第9章_脈沖產(chǎn)生與整形電路

1、EXIT第第 9 章脈沖信號的產(chǎn)生與整形章脈沖信號的產(chǎn)生與整形555 定時器及其應用定時器及其應用 本章小結(jié)本章小結(jié)EXIT掌握用掌握用 555 定時器構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)定時器構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定時器的電路結(jié)構，定時器的電路結(jié)構，掌握其符號和功能。掌握其符號和功能。9.4 555 定時器及其應用定時器及其應用 EXIT555 定時器簡介定時器簡介 555 定時器是一種結(jié)構簡單、使用方便靈活、用途定時器是一種結(jié)構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬廣泛的多功能電路。它電源

2、電壓范圍寬( (雙極型雙極型 555 定定時器為時器為 5 16 V，CMOS 555 定時器為定時器為 3 18 V) )，可提可提供與供與 TTL 及及 CMOS 數(shù)字電路兼容的接口電平，還數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸可輸出一定功率出一定功率，驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。，驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL 單定時器型號單定時器型號的最后的最后 3 位數(shù)字位數(shù)字為為 555，雙定時，雙定時器的為器的為 556；CMOS 單定時器單定時器的最后的最后 4 位數(shù)位數(shù)為為 7555，雙定時器的為雙定時器的為 7556。 一、一、555 定時器的工作原理和邏輯功能定時器的工作原理和邏輯功能E

3、XIT555 定時器的電路結(jié)構與符號定時器的電路結(jié)構與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號電路符號627153843OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發(fā)輸入端觸發(fā)輸入端 CO 5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 集電極開路輸出端集電極開路輸出端UR1UR2構成構成電阻分電阻分壓器壓器，為比較器，為比較器 C1、C2 提供兩提供兩個參考電壓，個參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2

4、= 1/3VCC。 輸出緩沖器輸出緩沖器OUT = Q構成構成基本基本 RS 觸發(fā)觸發(fā)器器，決定電路輸出。，決定電路輸出。 放電管放電管，其輸入為，其輸入為Q，輸出為開路集電極。，輸出為開路集電極。Q構成構成電壓比電壓比較器較器，比較，比較 TH 與與 UR1 和和TR 與與 UR2 的大小。的大小。555 定時器的電路結(jié)構與符號定時器的電路結(jié)構與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放電端放電端 TH 6閾值輸入端閾值輸入端 TR 2觸發(fā)輸入端觸發(fā)輸入端 CO 5控制電壓輸

5、入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 UR1UR2QEXIT555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 101導通導通定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直接置 0 端端 RD 低電低電平有效，平有效，優(yōu)先級最高。優(yōu)先級最高。不用時應使其為不用時應使其為 1。EXIT不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸

6、入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 01導通導通0110555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能EXIT555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001EXIT555 定時器的定時器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不

7、變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時器定時器 5G555 的的功能表功能表 11EXIT簡化簡化功能表功能表 不變不變不變不變1截止截止11導通導通01導通導通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUTRD輸輸 出出 輸輸 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用要點使用要點 ( (1) ) RD 低電平有效低電平有效,優(yōu)先級最高，優(yōu)先級最高， 不用時應接高電平。不用時應接高電平。通常不用通常不用 CO 端，為了提高電路工作

8、穩(wěn)定性，端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過將其通過 0.01 F 電容接地。電容接地。( (3) ) TR 低電平有效，低電平有效，TH 高電平高電平 有效，因此，有效，因此，TH 加低電平、加低電平、 TR 加高電平時為非有效電加高電平時為非有效電 平，電路狀態(tài)不變。平，電路狀態(tài)不變。( (4) )輸出輸出 0 時，時，Q = 1，因此，因此 V 導通；輸出導通；輸出 1 時，時， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 電平高低是與電平高低是與 2/3VCC 相比較，相比較，TR 電平高低是與電平高低是與 1/3VCC 相比較。相比較。 若控制輸入端若控制輸

9、入端 CO 加輸入電壓加輸入電壓 uCO ，則，則 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 電平高低的比較值將變成電平高低的比較值將變成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均為高電平時輸出均為高電平時輸出 0，均為低電平時輸出，均為低電平時輸出 1。EXIT二、二、用用 555 定時器組成施密特觸發(fā)器定時器組成施密特觸發(fā)器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當當TH=TR=uI2/3VCC時時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當當TH=TR=uI1/3VCC時時1/3VCC0當當1/3VCC

