02238模拟、数字及电力电子技术脉冲产生与整形

脉冲波形的产生和整形一、555定时器的电路结构与功能 555电路又称为集成定时器。

1．结构：由三个阻值为5K 的电阻组成的分压器。

两个电压比较器C1、C2，基本RS 触发器，放电三极管TD ，缓冲器组成。

C1、C2功能：如果V+电压大于V-，则比较器输出为高电平VC=1，反之输出为低电平，VC=0。

比较器C1的比较电压为VR1，C2的比较电压为VR2。

当VCO 悬空时，VR1 =1/3 VCC VR2 = 2/3 VCC ，当VCO 外接固定电压时，VR1 = VCO VR2 = 1/2 VCO ，TD 为集电极开路的三极管，为外接电容提供充放电回路。

G4为输出缓冲反相器，起整形，提高带负载能力。

R'D 置零输入端，正常工作置高电平。

2．工作原理：①当CCI CC I V V V V 31,3221>>时，C1输出低电平，C2输出高电平，RS 置0，TD 导通，V0为低电平。

②当CCI CC I V V V V 31,3221<<时，C1输出高电平，C2输出低电平，RS 置1，TD 截止，V0为高电平。

当CCI CC I V V V V 31,3221><时，C1输出高电平，C2输出高电平，RS 保持，TD 、V0都保持原来的情况。

④当CCI CC I V V V V 31,3221<>时，C1输出低电平，C2输出低`电平，RS 输出Q=Q'=1，TD 截止，V0为高电平。

V OV CO 76 24 5 31V'TH TRV CC8R'D GNDCCR V V 321=CCR V V 312=随着TH 端和TR'端的电压不同，其工作状态将发生变化第三节 施密特触发器（Schmitt Trigger ） 二、用555定时器构成施密特触发器将TH 端和TR 端并联作输入端，接输入电压I V1．I V 从0逐渐升高的过程：即：V T+:正向阈值电压或上限阈值电压；V T+＝CCV 322．IV 从高于CCV 32开始下降的过程：V 0.V OV I即：VT- 负向阈值电压或下限阈值电压；VT-＝CCV 313．回差电压：CCT V V 31=∆三、施密特触发器的应用 1．波形变换2．脉冲整形第四节 单稳态触发器一、单稳态触发器的特点：第一：它有稳态和暂稳态两个不同的工作特点；第二：在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；1．电路组成及工作原理组成：把VI2作为触发器信号的输入端，TD 、R 组成的反相器输出电压V'O 接到VI1，同时在VI1对地接入电容C ，构成积分单稳态电路 工作原理：①稳态：VI=VH设TD 工作在饱和状态，则：VC=VTH=0V, 555电路处于保持状态，且一定是VO=VL ，这是因为若假设TD 截止，则不合理。

②触发：VI=VL ，555电路状态翻转为VO=VH, 此时TD 截止，VC 保持0V 不变。

③暂稳态：电容C 充电 →VC ↑其三要素为：VC(0)=0V ，VC(∞)=VCC ，ζ=RC ④自动返回当 VC =2/3 VCC 时，555电路翻转为输出VL,而 VC 保持不变。

④恢复由于TD 导通，电容C 向TD 放电，使VC 迅速下降为0V 。

2．单稳态触发器工作波形及脉冲宽度R C第五节 多谐振荡器 1．电路结构及工作原理电路的原理： ①刚接通电源：VC=0V ，VO=VH ，TD 截止，此时为暂稳态1：电容C 充电 →VC ↑ ②在t1时刻 VC=2/3VCC ，555电路翻转。

进入暂稳态2— VC=VL ，TD 导通。

电容C 充电 →VC ↓ 在t2时刻 VC=1/3VCC ，555电路再次翻转。

进入暂稳态1 2．工作波形及周期2ln ln21211C R R V V V V C R R T T CC T CC ）（）（+=--+=+-2ln 00ln222C R V V C R T T T =--=-+ 2ln )2(2121C R R T T T +=+=21212112R R R R T T T q ++=+=τυC【例1】 用集成芯片555构成的施密特触发器电路及输入波形Vi 如图5-1（a 、b ）所示，试画出对应的输出波形Vo解：由图5-1所示集成电路定时器555内部电路结构可知，该施密特触发器的正向阈值电压（上触发电平）)(33.332532V V UUCC PT ≈⨯===+,反向阈值电压（下触发电平）)(7.131531V V UU CC NT ≈⨯===-，见图6.3（b ）从t=0时刻开始，Ui 上升，但Ui ＜1.7V ，电压比较器A 2的输出0=S ，电压比较器A 2的输出1=R （见图6.4所示）Q ＝1（V 0＝5V ）；当1.7V ＜Ui ＜3.3V 时，1=S ，1=R ，使Q ＝1保持不变；当Ui ≥3.3 V 时，1=S ，0=R ，使Q ＝0（即U 0＝0V ）。

