数电基础(脉冲波形的变化和发生+multisim)

news2024/10/13 21:21:44

1.脉冲波形的变化和发生

1.1单稳态电路

1.1.1逻辑门组成的单稳态电路

  • 基本概念

(1)单稳态电路(monostable multivibrator又称one-shot)常用于脉冲的变换,延时和定时

 电路的输出有稳态和暂稳态两个不同的工作状态

(2)没有外加触发脉冲作用时,电路处于稳定状态,简称稳态

(3)在外加触发脉冲作用下,电路会由稳态翻转到暂稳态。电路的暂稳态在维持一段时间后,会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数,与触发脉冲无关

  • 电路的组成和工作原理

(1)单稳态电路可由逻辑门和RC电路组成。根据RC的连接不同,单稳态电路可以分为微分形单稳态电路和积分型单稳态电路两种。下图为微分型单稳态电路。图中的R、C按微分电路的方式连接在G_1门的输出端和G_2门的输入端之间。两个电路采用了不同的逻辑门,需要外加的触发信号不同,输出脉冲也不一样。假定CMOS门的输出高电平V_{OH}\approx V_{DD},输出低电平为V_{OL}=0V,阈值电压为V_{TH}=\frac{V_{DD}}{2}

(2) 没有触发信号时,电路处于稳定状态;在正常情况下,V_I处于为低电平,由于门G_2的输入端经电阻R接V_{DD},即V_{I2}=V_{DD},故V_0=0;这样,或非门G_1的两输入端均为低电平,故V_{o1}=V_{DD},电容C两端的电压接近0V,电路处于稳定状态。在触发信号来之前,电路一直保持这一稳态不变

(2)在输入端加触发信号时,电路由稳态翻转至暂稳态;输入正向触发脉冲时,在R_dC_d组成的微分电路的输出端得到很窄的正、负脉冲v_d。当v_d上升到门G_1的阈值电压V_{TH}时,电路中产生正反馈。

(3)这一正反馈过程使v_{o1}迅速地从高电平跳变为低电平。由于电容C两端的电压不能瞬间突变v_{12}也跳变为低电平,这又引起v_o跳变为高电平,电路进入暂稳态,即V_{o1}\approx 0V_{o}\approx V_{DD}。此时,即使v_d已经返回到低电平。但由于v_o为高电平,或非门G_1也会使v_{o1}维持低电平。但由于电容C的存在,电路的这种状态是不能长久保持的,所以称之为暂稳态

(4)电路的暂稳态期间电容器C充电,电路自动从暂稳态返回到稳态,在暂稳态期间,v_{o1} \approx 0,电源V_{DD}会经电阻R对电容C充电,v_{12}按指数升高,一旦v_{12}达到门G_2的阈值电压V_{TH}时,电路又产生下述正反馈过程。假定此时触发脉冲已经消失(即v_d已经回到低电平)上述正反馈过程使v_{o1}v_{I2}迅速跳变到高电平,输出返回到v_o=0V的状态。此后,电容通过电阻R和门G_2的输入保护电路放电,使电容C上的电压最终恢复到稳定状态时的初始值,电路从暂稳态自动返回到稳态

  • 主要参数计算

(1)输出脉冲宽度:输出脉冲宽度t_w就是暂稳态时间。它是RC电路在充电过程中,使v_{12}(即电容电压V_C)从0V上升到V_{TH}所需时间。从触发脉冲作用的t_1时刻为起点,则输出脉冲宽度为t_w=RCIn2,近似于t_w=0.7RC,可见t_w仅由电路本身的R、C参数值决定,与触发脉冲的宽度和幅度无关

(2)恢复时间t_{re}:暂稳态结束后,要使电路完全恢复到稳态状态,还需经过一段恢复时间,以便电容C能够释放掉暂稳态期间所充的电荷。一般认为,恢复时间要经过放电时间常数的3~5倍,RC电路才基本达到稳态

(3)最高工作频率f_{max}:设触发信号v_1的周期为T,为了使单稳态电路能正常工作,应满足T>(t_{w}+t_{re})的条件,因此,单稳态电路的最高工作频率为f_{max}=\frac{1}{t_w+t_{re}}

