第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形6.1脈沖信號(hào)6.2555集成定時(shí)器6.3施密特觸發(fā)器6.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.5多諧振蕩器6.6555定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用電路第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形6.6.1延時(shí)報(bào)警器6.6.2雙音門(mén)鈴6.6.3簡(jiǎn)易電子琴電路6.6.4555觸摸定時(shí)開(kāi)關(guān)6.6.5照明燈自動(dòng)亮滅裝置6.6.6電熱毯溫度控制器6.1脈沖信號(hào)6.1.1脈沖信號(hào)的概念6.1.2矩形脈沖的獲取及其主要參數(shù)6.1.1脈沖信號(hào)的概念圖6-1典型脈沖信號(hào)a) 尖脈沖b) 三角波c) 矩形波6.1.2矩形脈沖的獲取及其主要參數(shù)1) 利用自激振蕩電路直接產(chǎn)生，其具體電路是多諧振蕩器。2) 通過(guò)對(duì)已有信號(hào)進(jìn)行變換，使之滿足

2、系統(tǒng)的要求，其具體電路是施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖6-2矩形脈沖特性的主要參數(shù)6.2555集成定時(shí)器6.2.1555定時(shí)器的電路組成6.2.2555定時(shí)器的基本功能6.2.1555定時(shí)器的電路組成1. 分壓器2. 電壓比較器3. 基本RS觸發(fā)器4. 放電晶體管VT5. 輸出緩沖器6.2.1555定時(shí)器的電路組成圖6-3555定時(shí)器a) 電路b)圖形符號(hào)c)引腳排列1. 分壓器分壓器由三個(gè)5k電阻組成，它為兩個(gè)電壓比較器提供比較參考電壓。當(dāng)控制電壓端(5腳)懸空時(shí)，分壓器對(duì)電源電壓VCC(8腳)分壓，電壓比較器C1的參考電壓為vR1=2VCC/3，電壓比較器C2的參考電壓為vR1=VCC/3

3、。腳)懸空時(shí)，分壓器對(duì)電源電壓VCC(8腳)分壓，電壓比較器C1的參考電壓為vR1=2VCC/3，電壓比較器C2的參考電壓為vR1=VCC/3。一般在5腳和地線之間外接一個(gè)0.010.1F的電容，可提高電壓比較器參考電壓的穩(wěn)定性。此外，改變5腳的接法可改變電壓比較器的參考電壓。例如，5腳外接固定電壓vIC(其值在0VCC之間)，則電壓比較器C1和C2的參考電壓為vR1=vIC，vR2=vIC/2。2. 電壓比較器C1和C2是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的電壓比較器。當(dāng)電壓比較器v+v-時(shí)，電壓比較器輸出高電平，當(dāng)v+2/3 VCC，vI21/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)

4、器被置“0”，放電晶體管VT飽和導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。3)當(dāng)vI11/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2也輸出高電平，即基本RS觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路也保持原狀態(tài)不變。4)當(dāng)vI1 2/3VCC，vI2 2/3VCC，vI21/3 VCC時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器Q=Q=1，放電晶體管VT截止，輸出端vO為高電平。 6.3.1555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器6.3.2門(mén)電路組成的施密特觸發(fā)器6.3.3集成施密特觸發(fā)器6.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用6.3施密特觸發(fā)器6.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)是：1)輸入電壓在上升和下降過(guò)程中，電

5、路狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所對(duì)應(yīng)的輸入電壓不同，具有回差特性。2)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度非?？欤梢允馆敵霾ㄐ芜呇刈兌?，從而得到比較理想的矩形脈沖。圖6-4施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性及圖形符號(hào)a) 同相輸出電壓傳輸特性b) 同相輸出圖形符號(hào)c) 反相輸出電壓傳輸特性d) 反相輸出圖形符號(hào)6.3.1555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理2.主要參數(shù)1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖6-5555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器a) 電路結(jié)構(gòu)b)工作波形1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理1) 當(dāng)vI1/3VCC時(shí)，即vI1vI21/3VCC，vO輸出高電平。2)在1/3VCCvI2/3VCC時(shí)，即vI11/3VCC ，保持vO輸出高

