第12章脉冲波形产生与整形0.7m版

第12章脉冲波形的产生与整形12.1555定时电路及其功能12.2施密特触发器12.3单稳态触发器12.4多谐振荡器12.155定时电路及其功能

数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：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(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本节讨论的重点。

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。12.1.1555定时器的工作原理

555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A1、A2;一个RS触发器;一个反相器和一个晶体管T。具体的结构见后图。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18VRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR

三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。

首先讨论上图中彩色部分的电路的工作原理。101000阈值端触发端THTRRS比较的结果2VCC/3小于2VCC/3小于VCC/3大于VCC/3小于VCC/3大于大于2VCC/3SR++--A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值端触发端RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管TRSQuo100100保持0110保持保持导通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表附录:

综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:阈值端触发端THTR2VCC/3VCC/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT12.2施密特触发器

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。uoui0uT-uT+uOHuOL施密特触发器的符号UIUCCT876532RSQQ-A1A2uoRD41RRR++-12.2.1用555电路构成施密特触发器1.电路的组成2.工作原理OtUIOUCC2/3UCC1/3UCCUCC1）UI由0V上升，当UI<1/3UCC时，比较器A1置1（高电平），比较器A2置0（低电平），基本RS触发器置1，输出高电平。2）UI继续上升，当1/3UCC<UI<2/3UCC时，比较器A1、A2置1（高电平），基本RS触发器置1状态不变，输出高电平。3）当UI>2/3UCC时，比较器A1置0（低电平），比较器A2置1（高电平），基本RS触发器置0，输出低电平。4）UI继续上升，基本RS触发器置0保持不变，输出低电平。5）当UI下降到UI<1/3UCC时，比较器A1置1（高电平），比较器A2置0（低电平），基本RS触发器置1，输出高电平。12.2.2施密特触发器的应用1）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方波。tuiUT+UT-tuoUoHUoL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tuituoUT+UT-U2T-通过调节UT+-U2T-的大小，实现了波形整形。2.555定时器的应用双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555S1:起动按钮S2:停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3

仅按下起动按钮

S1

,则TR<VCC/3;未按S2,

当然TH<2VCC/3,故uo

=1,电机转动。

即使放开S1

,TR>VCC/3,TH<2VCC/3,uo保持为1,电机继续转动。

如果仅按下按钮

S2

,TH>2VCC/3,未按S1,当然TR>VCC/3,这时uo=0,电机停止运行。

如果松开S2,电机仍不转动。12.3单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。

特点:输出端只有一个稳定状态,另一个状态是暂稳态。加入触发信号后,它由稳定状态转入暂稳态,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?12.3.1用555构成单稳态触发器:（用于洗相曝光定时器）48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开,则ui=1;若S合上,则ui=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开,则ui=1;若S合上,则ui=0。0tuiTH>2VCC/3,TR>VCC/3

按钮S处于打开状态时：uo=0,555内的管T导通,

电容CT被短路,TH=0.3V。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo按一下S,TR<VCC,已有TH<2VCC/3,故uo=1,555内的管T截止,CT将被充电,……只要uCT尚未充至2VCC/3,uo的状态就不会变化。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS

一旦uCT>2VCC/3,

且已

有

TR>VCC/3,uo=0;555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo

由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW由RTCT决定。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~红白D1D2按一下按钮

S未按uo0J的线圈不通电J的结点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭红灯亮的时间即为曝光时间TWTW=1.1RTCTEWB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多谐振荡器

多谐振荡器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，因此又称为多谐振荡器。

多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂态作交替变化，输出矩形脉冲，因此又被称为无稳态电路。12.4.1用555构成多谐振荡器:

48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC/32VCC/3首先说明如何用555定时器构成多谐振荡器:输出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC

设电容C原先未充电,故TH=TR<VCC/3,此时uo=1,555内的晶体管T截止,电源通过R1和R2

对电容C充电。uC0tVCC/32VCC/30tuo

在uC

没有充电到2VCC/3之前,uo保持

1

不变。uC0tVCC/32VCC/30tuo

在uC没有充电到2VCC/3之前,uo保持

1

不变。

一旦uC充至稳态值,即TH=TR>2VCC/3,立即uo=

0

,同时555内的管T导通,电容C经R27#T1#放电,一直至VCC/3,使得uo回到1,进入循环

...t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC/32VCC/3T1T2输出方波的周期

T的计算:T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCEWB仿真555组成的多谐振荡器0tuouC