1.1.2微分型单稳态电路

  • 基本定义

(1)有一个稳态和一个暂稳态。

(2)在外界触发信号作用下,能从稳态→暂稳态,维持一段时间后自动返回稳态。

(3)暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数R、C。

  • 工作原理 

(1)初始条件下输入电压V_{I}为0V,V_{d}连接地使得电容C_d两端的电压为0,输出到或非门上,V_{I2}连接V_{DD}经过反相器输出到V_{0}后为0,经过反馈输入到或非门输出V_{DD},电容C两端的电压为V_{DD},V_{DD}经过反相器输出为0。

 (2)给输入信号一个上升沿进入暂稳态阶段,由于电容两端的电压不能突变此时Vd也上升,当Vd的电压大于阈值电压时,此时将会经过或非门使得V_{O1}的电压下降,由于电容两端的电压不能突变此时v_{I2}的电压也将会下降,此时经过或非门使得输出电压上升最终经过正反馈回到或非门加剧。最终使得输出信号的电压为V_{DD},而触发信号V_I回归到低电平。

(3) 当处于暂稳态向稳态恢复时,此时V_{DD}V_{I2}充电,此时如果V_{I2}< V_{TH}(反相器的非门)时此时还处于暂稳态阶段,但是一旦V_{I2}> V_{TH}时,此时导致v_O下降此时将会恢复到稳态。

(4) 对应的图

  • 等效电路

 

1.1.3积分型单稳态电路

  • 基本定义

  • 工作原理

(1)初始稳定状态时输入信号V_I=0,使得经过反相器G1后得到V_{OH}流经电容C,v_A处的电压信号也为V_{OH}使得暑输出信号的电压为v_O=V_{OH} 

(2)当输入一个触发信号V_I=V_{TH}时,此时输入到CMOS反相器中使得输出电压V_{O1}的电压逐渐下降。由于电容的两端的电压无法突变所以v_A处的电压保持V_{OH}不变,此时和输入的电压信号传输到与非门中使得输出的电压变为V_{OL}

(3) 处于暂稳态期间由于电容两端存在电压差使得电容逐渐放电到V_{TH},由于需要输入信号保持高电平此时输出信号仍然为低电平

 (4)当V_A=V_{TH}时此时的输出电压V_{O1}仍然为低电平,输入电压为V_{I}高电平。而输出电压由低电平变为高电平

(5)当回到稳态V_O=V_{OH}时此时,电容和反相器门存在电压差,此时电容从V_{TH}继续放电

(6) 回到初始状态下一次循环

  • 积分型单稳态电路的充放电等效电路 

1.1.4TTL集成单稳态电路

  • 基本定义

(1)集成单稳态电路可以分为不可重复触发和可重复触发两种。

(2)不可重复触发单稳态电路的逻辑符号和工作波形如下图所示。当触发信号使电路进入暂稳态后电路不再接收新的触发信号,原有的暂稳态过程会持续下去,直到结束为止。即不可重复触发电路只能在稳态接收触发信号

(3) 可重复单稳态电路的逻辑符号和工作波形如下图所示。在暂稳态期间,电路能够接收新的触发信号,重新开始暂稳态过程。即电路的暂稳态将从最后一个触发沿到达时刻开始。再延时t_w时间后返回到稳态,这样暂稳态的时间就延长了

  • 74121的简介

(1) 功能表的前4行说明了电路的稳定状态,Q为低电平,\bar{Q}为高电平;功能表的后5行给出了电路进入暂态的条件

 (2)Z点产生正向触发脉冲,74121由稳态转到暂稳态的条件

(1)若\bar{A_1}\bar{A_2}两个输入中有一个或两个为低电平,输入端B出现由0到1的正向跳变时

(2)若B为高点平,输入端\bar{A_1}\bar{A_2}中有一个或两个出现由1到0的负向跳变时(不产生跳变的输入端必须保持高电平)

 (3)74121输出脉冲的宽度主要取决于所使用的电容C_{ext}和电阻R_{ext}(或R_{int})的实际值。它的输出脉冲宽度为t_w=0.7R_{ext}C_{ext}