6、電平。3)當(dāng)vI升高到2/3VCC以后，即vI12/3VCC ，vI21/3VCC ，vO輸出變?yōu)榈碗娖健?)當(dāng)vI2/3VCC時(shí)，即vI12/3VCC，vI21/3VCC ，vO輸出低電平。2)當(dāng)1/3VCCvI2/3VCC時(shí)，即vI11/3VCC ，保持vO輸出低電平。3)當(dāng)vI下降到1/3VCC以后，即vI12/3VCC ，vI2VTH， vO1為低電平，vO為高電平。2.主要參數(shù)6.3.3集成施密特觸發(fā)器圖6-8集成施密特觸發(fā)器a)CC40106b)74LS146.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用圖6-9施密特觸發(fā)器的應(yīng)用a)波形變換b)波形整形c)脈沖鑒幅6.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用圖6-1

7、0單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的圖形符號(hào)a)正脈沖觸發(fā)b)負(fù)脈沖觸發(fā)6.4.1555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4.2門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用6.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是：1)具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。2)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。6.4.1555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理2.主要參數(shù)1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理(1)穩(wěn)態(tài)(2)暫穩(wěn)態(tài)(3)恢復(fù)過(guò)程1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖6-11用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器a)電路結(jié)構(gòu)b)工作波形(

8、1)穩(wěn)態(tài)當(dāng)電路無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，vI保持高電平，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即輸出端vO保持低電平，555定時(shí)器內(nèi)放電晶體管VT飽和導(dǎo)通，7腳接地，電容電壓vC為0V。(2)暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)vI負(fù)脈沖(下降沿)到達(dá)時(shí)，使2腳電壓 vI2VCC/3。所以電容電壓vC上升至23VCC之前，輸出電壓vO保持高電平不變。(3)恢復(fù)過(guò)程電容電壓vC上升至稍大于2VCC/3時(shí)，由于6腳電壓vI12VCC/3，而2腳電壓 vI2VCC/3，則輸出電壓vO由高電平跳變?yōu)榈碗娖?暫態(tài)結(jié)束)，555定時(shí)器內(nèi)放電晶體管VT由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，電容C經(jīng)放電晶體管對(duì)地迅速放電，時(shí)間常數(shù)2=RCESC，式中RCES是晶體管VT的飽和導(dǎo)通電阻

9、，其阻值非常小，因此2之值也非常小。經(jīng)過(guò)(35)2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過(guò)程結(jié)束，電路重新返回到穩(wěn)狀，電路又可以接收下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，并重復(fù)上述過(guò)程。2.主要參數(shù)輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，也就是定時(shí)電容的充電時(shí)間。由圖6-11b可得 （6-7）6.4.2門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理2.主要參數(shù)1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖6-12微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器a)電路結(jié)構(gòu)b)工作波形2.主要參數(shù)（6-8）（6-9）6.4.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過(guò)程，必須在暫

10、穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接收下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，如圖6-13a所示。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tw寬度，如圖6-13b所示。圖6-13不可重復(fù)觸發(fā)與可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形a)不可重復(fù)觸發(fā)波形b)可重復(fù)觸發(fā)波形c)不可重復(fù)觸發(fā)圖形符號(hào)d) 可重復(fù)觸發(fā)圖形符號(hào)6.4.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用圖6-14單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用a)頻率計(jì)框圖b)工作波形6.5多諧振蕩器6.5.1555定時(shí)器組成的多諧振蕩器6.5.2門(mén)電路組成的多諧振蕩器6.5.3石英晶體多諧振蕩器6.5多諧振蕩器多諧振蕩器具有以

