单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.1,概 述,含有惰性元件,C,或,L,的电路存在暂态过程，即有充放电现象。脉冲波形就是利用惰性电路的充放电而形成的。,用控制开关位置及时间常数,RC,的方法，可得到不同的脉冲波形。,如下图（,a,）所示，当时间常数,RC,远小于开关转换时间,T,S,时，便组成,微分电路,，在电阻上可获得窄脉冲输出。,图,(,b,),组成,积分电路,，当,RC,T,S,时，在电容上又可得,线性扫描的波形,。,（,a,）,（,b,）,脉冲形成电路的组成应有两大部分：惰性电路和开关。,开关是用来破坏稳态，使惰性电路产生暂态的。开关可用不同的电子器件来完成，如可用运算放大器，分立器件晶体三极管或场效应管，也可以用逻辑门。目前用得较多的是,555,定时电路。,惰性电路产生的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要,素法来描述，获得电压或电流随时间变化的方程,6.2 555,定时电路,6.2.1,基本组成,555,集成电路主要由,3,个,5,k,电阻组成的分压器、两个高精度电压比较器,A,和,B,、一个基本,RS,触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。,1,分压器,分压器由,3,个,5k,电阻,R,组成，它为两个电压比较器提供基准电平。,2,比较器,比较器,A,、,B,是两个结构完全相同的高精度电压比较器。,3,基本,RS,触发器,RS,触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制，根据基本,RS,触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。,4,开关放电管和输出缓冲级,放电管,V,是,N,沟道增强型的,MOS,管，其控制栅为,0,电平时截止，为,1,电平时导通。,两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计考虑了有较大的电流驱动能力，一般可驱动两个,TTL,门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响的作用。,6.2.2,工作原理及特点,TH,R,OUT,D,X,X,低（,L,）,低（,L,）,接通,2/3U,DD,1/3U,DD,高（,H,）,低（,L,）,接通,1/3U,DD,高（,H,）,低（,L,）,原状态,X,1/3U,DD,高（,H,）,高（,H,）,关断,6.3,单稳态电路,6.3.1,由,CC7555,构成的电路,单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂稳态，在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，然后在暂稳态停留一段时间,T,W,后又自动返回到稳态，并在输出端产生一个宽度为,T,W,的矩形脉冲。,T,W,只与电路本身的参数有关，而与触发脉冲无关。我们通常把,T,W,称为脉冲宽度。,图,6-3 CC7555,构成的单稳态触发器,6.3.2,工作原理,静止期：,触发信号处于高电平，电路处于稳态，根据,555,工作原理可知为低电平，放电管,V,导通，定时电容,C,两端电压为,0,。,工作期：,外界触发信号加进来，要求为负脉冲且低电平应小于，比较器输出,U,B,为高电平，,U,A,为低电平，使为高电平，且放电管截止，电源通过定时电阻,R,对定时电容充电，这是一个暂态问题，只要写出三要素即可。,三要素如下：,为了使电路能正常工作，要求外加触发脉冲的宽度,T,IW,r,d,，所以恢复期很短。,图,6-4,具有微分环节的单稳态触发器,6.3.3,由门电路构成的单稳态电路,1.,微分型单稳电路,(1),电路组成,门,1,、门,2,是,CMOS,或非门，,R,、,C,组成微分延时环节。,稳态时，门,1,输出高电平，门,2,输出低电平，,v,i,1,=,v,i,0,，,v,01,V,DD,、,v,i2,V,DD,、,v,O2,0,。当,v,i,由,0,上升到,V,TH,(CMOS,或非门的开启电压,),时，将引起下列正反馈过程,使电路快速翻转到门,1,输出低电平时，门,2,输出高电平的暂稳状态。随之,V,DD,通过,R,及门,1,的输出电阻,(,驱动管导通电阻,),对电容,C,充电，,v,i,2,逐渐升高，当,v,i,2,上升到,V,TH,时，又会产生下列反馈过程,(,假设此时,v,i,已回到低电平,),(2),工作原理,T,W,估算公式如下：,典型情况下,2.,积分型单稳态电路,(1),电路组成,门,1,、门,2,是,COMS,或非门，,R,、,C,构成积分型延时环节。,(2),工作原理,稳态时门,1,、门,2,输出低电平。,v,i,=1,、,v,O1,=0,、,v,i2,=0,、,v,O,=0,。