10、 TH=TR=uI2/3VCC時時當當uI1/3VCC時時當當uI由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 當當 uC 2/3 VCC 時，滿足時，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 為低電平，為低電平，V 導通，電容導通，電容 C 經(jīng)放經(jīng)放電管電管 V 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uC 0 V。這時這時TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低電平不變。因此，低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時 uC 0 V，uO 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導通

11、導通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIHEXIT 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當輸入當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 1/3 VCC ) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 躍變?yōu)檐S變?yōu)楦唠娖?，進入暫穩(wěn)態(tài)高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管，這時放電管 V截止，截止，V

12、CC 又經(jīng)又經(jīng) R 向向 C 充電，充電，uC 上升上升。UILUOH充電充電EXIT 3. 自動返回穩(wěn)定狀態(tài)自動返回穩(wěn)定狀態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當輸入當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 1/3 VCC) )時，使時，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新躍變重新躍變?yōu)榈碗娖?。為?/p>

13、電平。同時，放電管導通，同時，放電管導通，C 經(jīng)經(jīng) V 迅速放電迅速放電 uC 0 V，放電完畢放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。后，電路返回穩(wěn)態(tài)。EXIT 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，R = 27 k ，試確定定時元件試確定定時元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件間，主要取決于充放電元件 R、C。 該單穩(wěn)

14、態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 tWO 。解：解：因為因為 tWO 1.1 RC故故可取標稱值可取標稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RCEXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器 ( (一一) )電路結(jié)構電路結(jié)構 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2EXIT( (二二) )

15、工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充電充電UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經(jīng)經(jīng) R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 工作原理工作原理 EXIT( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當當

16、 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時，時，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經(jīng)經(jīng) R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC經(jīng)經(jīng) R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 放電放電EXIT當當 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時，時， uO 重新躍變?yōu)楦唠娖街匦萝S變?yōu)楦?/p>

17、電平，同時，同時放電管放電管 V 截止，截止，C 又被又被充電，充電，uC 上升上升，電路又電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)返回到暫穩(wěn)態(tài)。( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，時，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經(jīng)經(jīng) R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。接通接通 VCC 后后，開始時，開始時 TH = TR = uC 0

18、0，uO 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，VCC 經(jīng)經(jīng) R1、R2 向向 C 充電，充電，uC 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 EXIT( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 電容電容 C 如此循環(huán)充電和放電，如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期與占空比估算周期與占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq

19、EXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右圖中指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無哪個電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？調(diào)節(jié)？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構成定時元件，因此調(diào)節(jié)共同構成定時元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低?？烧{(diào)節(jié)音調(diào)高低。欲提高音調(diào)，則應減小欲提高音調(diào)，則應減小 RP1 ，因此觸頭應下移。，因此觸頭應下移。RP2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) RP2 可控制可控制 RD

20、 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作與，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。否，因此能控制揚聲器鳴響與否。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) RP2 使觸頭左移至適當位置，可使使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。RP1EXIT觸摸定時開關電路設計 圖中555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在低電平觸發(fā)端(管腳2)加入一個負脈沖，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，輸出高電平，燈泡發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間結(jié)束后，恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。EXIT雙音門鈴電路設計分析 1. 當按鈕開關AN按下時，開關閉

21、合， VCC經(jīng)D2向C4充電，P點(4腳)電位迅速充至VCC ，復位解除，電路起振。 D1將R3短路，故充電時間常數(shù)為(R1+R2)C1，放電時間常數(shù)為R2C1，多 諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，喇叭發(fā)出高音。 2. 當按鈕開關AN松開時，開關斷開，由于電容C4儲存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時間，在P點電位降至復位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩。 Vcc經(jīng)R3、R2、R1向C充電，充電時間常數(shù)增加為(R3 + R2 + R1)C1，放電時間常數(shù)仍為R2C1, 多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，發(fā)出低音。 3. 當電容持續(xù)放電，使P點電位降至555的復位電平以下時，多諧振蕩器停止振蕩，喇叭停止發(fā)聲。調(diào)節(jié)高頻、低頻振蕩相關參數(shù)，可以改變高、低音發(fā)聲頻率以及低音維持時間。EXIT題9-6 圖圖P9-3P9-3所示為所示為555555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 12DDV10RK0.01CuFWtIuCuOu已知已知V、, ,試求輸出脈沖寬度試求輸出脈沖寬度并畫出并畫出的波形。的波形。361.11.1 10 100.01 100.11()wtRCmsuCOtOuOtUOLUOHtW8VOtUIH4VuIEXIT題9-7 圖圖P9-4P9-4所示為所示為10DDV15RK0.01CuF已知已