第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、21第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形教學(xué)目標(biāo)l理解脈沖波形的產(chǎn)生與整形的原理l 理解555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)框圖和工作原理l 掌握555定時(shí)器的應(yīng)用電路及其工作原理l熟悉單穩(wěn)態(tài)、多諧振蕩器以及施密特電路，并能掌握其應(yīng)用本章節(jié)是以555設(shè)計(jì)制作振蕩電路為項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)555理論知識(shí)的簡(jiǎn)介，從實(shí)際使用目標(biāo)出發(fā)，最終設(shè)計(jì)并制作出振蕩電路。并在設(shè)計(jì)制作振蕩電路的過(guò)程中能夠正確使用萬(wàn)用表、示波器等儀表儀器。6.1 555定時(shí)器555定時(shí)器又稱(chēng)時(shí)基電路，是一種將模擬功能和數(shù)字功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路。因其電路功能靈活，只要外接少許的阻容元件局就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多

2、諧振蕩器等電路。故在信號(hào)的產(chǎn)生于整形、自動(dòng)檢測(cè)及控制、報(bào)警電路、家用電器等方面都有廣泛的應(yīng)用。6.1.1 電路組成 圖555定時(shí)器按照內(nèi)部元件為雙極型（又稱(chēng)TTL型）和單極型兩種。雙極型內(nèi)部采用的是TTL晶體管；單極型內(nèi)部采用的則是CMOS場(chǎng)效應(yīng)管。功能完全一樣， 區(qū)別是TTL定時(shí)器驅(qū)動(dòng)能力大于CMOS定時(shí)器。下面，以TLL集成定時(shí)器NE555為例進(jìn)行介紹。NE555集成定時(shí)器內(nèi)部電路如圖6.1所示，主要由3個(gè)電阻R組成的分壓器、2個(gè)高精度電壓比較器C1和C2、1個(gè)基本RS觸發(fā)器、1個(gè)作為放電的三極管V及輸出驅(qū)動(dòng)G3組成。圖6.1 NE555集成定時(shí)器內(nèi)部電路圖6.2所示為555定時(shí)器的邏輯符

3、號(hào)和管腳圖。 圖6.2 555邏輯符號(hào)和管腳1.分壓器分壓器由3個(gè)阻值相等的電阻串聯(lián)而成，將電源電壓分為三等份，其作是為比較器C1和C2提供2個(gè)參考電壓V+1（比較器C1同相輸入端，管腳5）、V-2（比較器C2反相輸入端），若控制電壓端CO懸空或通過(guò)電容接地，則有：如果在TH端外接電壓可改變比較器C1和C2的參考電壓。2.比較器比較器 C1和C2是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器。C1的輸入端為閾值控制端TH（管腳6）。 當(dāng)時(shí)，比較器 C1輸出端uC1為低電平，即邏輯“0”；當(dāng)時(shí)，比較器 C1輸出端uC1為高電平，即邏輯“1”。C2的輸入端為觸發(fā)輸入端（管腳7）當(dāng)時(shí)，比較器 C2輸

4、出端uC2為高電平，即邏輯“1”；當(dāng)時(shí)，比較器 C2輸出端uC2為低電平，即邏輯“0”。3.基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由兩個(gè) “與非”門(mén)G1和G2組成。C1、C2的輸出電壓uC1、uC2作為基本RS觸發(fā)器的輸入端。uC1、uC2狀態(tài)改變，決定觸發(fā)器輸出端和端的狀態(tài)。是專(zhuān)門(mén)設(shè)置的可從外部進(jìn)行置“0”的復(fù)位端，當(dāng)=0時(shí)，經(jīng)反相后將 “與非”門(mén)封鎖輸出為0。4.放電開(kāi)關(guān)和輸出驅(qū)動(dòng)放電開(kāi)關(guān)由一個(gè)晶體三極V管組成，其基極受基本RS觸發(fā)器輸出端控制。當(dāng)=1時(shí)，三極管導(dǎo)通，放電端DIS通過(guò)導(dǎo)通的三極管為外電路提供放電的通路；當(dāng) =0，三極管截止，放電通路被截?cái)唷７聪嗥鱃3構(gòu)成輸出驅(qū)動(dòng)，具有一定的電流驅(qū)動(dòng)能