(4)定时电容C_{ext}连接在芯片的10、11引脚之间,如果采用电解电容时,其正极必须接在\frac{R_{ext}}{C_{ext}}(11脚上),允许外接电解电容的最大值为1000uF。对于定时电阻可选择外接电阻R_{ext}或芯片电阻R_{int}(2KΩ)。通常R_{ext}的取值范围为2~40KΩ

1.2施密特触发器

1.2.1逻辑门组成的施密特触发器 

  • 工作特点

(1)电路属于电平触发。当输入信号达到某一电压值,输出电压会发生跳变。但输入信号在增大、减小的过程中,引起输出状态跳变所对应的输入的电压值是不相同的

(2)电路内部采用正反馈来加速电平的转换,可以将边沿变化缓慢的信号变换成边沿陡直的矩形脉冲

  • 逻辑门组成的施密特触发电路

​​​​​​​(1)电路组成:由逻辑门构成的施密特触发电路如下图所示。两个CMOS反相器串联,通过电阻R_1R_2将输出端的电压反馈到门G_1的输入端,从而对电路产生影响

(2) 工作原理:设CMOS反相器的阈值电压V_{TH}=\frac{V_{DD}}{2},且电阻R_1< R_2,门G_1的输入电平V_{I1}决定着电路的输出状态则由叠加原理

V_A=V_I+\frac{R_1}{R_1+R_2}(V_o-V_I) 

(3) R_1<R_2的原因

(4)设输入信号V_I为三角波。当V_I=0V时,输出v_o=V_{OL}=0V,此时v_{A}\approx 0V,当V_I从0V开始逐渐增加时,v_A也会开始增加,但只要v_A< V_{TH},电路就会保持v_0不变。因为R_2引入正反馈,当V_I增加到使v_A略大于V_{TH}时,门G_1就会进入到它的电压传输特性转折区(放大区)并在电路中产生一个正反馈.这样电路将会迅速从低电平跳到变为高电平即v_o \approx V_{DD}。我们把输入信号上升过程中,使电路的输出发生状态跳变时所对应的输入电压称为正向阈值电压,用V_{T+}表示。在电路状态发生跳变之前,v_o \approx 0V

V_{T+}=(1+\frac{R_1}{R_2})V_{TH}

(4)当v_A=V_{TH},如果v_I继续上升,则v_A> V_{TH},输出维持v_o\approx V_{DD}不变,当v_I经过三角波最高点后开始逐渐减小时,v_A也会随着下降。当v_I减小到使v_{A}略小于V_{TH}时,门G_1再次进入其电压传输特性转折区,这样,使电路的输出迅速地从高电平跳变到低电平即v_o \approx 0V。将输入信号下降过程中,使电路的输出发生跳变时所对应的输入电平称为负向阈值电压,用V_{T-}表示。在电路状态发生跳变之前,v_o \approx V_{DD},则负向阈值电压为

V_{T-}=(1-\frac{R_1}{R_2})V_{TH}

(5)定义正向阈值电压\triangle V_{T}=V_{T+}-V_{T-}=\frac{R_1}{R_2}V_{DD}。电路的回差电压与\frac{R_1}{R_2}成正比,改变R_1R_2的比值即可调节回差电压的大小

  • 工作波形及电压传输特性

(1)以v_o作为电路的输出端时,其电压传输特性和逻辑符号如下图所示。

(2)根据输入、输出电平之间的对应关系,可以称之为同相输出施密特触发电路。而对v_{o1}作为输出端,其电压传输特性如下图所示。称之为反相输出施密特触发电路

1.2.2施密特触发电路的应用

  • 波形变换

(1)施密特触发器常用于波形变换,如将正弦波、三角波等变换成矩形波等

  • 波形的整形与抗干扰 

(1) 在工程实际中,常遇到信号在传输过程中发生中畸变现象。例如:当传输线上的电容较大时,矩形波在传输过程中,其上升沿和下降沿都会明显的延缓。如图a。

(2)又如传输线较长,且接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配,则在波形的上升沿和下降沿将产生阻尼振荡如图b

