脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、第第12章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形12.1 55512.1 555定時電路及其功能定時電路及其功能12.2 12.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器12.3 12.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.4 12.4 多諧振蕩器多諧振蕩器12.1 5512.1 55定時電路及其功能定時電路及其功能 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之點之 一是：它的工作信號是離散時間一是：它的工作信號是離散時間的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本節(jié)討論的重

2、點。的方波如何整形，是本節(jié)討論的重點。 555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于集成于 一體的電子器件。它使用方便一體的電子器件。它使用方便, ,帶負載能力較強帶負載能力較強, , 目前得到了非常廣泛目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 12.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理 555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分分 : 一個由三個相等電阻組成的分壓器一個由三個相等電阻組成的分壓器; 兩個電壓比較器兩個電壓比較器: A1、A2 ;一個一個 RS 觸發(fā)觸發(fā)器器; 一個反相器和一個晶體管一個反相器和一個晶體管T。具體的。具體的 結(jié)構(gòu)

3、見后圖。結(jié)構(gòu)見后圖。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5V 18VRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三個電阻三個電阻構(gòu)成的分壓器構(gòu)成的分壓器給給 兩個比較器兩個比較器提供提供基準電壓基準電壓: A1 的為的為 2VCC / 3 , A2 的為的為 VCC / 3 。 首先討論上圖中首先討論上

4、圖中彩色部分彩色部分的電路的電路的工作原理。的工作原理。101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果比較的結(jié)果2VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶體管晶體管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表附錄附錄:

5、 綜合以上的綜合以上的分析結(jié)果分析結(jié)果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR2VCC / 3VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 32VCC / 3VCC / 3VCC / 3小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT12.2 12.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器是一種脈沖信號的整形施密特觸發(fā)器是一種脈沖信號的整形電路，它具有回差電壓傳輸特性。電路，它具有回差電壓傳輸特性。uoui0uT-uT+uOHuO

6、L施密特觸發(fā)器的符號施密特觸發(fā)器的符號U UI IUCCT876532RSQQ-A1A2uoRD41RRR+-12.2.112.2.1用用555555電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器1.1.電路的組成電路的組成2.2.工作原理工作原理OtUIOUCC2/3UCC1/3UCCUCC1）UI由由0V上升，當上升，當UI1/3UCC時，比較器時，比較器A1置置1（高電平），比（高電平），比較器較器A2置置0（低電平）（低電平），基本，基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，輸出高電平。輸出高電平。2）UI繼續(xù)上升，當繼續(xù)上升，當1/3UCCUI2/3UCC時，比較器時，比較器A1置置0（低電平），比較器

7、（低電平），比較器A2置置1（高電平），基本高電平），基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置0，輸出低電平。，輸出低電平。4）UI繼續(xù)上升，基本繼續(xù)上升，基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置0保持不變，輸出保持不變，輸出低電平。低電平。5）當）當UI下降到下降到UI1/3UCC時，比較器時，比較器A1置置1（高電平）（高電平），比較器，比較器A2置置0（低電平），基本（低電平），基本RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置1，輸出，輸出高電平。高電平。12.2.2 12.2.2 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1）波形的變換與整形）波形的變換與整形 利用施密特觸發(fā)器，可將三角波或正弦波變成利用施密特觸發(fā)器，可將三角波或正弦波變成方波。

8、方波。tuiUT+UT-tuoUoHUoL輸入正弦波的波形變換情況輸入正弦波的波形變換情況EWB仿真輸入正弦波的波形變換情況EWB仿真輸入三角波的波形變換情況波形的整形波形的整形tuituoUT+UT-U2T-通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)UT+-U2T-的大小，實現(xiàn)了波形整形。的大小，實現(xiàn)了波形整形。 2. 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。微電機起動停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機微電機555S1 : 起動按鈕起動按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555uo閾值端閾值端