5、力。同時(shí)，輸出級(jí)還起隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器影響的作用。6.1.2 定時(shí)器的邏輯功能結(jié)合圖6.1所示電路結(jié)構(gòu)圖及上述分析，可以很容易得到NE555定時(shí)器的功能如下表6.1所示。表6.1 NE555功能表TH（輸出）V（放電管）功能說(shuō)明0××0導(dǎo)通直接復(fù)位10導(dǎo)通復(fù)位1原狀態(tài)原狀態(tài)保持11截止置位7.1.3 課題與實(shí)訓(xùn)1 555定時(shí)器邏輯功能測(cè)試1. 實(shí)訓(xùn)任務(wù)1）用儀表儀器測(cè)試555定時(shí)器的邏輯功能。2）分析和仿真555定時(shí)器的邏輯功能。3）記錄并比較測(cè)試結(jié)果.2. 實(shí)訓(xùn)要求1）熟悉555定時(shí)器的符號(hào)、邏輯功能、引腳排列。2）小組之間相互學(xué)習(xí)和交流，比較實(shí)訓(xùn)結(jié)果。3. 實(shí)訓(xùn)設(shè)備及元器

6、件1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)、面包板1塊、單股導(dǎo)線(xiàn)若干、萬(wàn)用表（數(shù)字表、指針表各1塊）。2）實(shí)訓(xùn)器件：電容0.01uF1個(gè)、電阻1K1個(gè)、NE5551塊。4. 測(cè)試內(nèi)容1）測(cè)試電路。測(cè)試電路如圖6.3所示。2）測(cè)試步驟（1）按圖6.3接好電路，并在放電端DIS和輸出端OUT分別接入電壓表XHH1和XHH2，用來(lái)測(cè)量各自的電壓值。 圖6.3 555定時(shí)器功能測(cè)試電路（2）將開(kāi)關(guān)J1打到左邊（復(fù)位端RES為高電平）， 接入電源電壓VDD=6V。并使VCC=4.5V（既滿(mǎn)足， ），分別用電壓表XHH1和XHH2測(cè)量555定時(shí)器的輸出端OUT和放電端DIS的電壓并記錄在表6.2中。 （3）保持步驟

7、的條件不變，并使V=3V（既滿(mǎn)足， ），分別將電壓表XHH1和XHH2的讀數(shù)記錄在表6.2中。（4）保持步驟(2)的條件不變，并使VCC=3V（既滿(mǎn)足， ），分別將電壓表XHH1和XHH2的讀數(shù)記錄在表6.2中。（5）將開(kāi)關(guān)J1打到右邊（復(fù)位端RES為低電平）。分別將電壓表XHH1和XHH2的讀數(shù)記錄在表6.2中。5. 測(cè)試結(jié)論將上述測(cè)量結(jié)果與555定時(shí)器的功能表6.1加以比較。表6.2 555定時(shí)器功能測(cè)試 RES TH（V） TRI（V）OUT（V）DIS（V）功能說(shuō)明高電平4.5 4.5高電平3 3高電平1.5 1.5低電平× ×6.2 555定時(shí)器的基本應(yīng)用6.2.

8、1 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器也稱(chēng)電平觸發(fā)器，是一種脈沖信號(hào)變換電路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)整形、變換和幅值的鑒別等。它具有以下特點(diǎn)：（1）具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，且兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的維持和相互轉(zhuǎn)換與輸入電壓的大小有關(guān)。（2）對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路的觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平（閾值電平）不同，即具有回差特性，其差值稱(chēng)為回差電壓。1.電路組成由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖6.4所示, 定時(shí)器外接直流電源和地；閾值控制端TH和觸發(fā)輸入端直接連接，作為信號(hào)輸入端；復(fù)位端接直流電源VDD（即接高電平），控制電壓端CO通過(guò)濾波電容（0.01uF）接地。 圖6.4 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器 2.工作原理設(shè)輸