,当,v,i,负跳变到,0,时，,v,O1,随之跳变到高电平，但由于电容上电压不能突变，,v,i 2,仍为,0,，故门,2,也截止，,v,O,正跳变到高电平,V,DD,，进入暂态；此时，电容通过,R,0,(,门,1,的输出电阻,),和,R,充电，,v,i2,逐渐上升，当上升到,V,T,时，门,2,导通，,v,O,变成低电平，回到稳态；当,v,i,回到高电平后，门,1,导通，电容放电，电路保持稳状态不变。,脉冲宽度,T,W,的估算公式和微分型电路相同，但这种电路要求输入信号,v,i,的脉冲宽度大于输出脉冲,v,O,的宽度,T,W,，否则就成了反相器。,6.4,多谐振荡器,多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号，电路状态能够自动地不断变换，产生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量很多，因此这种振荡器冠以“多谐”二字。,脉冲周期,T,：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲的时间间隔。有时也用频率,f=,1/,T,表示，,f,表示单位时间里脉冲重复的次数。,脉冲幅度,U,m,：脉冲电压的最大变化幅度。,脉冲宽度,T,w,：从脉冲前沿上升到,0,5,U,m,起，到脉冲后沿下降到,0,5,U,m,止的一段时间。,上升时间,t,r,：脉冲前沿从,0,1,U,m,上升到,0,9,U,m,所需的时间。,下降时间,t,f,：脉冲后沿从,0,9,U,m,下降到,0,1,U,m,所需的时间。,6.4.1,电路组成,图,(a),是用,CC7555,构成的多谐振荡器。除将,A,的高电平触发端,TH,和,B,的低电平触发端短接外，在放电回路中还串接一个电阻,R,2,。电路中,R,1,、,R,2,、,C,均是定时元件。图,(b),为工作波形。,6.4.2,工作原理,自由多谐振荡器不具有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态的时间长短由电路的定时元件确定，电路工作就在两个暂稳态之间来回转换。其具体工作过程如下：,第一暂稳态期,第二暂稳态期,该电路的振荡周期计算如下：,在实际中常常需要调节,T1,和,T2,。于是引进了占空比,D,的概念。,图,6-11,占空比可调振荡器,6.4.3,与非门对称多谐振荡器,（,1,）电路组成,当与非门工作在转折区时，对输入信号有很强的放大作用，因此，只要把静态时工作在转折区的两个与非门用电容耦合起来，就可以组成多谐振荡器。,图中,v,K,是控制端，当,v,K,为高电平时，振荡器振荡；,v,K,为低电平时，振荡器停止振荡。,（,2,）工作原理,假定接通电源后，门,、门,都工作在转折区，那么只要有一点小的干扰，就会引起振荡。例如，由于某种原因使,v,I1,增加了一点点，就会引起下列正反馈过程,从而使门,迅速饱和导通，门,迅速截止，电路进入一个暂稳态。同时，电容,C,1,开始充电，,C,2,开始放电。由于,C,1,同时通过,R,1,和,R,F2,两个支路充电，充电速度很快，所以,v,I2,首先升高到阈值电压,V,T,从而引起下列正反馈过程,v,v,v,v,1,O,I1,2,O,2,I,因而门,迅速截止，门,迅速导通，电路进入另一个暂稳状态。这时电容,C,2,，,C,1,放电。根据同样的理由，,C,2,充电较快，所以,v,I1,较快地升高到阈值电压,V,T,并引起下次正反馈过程，使电路重新回到门,导通、门,截止的暂稳态。因此，电路将不停地振荡。据此，可画出振荡器各点电压的近似波形，如右图所示。,振荡器周期的计算：,假设,C,1,=,C,2,=,C,，,R,O,R,F1,=,R,F2,=,R,F,R,i,，可估算得振荡周期,如果取,V,OH,=3.4V,、,V,OL,=0.2V,，,V,T,=1.1V,代入上式，则可得,6.4.4,石英晶体多谐振荡器,在对称多谐振荡器的,C,1,支路串联一个石英晶体就构成石英晶体多谐振荡器，其振荡频率为石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定性。,6.5,施密特电路,施密特电路具有两个稳定状态，其最主要的应用是，将变化缓慢的输入波形，整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲。由于该电路具有滞回特性，因此抗干扰能力较强。,6.5.1,电路组成,将,555,时基电路,2,、,6,端连接，即构成施密特电路。电压传输特性如图（,c,）。,6.5.2,工作原理,回差电压,回差电压可通过改变,5,管脚电压达到。一般来讲，,5,管脚电压越高，回差电压,U,T,越大，抗干扰能力越强，但是降低了触发灵敏度。,6.5.3,主要应用,1,波形变换,通过波形变换可以将非矩形波变换为矩形波。,2,整形,通过整形可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。,如图,6-16(a),所示。,3,幅值选择,对于输入是一些随机的脉冲，可以通过施密特电路将幅值大于某值的输入脉冲检测出来。如图,6-16(b),所示。,图,6-16,施密特电路应用,（,a,）整形（,b,）鉴幅,