脉冲波形的产生与整形

1、第第12章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形12.1 55512.1 555定时电路及其功能定时电路及其功能12.2 12.2 施密特触发器施密特触发器12.3 12.3 单稳态触发器单稳态触发器12.4 12.4 多谐振荡器多谐振荡器12.1 5512.1 55定时电路及其功能定时电路及其功能 数字电路区别于模拟电路的主要特数字电路区别于模拟电路的主要特点之点之 一是：它的工作信号是离散时间一是：它的工作信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及对不理想。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本节讨论的重

2、点。的方波如何整形，是本节讨论的重点。 555定时器是将模拟电路和数字电路定时器是将模拟电路和数字电路集成于集成于 一体的电子器件。它使用方便一体的电子器件。它使用方便, ,带负载能力较强带负载能力较强, , 目前得到了非常广泛目前得到了非常广泛的应用。的应用。 12.1.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部定时器的内部电路包括以下几部分分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器两个电压比较器: A1、A2 ;一个一个 RS 触发触发器器; 一个反相器和一个晶体管一个反相器和一个晶体管T。具体的。具体的 结构

3、见后图。结构见后图。RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5V 18VRSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三个电阻三个电阻构成的分压器构成的分压器给给 两个比较器两个比较器提供提供基准电压基准电压: A1 的为的为 2VCC / 3 , A2 的为的为 VCC / 3 。 首先讨论上图中首先讨论上

4、图中彩色部分彩色部分的电路的电路的工作原理。的工作原理。101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果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阈值端阈值端触发端触发端RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管晶体管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持导通导通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 触发器功能表触发器功能表附录附录:

5、 综合以上的综合以上的分析结果分析结果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:阈值端阈值端触发端触发端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晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT12.2 12.2 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是一种脉冲信号的整形施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路，它具有回差电压传输特性。电路，它具有回差电压传输特性。uoui0uT-uT+uOHuO

6、L施密特触发器的符号施密特触发器的符号U UI IUCCT876532RSQQ-A1A2uoRD41RRR+-12.2.112.2.1用用555555电路构成施密特触发器电路构成施密特触发器1.1.电路的组成电路的组成2.2.工作原理工作原理OtUIOUCC2/3UCC1/3UCCUCC1）UI由由0V上升，当上升，当UI1/3UCC时，比较器时，比较器A1置置1（高电平），比（高电平），比较器较器A2置置0（低电平）（低电平），基本，基本RS触发器置触发器置1，输出高电平。输出高电平。2）UI继续上升，当继续上升，当1/3UCCUI2/3UCC时，比较器时，比较器A1置置0（低电平），比较器

7、（低电平），比较器A2置置1（高电平），基本高电平），基本RS触发器置触发器置0，输出低电平。，输出低电平。4）UI继续上升，基本继续上升，基本RS触发器置触发器置0保持不变，输出保持不变，输出低电平。低电平。5）当）当UI下降到下降到UI1/3UCC时，比较器时，比较器A1置置1（高电平）（高电平），比较器，比较器A2置置0（低电平），基本（低电平），基本RS触发器置触发器置1，输出，输出高电平。高电平。12.2.2 12.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1）波形的变换与整形）波形的变换与整形 利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成方波。

8、方波。tuiUT+UT-tuoUoHUoL输入正弦波的波形变换情况输入正弦波的波形变换情况EWB仿真输入正弦波的波形变换情况EWB仿真输入三角波的波形变换情况波形的整形波形的整形tuituoUT+UT-U2T-通过调节通过调节UT+-U2T-的大小，实现了波形整形。的大小，实现了波形整形。 2. 555定时器的应用定时器的应用双稳态触发器双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555S1 : 起动按钮起动按钮S2 : 停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uo阈值端阈值端

9、触发端触发端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晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /3 仅仅按下按下起动按钮起动按钮 S1 , 则则 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 当然当然 TH VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , 未按未按 S1 , 当然当然TR VCC / 3 , 这时这时 uo = 0 , 电机停止运行电机停止运行。 如果松开如果松开 S2 , 电机仍电机仍不转动不转动 。12.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器简称单稳

10、。单稳态触发器简称单稳。 特点特点: 输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态, 另一个状另一个状态是暂稳态。加入触发信号后态是暂稳态。加入触发信号后,它由稳定状态它由稳定状态转入暂稳态转入暂稳态,经过一定时间以后经过一定时间以后,它又会它又会自动返自动返回回原来的原来的 稳定状态。稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回学习的重点学习的重点:为什么为什么会自动返回会自动返回?需需多少时间多少时间?12.3.1 用用555构成单稳态触发器构成单稳态触发器: （用于洗相曝光定时器）（用于洗相曝光定时器）48162357uouiVCCRRTCT

11、DTHTRS若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0 。0t0t0tuiuCTuo2VCC /3TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0。0tuiTH 2VCC /3 , TR VCC /3 按钮按钮 S 处于打开状态时：处于打开状态时：uo = 0 , 555内的管内的管T导通导通 , 电容电容 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内的晶体管内的晶体管T也由截也由截止变成导通止变成导通 , 电容电容CT 迅速迅速放电而变成放电而变成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上过程可以看出由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次按钮每按动一次 , uo 便输便输出一个正脉冲出一个正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定 。48162357uouiVCCRRTCTDTHTR

13、SJJ红红白白D1D2按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的结点的结点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭红灯亮的时间即为曝光时间红灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 RT CTEWB仿真555单稳触发器（电位器R置于0）EWB仿真555单稳触发器（电位器R置于52%）12.4 12.4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振荡器。由能产生矩形脉冲的自激振荡器。由于矩形波形中除基波外，还包括许多高次谐波，因此于矩形波形中除基波外，还包括许多高次谐波，因此又称为多谐振荡器。又称为多谐振荡器。 多谐振荡

14、器多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂态作交替变化，输出矩形脉冲，因此又只有两个暂态作交替变化，输出矩形脉冲，因此又被称为无稳态电路。被称为无稳态电路。12.4.1 用用555构成多谐振荡器构成多谐振荡器: 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3首先说明如何用首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器:输出波形输出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 设电容设电容C 原先未充电原先未充电, 故故 TH = TR 2VCC /3 , 立即立即 uo = 0 , 同时同时555内的管内的管 T 导通导通,电容电容 C 经经 R2 7# T1# 放电放电, 一直至一直至VCC /3 , 使得使得uo 回到回到 1 , 进入循环进入循环 .t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2输出方波的输出方波的周期周期 T的计算的计算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCEWB仿真555组成的多谐振荡器0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T248162357R1R2CuC