9、入信號(hào)為最常見(jiàn)的三角波，且三角波幅度大于555定時(shí)器的參考電壓，電路輸入輸出波形如圖6.5所示。圖6.5 施密特觸發(fā)器波形圖當(dāng)輸入電壓時(shí)，比較器C1 、C2輸出端uC1=1、uC2=0，基本RS觸發(fā)器置0，=UOH，電路處于第一穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入電壓時(shí)，比較器C1 、C2輸出端uC1=1、uC2=1，基本RS觸維持原來(lái)的狀態(tài)，=UOH。當(dāng)輸入電壓時(shí)，比較器C1 、C2輸出端uC1=0、uC2=1，基本RS觸發(fā)器置1，=UOL，電路處于第二穩(wěn)態(tài)。電路的輸出電壓由高電平UOH轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖経OL時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓值，稱(chēng)為上限閾值電壓UT+ ，UT+=。電路的輸出電壓低電平UOL由轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖経OH時(shí)對(duì)應(yīng)的輸

10、入電壓值，稱(chēng)為下限閾值電壓UT- ，UT-=。上限閾值電壓UT+和下限閾值電壓UT- 值大小不同，這兩者之差，稱(chēng)為回差電壓UTUT = UT-UT+= （6-1）回差電壓UT的大小可通過(guò)在控制電壓CO端上外加電壓得以實(shí)現(xiàn)?；夭铍妷篣T越大，施密特觸發(fā)器的抗干擾性越強(qiáng)，但施密特觸發(fā)器的靈敏度也會(huì)相應(yīng)降低。 3.典型應(yīng)用 （1）波形變換。施密特觸發(fā)器可以將三角波、正弦波等形波變換為矩形波輸出信號(hào)。如圖6.6所示，施密特觸發(fā)器將正弦波變換為矩形波。圖6.6 波形變換（2）脈沖波形整形。施密特觸發(fā)器可以將一個(gè)不規(guī)則的波形進(jìn)行整形，得到一個(gè)良好的波形，如圖6.7所示，輸入電壓為受干擾的波形，通過(guò)施密特觸

11、發(fā)器變?yōu)橐?guī)則的矩形波。圖6.7 波形的整形（3）脈沖幅度鑒別。施密特觸發(fā)器可用來(lái)將幅 度較大的脈沖信號(hào)鑒別出來(lái)。如圖6.8所示輸入信號(hào)為一系列隨機(jī)的脈沖波，通過(guò)施密特電路可以將幅大于某值的輸入脈沖檢測(cè)出來(lái)。6.8 脈沖幅度鑒別6.2.2課題與實(shí)訓(xùn)2 施密特觸發(fā)器的測(cè)試。1. 實(shí)訓(xùn)任務(wù)1）用儀表儀器測(cè)試施密特觸發(fā)器的功能。2）分析和仿真施密特觸發(fā)器的功能。3）記錄并觀測(cè)測(cè)試結(jié)果.2. 實(shí)訓(xùn)要求1）熟悉555定時(shí)器的符號(hào)、邏輯功能、引腳排列。2）熟悉施密特觸發(fā)器的構(gòu)成。3）小組之間相互學(xué)習(xí)和交流，比較實(shí)訓(xùn)結(jié)果。3. 實(shí)訓(xùn)設(shè)備及元器件1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備： 雙路直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)、雙蹤示波器1臺(tái)、

12、面包板1塊、單股導(dǎo)線(xiàn)若干、萬(wàn)用表（數(shù)字表、指針表各1塊） 2）實(shí)訓(xùn)器件：電容0.01uF1個(gè)、電阻1K1個(gè)、NE5551塊4. 測(cè)試內(nèi)容1）測(cè)試電路。2）測(cè)試步驟（1）按圖6.9接好電路，在輸入端接入信號(hào)發(fā)生器，并用示波器分別觀測(cè)輸入端和輸出端的波形。 圖6.9 測(cè)試電路（2）將信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為，幅值為3V，頻率為1kHz的正弦波。分別觀測(cè)輸入輸出端的波形，并記錄上限閾值UT+和下限閾值UT-于表6.3中。 （3）將信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為，幅值為3.5V，頻率為1kHz的三角波波。分別觀測(cè)輸入輸出端的波形，并記錄上限閾值UT+和下限閾值UT-。5. 測(cè)試結(jié)論將上述測(cè)量結(jié)果與圖6.7、圖6.8加以比較