(3)对上述的畸变,只要回差电压合适,就可以达到理想的波形

  • 幅度的鉴别

(1)施密特触发器属于电平触发模式,即其输出状态与输入信号v_I的幅值有关。利用这一工作特点,可将它作为幅度鉴别电路。例如,在施密特触发电路输入端输入一串幅度不等的脉冲信号,只有幅度大于V_{T+}的那些脉冲才会使施密特触发电路翻转,v_0有脉冲输出;而对幅度小于 V_{T+}的脉冲,施密特触发电路不翻转,v_0没有脉冲输出。因此,可以选出幅度大于V_{T+}的脉冲,电路的输入、输出波形如下所示

1.3 多谐振荡电路

1.3.1施密特触发电路组成的多谐振荡电路

  • 基本概念 

(1)由于施密特触发电路有V_{T+}V_{T-}两个不同的阈值电压,如果能使它的输入电压在V_+V_-之间变化时反复变化,就可以得到矩形波。将施密特触发电路的输出端经过RC积分电路接回其输入端,利用RC充放电过程改变输入电压,既可以用施密特触发电路构成多谐振荡电路

(2)假设在电源接通瞬间,电容C的初始电压为零,则输出电压v_o为高电平。v_o通过电阻R对电容器C充电,v_c会逐渐上升,当v_c达到V_{T+}时,施密特触发电路翻转,v_o由高电平跳变为低电平。此后,电容器C又开始放电,v_c逐渐下降,当v_c下降到V_{T-}时,电路又发生翻转,v_o又由低电平跳变为高电平,C又被重新充电。如此周而复始,在电路的输出端,就得到了矩形波

(3)设图采用的是CMOS施密特触发电路CD40106,已知V_{OH}\approx V_{DD}V_{OL}\approx 0V,则输出电压v_0的周期为T=RC(\frac{V_{DD}-V_{T-}}{V_{DD}-V_{T+}}*\frac{V_{T+}}{V_{T-}})

(4)注意使用带有施密特特性的CMOS反相器的组成振荡电路时,虽然振荡波形较好,但由于V_{T+}V_{T-}各自在一定的范围。

1.3.2石英晶体多谐振荡电路

  • 基本概念

​​​​​​​(1)多谐振荡电路是一种自激振荡电路,它在接通电源之后,不需要外加输入信号,电路就能自行产生一定的频率和一定幅度的矩形波。由于矩形波含有丰富的谐波分量,所以称为多谐振荡电路。多谐振荡电路在工作过程中没有稳定状态,故又被称为无稳态电路,多谐振荡电路作为时钟脉冲的信号源

  • 石英晶体的简介

​​​​​​​(1)石英晶体的范围是10KHz~10MHz,C_0代表石英晶体不振动时支架静电容量,一般为几到几十皮法;L、C和R代表晶体本身的特性;L相当于晶体的质量(机械的振动惯性),其值很大,一般为几十到几百豪亨;C相当于晶体的等效弹性模数,其值为10^{-4}\sim 10^{-1}pF;R表示晶片振动时的摩擦损耗,其值为100Ω左右。由于模型中L/C的比值很大,因而品质因数Q高达10000~50000.又由于石英晶体的固有频率仅与石英晶体的结晶方向和外尺寸有关,与电路中的电阻、电容无关。所以,石英晶体振荡电路的频率稳定度极高,其频率稳定度\frac{\Delta f_s}{f_s}可达10^{-10}\sim 10^{-11}

 (2)由电路模型可知,石英晶体有两个振荡频率。当R、L、C支路发生串联谐振时,该支路呈纯阻性,大小为R,此时的振荡频率为f_s;当频率高于f_s时,R、L、C支路呈现感性,可与C_0发生并联谐振,此时的谐振频率为f_p。由于C\ll C_0。因此f_sf_p之间很接近(相差几十~几百Hz)

