI23CC時，C1輸出高電平，C2輸出高電平，RS保持，TD、V0都保持原來的情況。21V>一V,V<一V④當(dāng)I13CCI23CC時，C1輸出低電平，C2輸出低'電平，RS輸出Q=Q'=1,TD截止，V0為高電平。rdTHTRVOrdTHTRVOTD狀態(tài)0XX低導(dǎo)通12_V>3cc1_V>3cc低導(dǎo)通12V<3cc1V>3cc不變不變、555定時器的功能表及符號VCOVO12_V>3CC1_V<3cc高截止12_V<3cc1_V<3cc高截止有兩個閾值電壓：2V=VR13cc1V=VR23cc隨著TH端和TR'端的電壓不同，其工作狀態(tài)將發(fā)生變化第三節(jié)施密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)二、用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將TH端和TR端并聯(lián)作輸入端，接輸入電壓ViR'CCVIVcOTHTR'VOO.OlpF■R'CCVIVcOTHTR'VOO.OlpF■GND1．VI從0逐漸升高的過程：VVC1VC2VO-V<3cc10VOH12_V_V3cc<V?<3cc11VOH保持不變2V>3cc01VOL2V即：VT+:正向閾值電壓或上限閾值電壓；VT+=3CC2V2.Vi從高于3CC開始下降的過程:VVC1VC2VO

12_V_V3c<VI<3cc11VOL保持不變-V<3cc10VOH1V即：VT-負向閾值電壓或下限閾值電壓；VT=3cc1AV=一V3．回差電壓：T3cc三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用l．波形變換2l．波形變換2．脈沖整形第四節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：第一：它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作特點第二：在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返IVIVccl．電路組成及工作原理VirQOTH—TR'Vc-VirQOTH—TR'Vc-O.OlyFC48632VoGND組成：把VI2作為觸發(fā)器信號的輸入端，TD、R組成的反相器輸出電壓V'O接到VI1,同時在VI1對地接入電容C,構(gòu)成積分單穩(wěn)態(tài)電路工作原理：穩(wěn)態(tài)：VI=VH設(shè)TD工作在飽和狀態(tài)，則：Vc=VTH=0V,555電路處于保持狀態(tài)，且一定是VO=VL,這是因為若假設(shè)TD截止，則不合理。觸發(fā)：VI=VL，555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為VO=VH,此時TD截止，VC保持0V不變。暫穩(wěn)態(tài)：電容c充電—vet其三要素為：vc（o）=ov,vc（w）=vcc,z=RC自動返回當(dāng)VC=2/3VCC時，555電路翻轉(zhuǎn)為輸出VL，而VC保持不變。④恢復(fù)由于TD導(dǎo)通，電容C向TD放電，使VC迅速下降為0V。2．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形及脈沖寬度J_JL2.可第五節(jié)多諧振蕩器1．電路結(jié)構(gòu)及工作原理OrLlH&Lg廠IQ—LjG.LGtr—電路的原理：剛接通電源：VC=0V，VO=VH，TD截止在t1時刻VC=2/3VCC，進入暫穩(wěn)態(tài)2—VC=VL,TD導(dǎo)通。電容C充電一VCJ在t2時刻VC=1/3VCC,555電路再次翻轉(zhuǎn)。進入暫穩(wěn)態(tài)12．工作波形及周期此時為暫穩(wěn)態(tài)1555電路翻轉(zhuǎn)。電容C充電fVCft-t-=(R+R)Cln2-V12T+VT=(R+R)Clncc

112Vcc

-V==RCln220-VRCln存20-VT-T=T+T12(R+2R)Cln212TR+Rq=1=12T+TR+2R

1212,反向閾值電壓（下觸【例1】用集成芯片555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路及輸入波形Vi如圖5-1（,反向閾值電壓（下觸【例1】用集成芯片555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路及輸入波形Vi如圖5-1（a、b）所示，試畫出對應(yīng)的輸出波形Vo保持不變；當(dāng)Ui三3.3V時，s=1，r=0，使Q=0（即出S=0，電壓比較器A2的輸出r=1（見圖6.4所示）Q=1=—V=5x—?1.7(V)，見圖6.3(b)3CC3從t=0時刻開始，Ui上升，但UiV1.7V,電壓比較器A2的輸(V°=5V)；當(dāng)1.7VVUiV3.3V時，S=1，R=1，使Q=1發(fā)電平)U=UT-N&12=5x?3.33(V)3'5kQ(1'p\5knI；4-Vcc!3SN2U=U=VT+P3CC