11、下特點(diǎn)：1)多諧振蕩器是一種自激振蕩器，不需要外加觸發(fā)信號(hào)。2)多諧振蕩器無(wú)穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。6.5多諧振蕩器圖6-15多諧振蕩器的圖形符號(hào)6.5.1555定時(shí)器組成的多諧振蕩器1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理2.主要參數(shù)1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理(1)電容充電過(guò)程 (2)電容放電過(guò)程(1)電容充電過(guò)程剛接通電源時(shí)，電容C上的電壓為0V；由于vI2VCC/3，vI12VCC/3，所以輸出端vO為高電平，555定時(shí)器內(nèi)部的放電晶體管VT截止。在這種情況下，VCC通過(guò)電阻R1、R2開(kāi)始對(duì)電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)為1=(R1+R2)C。隨著充電的進(jìn)行，vC點(diǎn)的電位逐漸上升，只要vC點(diǎn)的電位不大于2VCC/3，

12、輸出端vO仍為高電平，放電晶體管VT仍截止。(2)電容放電過(guò)程當(dāng)vC點(diǎn)的電位逐漸上升到稍大于2VCC/3時(shí)，輸出端vO為低電平，放電晶體管導(dǎo)通。電容C通過(guò)放電晶體管、電阻R2放電，若忽略放電晶體管的導(dǎo)通電阻，則放電時(shí)間常數(shù)為2=R2C。vC電位逐漸下降，當(dāng)下降到VCC/3時(shí)，放電晶體管截止，輸出vO為高電平。又進(jìn)入電容充電過(guò)程。如此反復(fù)循環(huán)，在輸出端輸出矩形脈沖。1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖6-16555構(gòu)成的多諧振蕩器及工作波形a)電路結(jié)構(gòu)b)工作波形2.主要參數(shù)（6-10）（6-11）（6-12）（6-13）（6-14）（6-15）（6-16）（6-17）（6-18）圖6-17占空比可調(diào)的多諧

13、振蕩器2.主要參數(shù)圖6-18例6-2的電路圖 【例6-2】試用CB555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)多諧振蕩器，要求振蕩周期為1s，占空比為75%，輸出脈沖幅度為3V。解：由CB555定時(shí)器的特性參數(shù)可知，當(dāng)取電源電壓為5V時(shí)，在100mA的輸出電流時(shí)輸出電壓的典型值為3.3V，所以取VCC=5V可滿足對(duì)輸出脈沖的幅度要求。6.5.2門(mén)電路組成的多諧振蕩器1.對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器2.環(huán)形振蕩器1.對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器圖6-19對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器a)電路結(jié)構(gòu)b)工作波形1.對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器圖6-20圖6-19電路中充放電等效電路a) 充電等效電路b) 放電等效電路（6-19）（6-21）（6-22）（6-23）2.環(huán)形

14、振蕩器圖6-21環(huán)形振蕩器電路a)電路結(jié)構(gòu)b)工作波形6.5.3石英晶體多諧振蕩器1.石英晶體的選頻特性2.石英晶體多諧振蕩器6.5.3石英晶體多諧振蕩器圖6-22石英晶體的電抗頻率特性和圖形符號(hào)1.石英晶體的選頻特性圖6-23串聯(lián)式CMOS石英晶體多諧振蕩器2.石英晶體多諧振蕩器(1)串聯(lián)式振蕩器(2)并聯(lián)式振蕩器(1)串聯(lián)式振蕩器圖6-24并聯(lián)式CMOS石英晶體多諧振蕩器(2)并聯(lián)式振蕩器并聯(lián)式CMOS石英晶體多諧振蕩器如圖6-24所示，圖中RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時(shí)使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個(gè)反相放大器。晶體工作在fs與fp之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。反相器G2起整形緩沖作用，同時(shí)G2還可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路工作的影響。6.6555定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用電路6.6.1延時(shí)報(bào)警器6.6.2雙音門(mén)鈴6.6.