  • 串联谐振石英晶体振荡电路

​​​​​​​(1)如图所示,石英晶体串联接在由门G_1G_2组成的正反馈电路中。当振荡频率等于晶体的串联谐振频率f_s时,晶体的阻抗最小,呈现电阻特性,此时正反馈最强,且满足相位条件;而其他频率信号都被石英晶体衰减(由于电抗X较大),所以电路的震荡频率就是f_s

(2)图中,电阻R_1R_2的作用是使反相器G_1G_2在静态(电路没有振荡)时工作在电压传输特性曲线的转折区(放大区),使每个反相器成为具有很强放大能力的放大电路,有利于电路起振。如采用TTL门电路R_1R_2,通常取值为0.5~2 kΩ之间;如采用CMOS门电路,其阻值则在5~ 100 MΩ之间。电容C1、C2为两个反相器之间的耦合电容,它们的大小选择应使其在频率为f_s时容抗可以忽略不计,这样可以保证G_1G_2形成正反馈

  • 并联谐振石英晶体振荡电路

(1) 并联型石英晶体振荡电路的振荡频率选择在f_sf_p之间,石英晶体等效电感元件。如下图所示R_f为偏置电阻,其取值一般在10\sim 100MΩ之间,它的作用是设置直流静态点(V_B=V_A=V_{TH}=\frac{V_{DD}}{2}),保证CMOS反相器G_1能工作在其电压传输特性的转折区——线性放大状态,即反相器G_1R_f组成基本放大电路。图中石英晶体谐振器的工作频率位于串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p之间,使石英晶体呈现电感特性,以便与电容C_1C_2一起组成选频反馈网络,这个网络将B点输出信号的一部分反馈到输入端A,再由G_1放大以维持振荡。放大电路和选频网络共同组成电容三点式振荡电路。反相器G_2起到整形缓冲作用,因为振荡电路输出信号接近于正弦波,经G_2整形后变成矩形波,并且G_2还能提高振荡电路的带负载能力

(2)图中CC4060为异步二进制计数器/振荡器。它内部有14个串行级联的T触发器,其输出端Q_4 \sim Q_{10}Q_{12}\sim Q_{14}分别对应2^4\sim 2^{10}2^{12}\sim 2^{14}分频。另外,在9、10、11这3个引脚上外接电阻、电容和晶振可以构成振荡电路,振荡信号可以从引脚9输出,同时也送到内部计数器进行分频,得到多种不同频率的输出信号。按照图中的电路连接,由晶振电路产生32768 Hz的基准时钟,经214分频后得到2Hz的脉冲信号输出,再经过D触发器构成的二分频器分频后,得到1 Hz的时钟信号输出。

1.4 555定时器及其应用

1.4.1555定时器

  • 基本组成

​​​​​​​(1)双极性555定时器的电路结构如图所示,它由3个电阻构成的分压器、电压比较器C_1C_2、基本SR锁存器,集电极开路的三极管T以及缓冲器G组成。集成电路8个引脚的名称和编号均标在画线框外边

(2) \overline{R_D}为直接清零输入端。只要\overline{R_D}为低电平,不管其他输入端的状态如何,输出端v_o立即变为低电平。正常工作时,必须使\overline{R_D}端处于高电平。三极管T的作用是外接的RC电路提供放电通路;由于其集电极开路,所以使用时,第七脚一般接上拉电阻

(3)2号引脚TR'低触发端,低于参考电压VR_2为有效电平。6号引脚TH高触发端,高于参考电压V_{R1}有效,7号引脚DISC经上拉电阻接电源,输出与v_o相同

(4)比较器C_1C_2的输出控制着基本SR锁存器和放电三极管T的状态。当控制电压端v_{IC}悬空时(一般该端到地之间接0.01uF左右的滤波电容),三个5KΩ电阻串联组成的分压器为比较器提供参考电压。比较器C_1的参考电路\frac{2}{3}V_{CC},比较器C_2的参考电压为\frac{1}{3}V_{CC},比较器的正向大于反向则输出高电压,反向大于同向输出低电压

  • 工作原理​​​​​​​

(1)假定控制电压端是电压悬空的,因而比较器C_1的参考电路\frac{2}{3}V_{CC},比较器C_2的参考电压为\frac{1}{3}V_{CC}。如果控制电压端(5脚)外接电压v_{IC},则比较器C_1C_2的参考电压就变为v_{IC}\frac{V_{IC}}{2}。下面以接悬空分析

