電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）課件 第13章 脈沖產(chǎn)生電路和定時(shí)電路

課題十三脈沖產(chǎn)生電路和定時(shí)電路13.1基本概念13.2555集成定時(shí)器電路13.3定時(shí)器的應(yīng)用課題小結(jié)

13.1基本概念

13.1.1幾種常見(jiàn)的脈沖信號(hào)波形

“脈沖”從字面可理解到脈動(dòng)和短促的意思。我們所討論的脈沖信號(hào)是指在短暫時(shí)間間隔內(nèi)作用于電路的電壓或電流。從廣義來(lái)說(shuō)，各種非正弦信號(hào)統(tǒng)稱(chēng)為脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的波形多種多樣，圖13.1給出了幾種常見(jiàn)的脈沖信號(hào)波形。圖13.1幾種常見(jiàn)的脈沖信號(hào)波形

13.1.2脈沖信號(hào)波形參數(shù)

為了表征脈沖波形的特性，以便對(duì)它進(jìn)行分析，我們僅以矩形脈沖波形為例，介紹脈沖波形的參數(shù)。如圖13.2所示的矩形脈沖波形，可用以下幾個(gè)主要參數(shù)表示：

(1)脈沖幅度Um

——脈沖電壓的最大變化幅度；

(2)脈沖寬度tw——從脈沖前沿0.5Um至脈沖后沿0.5Um的時(shí)間間隔；

(3)上升時(shí)間tr——脈沖前沿從0.1Um上升到0.9Um所需要的時(shí)間；

(4)下降時(shí)間tf——脈沖后沿從0.9Um下降到0.1Um所需要的時(shí)間；

(5)脈沖周期T——周期性重復(fù)的脈沖中，兩個(gè)相鄰脈沖上相對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。有時(shí)也用脈沖重復(fù)頻率f=1/T表示，f表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)變化的次數(shù)。

13.2555集成定時(shí)器電路

13.2.1電路組成圖13.3所示為CC7555的電路和外引線排列圖。由圖13.3(a)可以看出，電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、MOS管構(gòu)成的放電開(kāi)關(guān)和輸出驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。13.3CC7555集成定時(shí)電路

1.電阻分壓器

電阻分壓器由3個(gè)阻值相同的電阻串聯(lián)構(gòu)成。它為兩個(gè)比較器A1和A2提供基準(zhǔn)電平。如引腳5懸空，則比較器A1的基準(zhǔn)電平為2/3UDD，比較器A2的基準(zhǔn)電平為1/3UDD。如

果在引腳5外接電壓，則可改變兩個(gè)比較器A1和A2的基準(zhǔn)電平。當(dāng)引腳5不外接電壓時(shí)，通常接0.01μF的電容，再接地，以抑制干擾，起穩(wěn)定電阻上的分壓比的作用。

2.電壓比較器

3.基本RS觸發(fā)器

基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)或非門(mén)組成，它的狀態(tài)由兩個(gè)比較器的輸出控制。根據(jù)基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。

4.放電開(kāi)關(guān)管和輸出緩沖級(jí)

13.2.2工作原理及特點(diǎn)

綜上所述，可以列出CC7555集成定時(shí)器的功能表，如表13.2所示。CC7555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、使用十分靈活、便于調(diào)節(jié)的電路，具有功耗低、電源電壓范圍寬(3~18V)、輸入阻抗極高、定時(shí)元件的選擇范圍大等特點(diǎn)，但輸出電流(在4mA以下)比雙極型定時(shí)器(如5G555)小(最大負(fù)載電流200mA)。

13.3定時(shí)器的應(yīng)用

13.3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路，它的另一個(gè)狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)脈沖作用下，電路能夠從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，靠電路自身的作用，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，并在輸出端獲得一個(gè)脈沖寬度為tw的矩形波。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，輸出的脈沖寬度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，其長(zhǎng)短取決于電路自身的參數(shù)，而與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。

圖13.4CC7555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2.工作原理

1)電路的穩(wěn)態(tài)

2)在外加觸發(fā)信號(hào)作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)

3)自動(dòng)返回過(guò)程

4)恢復(fù)過(guò)程

3.輸出脈沖寬度tw

4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是常見(jiàn)的脈沖基本單元電路之一，它被廣泛地用作脈沖的定時(shí)和延時(shí)。

1)脈沖的定時(shí)

