脉冲电路

脉冲电路脉冲波形的产生与变换脉冲信号：指突然变化的电压或电流。脉冲电路的研究重点：波形分析。数字电路的研究重点：逻辑功能。获得脉冲波形的方法主要有两种：1．利用脉冲振荡电路产生；2．是通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之符合系统的要求。以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换电路：（功能、特点及其主要应用简介）1.RC电路：对矩形波进行微分、积分变换，或作脉冲分压器；2.施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲；3.单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲；4.多谐振荡器：产生矩形脉冲；5.555定时器。为数字—模拟混合集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5KΩ的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。4.1555定时器及其应用1.型号介绍各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品CMOS产品单555型号的最后几位数码5557555双555型号的最后几位数码5567556优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围5~16V3~18V负载电流可达200mA可达4mA4.1.1555定时器的结构2.工作原理及电路功能电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器（1）电阻分压器由3个5kΩ的电阻R组成，为电压比较器C1和C2提供基准电压。（2）电压比较器C1和C2。当U＋＞U－时，UC输出高电平，反之则输出低电平。•CO为控制电压输入端。当CO悬空时，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。当CO＝UCO时，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO•TH称为高触发端，TR称为低触发端。（3）基本RS触发器其置0和置1端为低电平有效触发。R是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使R处于高电平。（4）放电管TT是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。（5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力。TH接至反相输入端，当TH＞UR1时，UC1输出低电平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；TR接至同相输入端，当TR＜UR2时，UC2输出低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置1）。表1555定时器的功能表1.构成施密特触发器4.1.2555定时器的应用举例主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。思考：施密特触发器的特点？回差特性：上升过程和下降过程有不同的转换电平UT＋和UT－。如何与555定时器发生联系？内部比较器有两个不同的基准电压UR1和UR2。1.构成施密特触发器如果在UIC加上控制电压，则可以改变电路的UT+和UT－。2.构成多谐振荡器设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变TH=TR，则交替置0、置1。电容C充电τ充=(R1+R2)C电容C放电τ放=R2C振荡器输出脉冲uO的工作周期：T≈0.7(R1+2R2)C3.构成单稳态触发器（1）得到负脉冲外触发：使高触发置0端TH有效→暂稳态0自动返回：通过电容C的充放电使低触发置1端TR有效→稳态1思路：外触发→自动返回（2）得到正脉冲外触发：使低触发置1端TR有效→暂稳态1自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端TH有效→稳态0图6-30555定时器构成的单稳态触发器（a）电路（b）工作波形工作原理：稳态为0低触发有效置1T截止，C充电自动高触发返0提高基准电压稳定性的滤波电容输出脉冲的宽度tw≈1.1RC。当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电，当TH=uC≥2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此时，放电管导通，C放电，TH=uC=0。稳态为0状态。此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。当TH=uC≥2/3VCC时，使高触发端TH有效，置0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电，使电路迅速恢复到初始状态。工作原理：当触发脉冲uI下降沿到来时，低触发端TR有效置1状态，电路进入暂稳态。当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电，当TH=uC≥2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此时，放电管导通，C放电，TH=uC=0。稳态为0状态。此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。当TH=uC≥2/3VCC时，使高触发端TH有效，置0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电，使电路迅速恢复到初始状态。暂稳态时间：tpo=RCln3≈1.1RC555定时器应用小结施密特触发器有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。单稳态触发器只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。读者可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。4.2用门电路组成的脉冲电路1.多谐振荡器•下图表示用三个集成非门构成的方波发生器。这些门组成一个环形，所以称为环形振荡器。它是利用门电路的时延tpd来产生方波振荡的。1图环型振荡器11uOuI图环行单稳态的波形uIuOuFtpd2tpd电路组成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（1）设电路的初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持；1001（2）通过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不断上升；（3）当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，vO2=1。工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4）vO1=0，vO2=1这个状态也不能持久；1001（5）通过vO2→C→R→vO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；（6）当vI1＜VT时，G1输出高电平，G2输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态。（7）周而复始产生方波。工作波形11G2G1RCvO1vO2vI1T1T2tvO10tvO20vI1t0改电路的振荡周期：T=2RCln2=1.4RCUT4.2.2单稳态触发器1.微分型单稳态触发器门1的输出经微分电路RC接到门2的输入端，门2的输出直接耦合到门1的输入端。应选RRoff(0.7KΩ)。&&CuO1uO2uIR(a)电路图图微分型单稳态触发器tw1uIttUOHUOLuO1ttwUOHUOLuO2t1.4vuI2τ1τ2(b)工作波形图暂稳态时间tpo=RCln2≈0.7RC2.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器工作原理——暂稳态时间：tpo=0.7RC4.3集成单稳态触发器4538的符号图如图所示(a)符号图(b)管脚图图集成单稳态触发器4538189164538是CMOS精密单稳态触发器。由于采用了线性CMOS技术，可得到高精度的输出脉冲宽度。ABCRxCXXCRQ解：当ToC→R1→U6、U2→Uo=0脉冲电路应用实例例1温控电路。分析工作过程。→U6＞UDD、23→切断加热器。当ToC→R1→U6、U2→Uo=1→接通加热器。8415627R1R2R3555＋UDDUo0.01Fθ3U2＞UDD13→U6＜UDD、23U2＜UDD13例2单稳态触发器的应用之一。——照明定时电路。8415627R1555＋UDDuo0.01F3Cui例3单稳态触发器的应用之二。KAKA~白红——洗相曝光定时电路。8415627R1555＋UDDuo0.01F3CR2SBKAVD2VD1S8S7S6S5S4S3S2S1R28R27R26R25R24R23R22R218415762R1555＋UDDuo0.01F3C例4无稳态触发器的应用之一——简易电子琴电路。S8S7S6S5S4S3S2S1R28R27R26R25R24R23R22R218415762R1555＋UDDuo0.01F3C例21.14无稳态触发器的应用之一——简易电子琴电路。R181536V5557+50kS0.01F426R2C例5分析图示电路的功能。——防盗报警电路。易断导电细丝026S4C2R1R2R48153＋U5557+0.01μFR3C1VD1VD2例6分析图示电路的功能。——“叮咚”电子门铃。分析：①S长时断开时，u4=0，u3=0，喇叭不响。②S合上时，瞬间u4=1，电路振荡，喇叭“叮——”。③S断开初瞬，u4=1，振荡周期，喇叭“咚——”。④C1放电使u4=0。1026S4C2R1R2R48153＋U5557+0.01μFR3C1VD1VD2例6分析图示电路的功能。——“叮咚”电子门铃。1由555集成定时器构成的多谐振荡器的功能是（）。a.将输入不规则的矩形波变换为矩形波b.输出一定频率的矩形波c.输出一定频率的三角波课堂讨论b2由555集成定时器组成的多谐振荡电路其振荡周期（）。a.取决于555芯片外围元件的参数b.取决于555芯片内部元件的参数c.与555芯片内部和外围元件的参数均有关a3对微电机进行起动和停止控制的电路。如图所示，分析该电路的工作过程，填写下表。SB1闭合、SB2断开SB1断开、SB2断开SB1断开、SB2闭合SB1断开、SB2断开操作步序按钮状态2端电平6端电平3端电平M的状态1234低高高高低低高低高高低低运转运转停转停转1535550.01FSB1MSB262784R1R2微电机+UDD