9、觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /3 僅僅按下按下起動按鈕起動按鈕 S1 , 則則 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 當然當然 TH VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , 未按未按 S1 , 當然當然TR VCC / 3 , 這時這時 uo = 0 , 電機停止運行電機停止運行。 如果松開如果松開 S2 , 電機仍電機仍不轉(zhuǎn)動不轉(zhuǎn)動 。12.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)

10、。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。 特點特點: 輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài)輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài), 另一個狀另一個狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。加入觸發(fā)信號后態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。加入觸發(fā)信號后,它由穩(wěn)定狀態(tài)它由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),經(jīng)過一定時間以后經(jīng)過一定時間以后,它又會它又會自動返自動返回回原來的原來的 穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回學(xué)習(xí)的重點學(xué)習(xí)的重點:為什么為什么會自動返回會自動返回?需需多少時間多少時間?12.3.1 用用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: （用于洗相曝光定時器）（用于洗相曝光定時器）48162357uouiVCCRRTCT

11、DTHTRS若若S打開打開 , 則則 ui = 1 ;若若S合上合上 , 則則 ui = 0 。0t0t0tuiuCTuo2VCC /3TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打開打開 , 則則 ui = 1 ;若若S合上合上 , 則則 ui = 0。0tuiTH 2VCC /3 , TR VCC /3 按鈕按鈕 S 處于打開狀態(tài)時：處于打開狀態(tài)時：uo = 0 , 555內(nèi)的管內(nèi)的管T導(dǎo)通導(dǎo)通 , 電容電容 CT 被短路被短路, TH =0.3V 。0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tu

12、o按一下按一下 S , TR VCC ,已有已有 TH 2VCC /3 , 且且已已 有有 TR VCC /3 , uo = 0 ; 555內(nèi)的晶體管內(nèi)的晶體管T也由截也由截止變成導(dǎo)通止變成導(dǎo)通 , 電容電容CT 迅速迅速放電而變成放電而變成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上過程可以看出由以上過程可以看出 : 按鈕每按動一次按鈕每按動一次 , uo 便輸便輸出一個正脈沖出一個正脈沖,其寬度其寬度 TW 由由 RT CT 決定決定 。48162357uouiVCCRRTCTDTHTR

13、SJJ紅紅白白D1D2按一下按一下按鈕按鈕 S未按未按uo0J的線圈的線圈不通電不通電J 的結(jié)點的結(jié)點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅滅紅燈亮的時間即為曝光時間紅燈亮的時間即為曝光時間 TWTW = 1.1 RT CTEWB仿真555單穩(wěn)觸發(fā)器（電位器R置于0）EWB仿真555單穩(wěn)觸發(fā)器（電位器R置于52%）12.4 12.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩器。由能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩器。由于矩形波形中除基波外，還包括許多高次諧波，因此于矩形波形中除基波外，還包括許多高次諧波，因此又稱為多諧振蕩器。又稱為多諧振蕩器。 多諧振蕩

14、器多諧振蕩器一旦振蕩起來后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，一旦振蕩起來后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫態(tài)作交替變化，輸出矩形脈沖，因此又只有兩個暫態(tài)作交替變化，輸出矩形脈沖，因此又被稱為無穩(wěn)態(tài)電路。被稱為無穩(wěn)態(tài)電路。12.4.1 用用555構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器: 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3首先說明如何用首先說明如何用555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器定時器構(gòu)成多諧振蕩器:輸出波形輸出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 設(shè)電容設(shè)電容C 原先未充電原先未充電, 故故 TH = TR 2VCC /3 , 立即立即 uo = 0 , 同時同時555內(nèi)的管內(nèi)的管 T 導(dǎo)通導(dǎo)通,電容電容 C 經(jīng)經(jīng) R2 7# T1# 放電放電, 一直至一直至VCC /3 , 使得使得uo 回到回到 1 , 進入循環(huán)進入循環(huán) .t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2輸出方波的輸出方波的周期周期 T的計算的計算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCEWB仿真555組成的多諧振蕩器0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T248162357R1R2CuC