由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度(tw)的矩形輸出脈沖，利用這個(gè)矩形脈沖去控制某電路，使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或不動(dòng)作)，這就是脈沖的定時(shí)。如圖13.5(a)所示是利用輸出寬度為tw的矩形脈沖作為與門(mén)輸入信號(hào)之一，只有在tw時(shí)間內(nèi)，與門(mén)才開(kāi)門(mén)，信號(hào)A才能通過(guò)與門(mén)，工作波形如圖13.5(b)所示。圖13.5單穩(wěn)態(tài)電路的定時(shí)作用

2)脈沖的延時(shí)

圖13.6(a)所示電路利用單穩(wěn)態(tài)電路的輸出uo作為其他電路的觸發(fā)信號(hào)。由圖13.6(b)可見(jiàn)，uo

的下降沿比輸入觸發(fā)信號(hào)ui的下降沿延遲了tw。因此，利用uo下降沿去觸發(fā)其他電路(例如JK觸發(fā)器)，比用ui下降沿觸發(fā)時(shí)延遲了tw，這就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)作用。圖13.6單穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)作用

13.3.2多諧振蕩器

在數(shù)字電路中，常常需要一種不需外加觸發(fā)脈沖就能夠產(chǎn)生具有一定頻率和幅度的矩形波的電路。由于矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波成分，因此我們稱(chēng)這種電路為多諧振蕩器。它常常用作脈沖信號(hào)源和電子自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。

多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，其主要參數(shù)是振蕩周期T。

圖13.7CC7555構(gòu)成的多諧振蕩器

2.工作原理

3.電路振蕩周期T

對(duì)于圖13.7所示的多諧振蕩器電路，由于電容充、放電途徑不同，因而C的充電和放電時(shí)間常數(shù)不同，使輸出脈沖的寬度t1和t2也不同。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要調(diào)節(jié)t1和t2。在此，引進(jìn)占空比的概念。輸出脈沖的占空比為

圖13.7

將圖13.7所示電路稍加改動(dòng)，就可得到占空比可調(diào)的多諧振蕩器，如圖13.8所示。在圖13.8中加了電位器Rp，并利用二極管VD1和VD2將電容C的充電回路分開(kāi)，充電回路為R1、VD1和C，放電回路為C、VD2和R2。該電路的振蕩周期為

13.3.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路之一，它可以把變化緩慢的脈沖波形變換成為數(shù)字電路所需要的矩形脈沖。

施密特電路的特點(diǎn)在于它也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器的區(qū)別在于這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要外加觸發(fā)信號(hào)，而且穩(wěn)定狀態(tài)的維持也要依賴于外加觸發(fā)信號(hào)，因此它的觸發(fā)方式是電平觸發(fā)。

圖13.9CC7555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

2.工作原理

3.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

施密特觸發(fā)器的用途十分廣泛，它主要用于波形變化、脈沖波形的整形及脈沖幅度鑒別等。

1)波形變換

將變化緩慢的非矩形波變換為矩形波，如圖13.10所示。圖13.10波形變換

2)脈沖整形

將一個(gè)不規(guī)則的或者在信號(hào)傳送過(guò)程中受到干擾而變壞的波形經(jīng)過(guò)施密特電路，可以得到良好的波形，這就是施密特電路的整形功能，如圖13.11所示。圖13.11波形的整形

3)脈沖幅度鑒別

利用施密特電路，可以從輸入幅度不等的一串脈沖中，去掉幅度較小的脈沖，保留幅度超過(guò)UT+的脈沖，這就是幅度鑒別，如圖13.12所示．圖13.12脈沖幅度鑒別圖13.12脈沖幅度鑒別

課題小結(jié)

本課題首先介紹了常見(jiàn)的脈沖波形和主要參數(shù)，然后介紹了中規(guī)模集成電路CC7555定時(shí)器的電路組成、功能和應(yīng)用。555定時(shí)器是一種使用方便、功能靈活多樣的集成器件，它的應(yīng)用十分廣泛，只需外接幾個(gè)阻容元件就可以構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路。

多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，屬于自激的脈沖振蕩電路，它不需要外界的觸發(fā)信號(hào)就可以自動(dòng)產(chǎn)生具有一定頻率和幅度的矩形脈沖。多諧振蕩器主要用作脈沖信號(hào)源和電子自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，可以從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。依靠電路自身定時(shí)元件的充、放電作用，經(jīng)過(guò)一段