解：由圖5-1所示集成電路定時器555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可知，該施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓（上觸發(fā)電平）出對應(yīng)的輸出波形Vo出對應(yīng)的輸出波形Vo和電容上的電壓波形Vc,并求暫穩(wěn)態(tài)寬度toWr=1，使Q=0保持不變；當(dāng)U0=OV）。Ui由4V開始下降，但當(dāng)1.7VVUiV3.3V時，sr=1，使Q=0保持不變；當(dāng)Ui下降到Uiv1.7V時，又恢復(fù)到s=0,r=1,Q=1。綜上的述，該電路的輸出波形如5-1（c）所示?！纠?】用集成芯片555所構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路及輸入波形Vi如圖5-3（a）、（b）所示，試畫解：由圖5-2所示的集成電路定時器555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)知，電容C接芯片內(nèi)晶體管T的集電極。當(dāng)T管的基極電壓為高電平時，T管導(dǎo)通。在電路接通電源開始時。電源VCC通過R向C充電。當(dāng)UC上升到—V時，比較器A1輸3CC1出低電平，R=0；此時，輸入電壓Ui=5V,比較器A2輸出高電平，S=1，觸發(fā)器輸出Q=0,Q=1o71同時，T管導(dǎo)通，電容C通過T放電，UC下降。當(dāng)UC下降到2V>U>1V時，S=R=1，CC3CCi3CC觸發(fā)器Q=0,Q=1保持不變，輸出電壓U0=O,就是電路的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)Ui的下降沿到來，Ui<

12V，UCVV，比較器A1輸出高電平，R=1;比較器A2輸出低電平，S=0，此時觸發(fā)3CCC3CC器翻轉(zhuǎn)，Q=1,Q=0，輸出電壓U0高電平，三極管T截止，電源VCC又通過R向C充電。這樣9—狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)UC上升到一v(3.3V)時，比較器A1輸出低電平，R=0，觸發(fā)器復(fù)位，輸C3CC出電壓U0又變?yōu)榱悖娐窌悍€(wěn)態(tài)結(jié)束。與此同時，三極管T導(dǎo)通，電容C通過T放電，電路恢復(fù)到到穩(wěn)態(tài)。綜上所述，輸出波形U0和電容C上的電壓UC如圖5-3(c)所示。暫穩(wěn)態(tài)寬度tWU暫穩(wěn)態(tài)寬度tWU(8)-U(t)RC-LnCC0~=RCU(8)-U(t)CC15-0-Ln=RCLn5-3.33?1.1RC=1.1x5.1x0.1=0.56(卩S)【例3】用集成電路定時器555所構(gòu)成的自激多諧振蕩器電路如圖5-4(a)所示。試畫出輸出電壓UC和電容C兩端電壓UC的工作波形，并求振蕩頻率。解：由圖5-2集成電路定時器555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，分析該電路工作原理。因為集成芯片的2.6兩腳(即A2的同相輸入端和A1的反相輸入端)連接在電容C的上端，這個端點上的電壓Uc變動,會同時導(dǎo)致兩個比較器的輸出電平改變，即同時控制R,的上端，這個端點上的電壓Uc變動,2—改變。電源Vcc經(jīng)過&R2給電容C充電。當(dāng)Uc上升到2Vcc時，比較器A,輸出低電平，r=0,123??65(HZ)(8.4+7)x10-3比較器A2輸出高電平,s=1，觸發(fā)器復(fù)位，Q=0,Vo=0。同時q=1，三極管T導(dǎo)通，電容C通過R2,T管放電。電壓Uc下降，當(dāng)Uc下降到1Vcc時，比較器A1輸出高電平，r=1，比較器A22312輸出低電平，S=0，觸發(fā)器置1，Q=1，Uo=1。此時，Q=0,三極管T截止，Vcc又經(jīng)過R],