Ui 由4V 开始下降，但当1.7V ＜Ui ＜3.3V 时，1=S ，1=R ，使Q ＝0保持不变；当Ui 下降到Ui<1.7V 时，又恢复到0=S ，1=R ，Q ＝1。

综上的述，该电路的输出波形如5-1（c ）所示。

【例2】用集成芯片555所构成的单稳态触发器电路及输入波形Vi 如图5-3（a ）、（b ）所示，试画出对应的输出波形V o 和电容上的电压波形Vc ，并求暂稳态宽度t w 。

解：由图5-2所示的集成电路定时器555内部电路结构知，电容C 接芯片内晶体管T 的集电极。

当T 管的基极电压为高电平时，T 管导通。

在电路接通电源开始时。

电源V CC 通过R 向C 充电。

当U C 上升到CC V 32时，比较器A 1输出低电平，0=R ；此时，输入电压Ui ＝5V ，比较器A2输出高电平，1=S ，触发器输出1,0==Q Q 。

同时，T 管导通，电容C 通过T 放电，U C 下降。

当U C 下降到CC i CC V U V 3132>>时，1==R S ，触发器1,0==Q Q 保持不变，输出电压U 0＝0，就是电路的稳定状态。

当Ui 的下降沿到来，U i ＜CC V 31，U C ＜CC V 32，比较器A1输出高电平，1=R ；比较器A2输出低电平，0=S ，此时触发器翻转，0,1==Q Q ，输出电压U0高电平，三极管T 截止，电源V CC 又通过R 向C 充电。

这样状态是暂稳态。

当U C 上升到CC V 32（3.3V ）时，比较器A1输出低电平，0=R ，触发器复位，输出电压U 0又变为零，电路暂稳态结束。

与此同时，三极管T 导通，电容C 通过T 放电，电路恢复到到稳态。

综上所述，输出波形U 0和电容C 上的电压U C 如图5-3（c ）所示。

暂稳态宽度RC RCLn LnRC t UUt U U LnRC t CCC C W 1.133.3505)()()()(10≈=--⋅=-∞-∞⋅=)(56.01.01.51.1S μ=⨯⨯=【例3】 用集成电路定时器555所构成的自激多谐振荡器电路如图5-4（a ）所示。

试画出输出电压U C 和电容C 两端电压U C 的工作波形，并求振荡频率。

解：由图5-2集成电路定时器555内部电路结构，分析该电路工作原理。

因为集成芯片的2.6两脚（即A 2的同相输入端和A 1的反相输入端）连接在电容C 的上端，这个端点上的电压Uc 变动，会同时导致两个比较器的输出电平改变，即同时控制R ,S 的改变。

电源Vcc 经过R 1R 2给电容C 充电。

当Uc 上升到32Vcc 时，比较器A 1输出低电平，R =0，比较器A 2输出高电平,S =1，触发器复位，Q=0，Vo=0。

同时Q =1，三极管T 导通，电容C 通过R 2，T 管放电。

电压Uc 下降，当Uc 下降到31Vcc 时，比较器A 1输出高电平，R =1，比较器A 2输出低电平，S =0，触发器置1，Q=1，Uo=1。

此时，Q =0，三极管T 截止，Vcc 又经过R 1，R 2给C 充电，使Uc 上升。

这样周而复始，输出电压Uo 就形成了周期性的矩形脉冲。

电容C 上的电压Uc 就是一个周期性的充电、放电的指数曲线波形。

Uo 和U C 的工作波形见图5-4（b ）所示。

∵充电脉宽t WH ≈0.7（R 1+R 2）C=0.7×（20+100）×0.1=8.4（ms ） 放电脉宽t WL ≈0.7R 2C=0.7×100×0.1=7（ms ） ∴振荡频率)(6510)74.8(113HZ t t f WLWH ≈⨯+=+=-图5-4。