​​​​​​​(2)当V_{I1}<\frac{2}{3}V_{CC}V_{I2}>\frac{1}{3}V_{CC}时,比较器C_1输出低电平,比较器C_2输出高电平,SR锁存器置1,\overline{Q}输出低电平,三极管T截止,输出端v_0为高电平

(3)当V_{I1}>\frac{2}{3}V_{CC}V_{I2}>\frac{1}{3}V_{CC}时,比较器C_1输出高电平,比较器C_2输出低电平,SR锁存器置0,\overline{Q}输出高电平,三极管T导通,输出端v_o为低电平

(4)当V_{I1}<\frac{2}{3}V_{CC}V_{I2}>\frac{1}{3}V_{CC}时,SR锁存器R=0,S=0,锁存器的状态不变,电路保持原来的不变

(5)当V_{I1}>\frac{2}{3}V_{CC}V_{I2}<\frac{1}{3}V_{CC},R=S=1,锁存器输出Q=\overline{Q}=0,T截止,v_o为高电平

 1.4.2用555定时器组成的施密特触发器

  • 基本组成

(1)将555定时器的阈值输入端和触发输入端连在一起作为信号输入端,便构成了施密特触发电路。将控制电压端接0.01uF有助于稳定比较器的的参考电压

  • 工作原理

​​​​​​​(1)如果输入v_I为三角波,当v_I<\frac{V_{CC}}{3}时,根据555定时器功能表可知,输出v_O为高电平;当v_I增加到满足\frac{V_{CC}}{3}<v_I<\frac{2V_{CC}}{3}时,输出v_O维持高电平不变;一旦v_I>\frac{2V_{CC}}{3}v_O就由高电平跳变为低电平;之后v_I再增加,v_O保持低电平不变

(2)如果v_I由大于\frac{2V_{CC}}{3}的电压值逐渐下降,只要\frac{V_{CC}}{3}<v_I<\frac{2V_{CC}}{3}v_O仍然维持低电平不变;只有当v_I<\frac{V_{CC}}{3}时,电平才再次翻转,v_O由低电平跳变为高电平

(3)v_I在上升过程中,所对应的正向阈值电压为V_{T-}=\frac{2}{3}V_{CC}

(4)v_I在下降过程中,所对应的负向阈值电压为V_{T-}=\frac{1}{3}V_{CC}

 (5)控制电压端(5脚)加电压V_R,则有V_{T+}=V_RV_{T-}=\frac{V_R}{2}\Delta V_T=\frac{V_R}{2}

1.4.3用555组成的单稳态电路

  • 基本组成(单稳态电路)

(1)点画框内的R_2C_2是微分电路,用于产生窄的触发电路;二极管D_1用以旁路的正向脉冲,保护输入引脚。假设电路输出信号的脉冲宽度为t_w,则要求t_w远大于时间常数R_2C_2,一般按照下式来选取R_2C_2的值

R_2C_2=t_w/10

(2)电路无触发脉冲信号(v_I无负向脉冲时),v_2为高电平,电路正常工作在稳定状态(v_0=0)。此时,555内部的三极管T导通,电容C通过T放电,使v_c=0

(3) 若在触发输入端加一个负向触发信号(v_I<\frac{V_{CC}}{3}),v_O就会由低电平跳变到高电平,电路进入暂稳态,三极管T截止。此后V_{CC}通过R向电容C充电,v_c按指数规律上升。当v_c上升到略大于\frac{2V_{CC}}{3}时,电路的输出v_O就会由高电平翻转为低电平,同时T导通,于是电容C放电,电路返回稳定状态

(4)如果忽略三极管T的饱和压降,则v_c从0V上升到\frac{2V_{CC}}{3}的时间,即为输出电压v_o的脉冲宽度。由v_c的波形可知,v_c(0)=0,v_c\propto)=V_{CC}v_ct_w)=V_{TH}=\frac{2V_{CC}}{3}\tau=RC,将这些值代入RC电路过渡过程的计算公式,得到v_o的脉冲的宽度为t_w=RCIn3=1.1RC

(5)可见,t_w只与定时元件R、C的值有关,与输入脉冲和电源电压无关。通常R的取值在1KΩ~3.3MΩ之间,电容的取值为470pF~470uF之间

  • 555定时器组成脉宽调制电路

​​​​​​​(1)在单稳态电路的电压控制端输入一个称为调制信号的低频信号(例如,三角波和正弦波),当调制电压升高时,电路的阈值电压升高,输出的脉冲宽度随之增加;而当调制电压降低时,电路的阈值电压也降低,输出的脉冲宽度则随之减小。随着调制电压的变化,在单稳态电路的输出端,就可以得到一串随控制电压变化的脉宽调制波形

(2)脉宽调制电路常用于通信领域。用低频调制信号改变高频信号的脉冲宽度,该高频信号称为载波。被调制的载波可以通过导线或者光缆等介质传输到接收器。接收器恢复出调制信号,用来驱动负载

1.4.4用555组成的多谐振荡电路

  • 占空比不可调的555电路

​​​​​​​​​​​​​​

​​​​​​​(1)接通电源时,电容C未充电,v_c=0使v_c高电平,555内部的三极管T截止,电源v_{cc}通过串联电阻(R_1+R_2)给电容C充电.

(2)当v_c上升到略大于\frac{2V_{CC}}{3}时,使v_0为低电平,同时T导通,此时电容C通过R_2和T放电,v_c下降。当v_c下降到略小于\frac{V_{CC}}{3}时,v_0翻转为高电平。电容C放电所需的时间为t_{pL}\approx 0.7*R_2C

(3)当放电结束时,T截止,V_{CC}将通过R_1R_2向电容器C充电,v_c\frac{V_{CC}}{3}上升到\frac{2V_{CC}}{3}所需的时间为t_{pH}\approx 0.7*(R_2+R_1)C

(3)当v_c上升到\frac{2V_{CC}}{3}时,电路又翻转为低电平。在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。电路的稳定工作波形为下图,其振荡频率为f=\frac{1}{t_{pL}+t_{PH}}\approx\frac{1.43}{(R_1+2R_2)C}

(4)图中显示t_{pL}\neq t_{pH},而且占空比固定不变。

  • 占空比可调的555定时器电路 

(1) 如要实现占空比可调电路,则需要加上其他器件。由于二极管D_1D_2的单向导电性,使电容器C的充电、放电回路分开,调节可变电阻,就可以调节多谐振荡电路的占空比。图中V_{cc}通过R_AD_1向电容C充电、充电时间为t_{pH}=0.7*R_AC

(2)电容器C通过D_2R_B及555中的三极管T放电,放电时间为t_{pL}\approx 0.7R_BC

(3)振荡频率为f=\frac{1}{t_{pL}+t_{pH}}\approx \frac{1.43}{(R_A+R_B)C}

(4)电路输出波形的占空比为q=\frac{R_A}{R_A+R_B}\times 100\%

2.1multisim仿真

2.1.1555定时器构成的多谐振荡电路

  • 占空比不可调的多谐振荡电路
2.1.1.1multisim图片
2.1.1.2波形图

​​​​​​​​​​​​(1)使用上述公式高电平计算公式t_{pH}\approx 0.7*(R_2+R_1)C,可知R_2=20kΩ,R_1=10kΩ,C=100nf,multisim横向的一格为2ms,则通过计算0.7*(10000+20000)*0.0000001=0.0021ms

  •  占空比可调的多谐振荡电路
2.1.1.3multisim仿真
2.1.1.4可调占空比的50%波形
2.1.1.5multisim的仿真
2.1.1.6可调占空比的65%波形

​​​​​​​​​​​(1)已知R1=10KΩ,R2=20KΩ(可调),R3=10KΩ,使用上述公式电路输出波形的占空比为q=\frac{R_A}{R_A+R_B}\times 100\%,可以计算出对应的占空比实现可调

2.1.2施密特触发器

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