13、。 表6.3 施密特觸發(fā)器測(cè)試波形UT+（V）UT-（V）輸入波形輸出波形正弦波ui o tuo o t三角波ui o tuo o t6.2.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同于施密特觸發(fā)器，它具有下述顯著特點(diǎn)：（1）具有一個(gè)暫態(tài)，一個(gè)穩(wěn)態(tài)。（2）在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，暫態(tài)在保持一定時(shí)間后，再自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一定寬度的矩形脈沖。（3）矩形脈沖寬度取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。1.電路組成由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖6.10所示, 觸發(fā)輸入端作為信號(hào)輸入端，放電端DIS與閾值控制端TH直接連接在電阻R和電阻C之間；復(fù)位端 接直流電源VDD（即接

14、高電平），控制電壓端CO通過(guò)濾波電容（0.01uF）接地。圖6.10 555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.工作原理設(shè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無(wú)觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，輸入端處于高電平=1。若電容C上的電壓UC=0，此時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端=0（低電平）。 （1）穩(wěn)態(tài)。如果直流電源VDD接通以后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器停在=0，則放電三級(jí)管V導(dǎo)通，放電端DIS通過(guò)放電管V接地，電容C兩端的電壓UC=0。因閾值控制端TH和放電端DIS直接連接于電容C上，所以閾值控制端TH也為低電平，即，而，根據(jù)555定時(shí)器功能可知，此時(shí)電路處于=0的保持狀態(tài)。假若直流電源VDD接通以后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器停在=1，則放電三極管V截止，則VDD通過(guò)R對(duì)C

15、充電。當(dāng)UC上升到時(shí)，觸發(fā)器輸出端置零，即=0（低電平）。同時(shí)，放電管V導(dǎo)通，電容C通過(guò)放電三極管V開(kāi)始放電，使得UC趨向于零，即UC=0（低電平）。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仍然處于=0的保持狀態(tài)。我們把此時(shí)電路保持原態(tài)“0”不變的這種狀態(tài)，稱(chēng)為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)電路輸入輸出波形如圖6.11所示。圖6.11 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖（2）觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到達(dá)時(shí)，使得時(shí)，此令仍UC為低電平，即UC=0。則有=1，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)放電三極管V截止，VDD通過(guò)R對(duì)C充電。（3）暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，同時(shí)放電三極管V截止，VDD通過(guò)R對(duì)C充電。充電常數(shù)=RC，UC按指數(shù)規(guī)律上升，趨向于。（4

16、）自動(dòng)恢復(fù)。當(dāng)UC充電到時(shí)，如果此時(shí)輸入信號(hào)的觸發(fā)脈沖已消失，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器=0, 放電三極管V導(dǎo)通，電容C通過(guò)放電三極管V開(kāi)始放電，電路自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)=0。3.典型應(yīng)用（1）定時(shí)。暫穩(wěn)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間又稱(chēng)輸出脈沖寬度，用tW表示。它由電路中電容兩端的電壓來(lái)決定。電容上的電壓 uC從充、放電開(kāi)始到變化至某一數(shù)值UD所經(jīng)歷的時(shí)間t可以用下列公式計(jì)算得到。 （6-2）上式（6-2）中，uC（0）是電容未充電時(shí)的起始電壓，uC（）是電容充電后的最終電壓。由圖6.10可知，電容電壓從起始電壓uC（0）0充到（式中的UD）的時(shí)間tW可由式（6-2）求得 = （6-3）由此可知，調(diào)節(jié)電容C和電阻R可以改變輸出

17、脈沖寬度。R一般為幾百歐到幾兆歐，電容C一般為幾百皮法到幾百微法，tW的范圍是幾微秒到幾分鐘。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，tW時(shí)間內(nèi)的其他觸發(fā)脈沖對(duì)觸發(fā)器就不起作用；只有當(dāng)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入的觸發(fā)脈沖才起作用。利用這個(gè)脈沖去控制某電路，可是電路在tW時(shí)間內(nèi)動(dòng)作或動(dòng)作，從而起到定時(shí)作用。如圖6.12所示，用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其輸出端用來(lái)控制樓道的照明燈L。其中M為聲控或手動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)聲音達(dá)到一定程度或人用手觸摸M時(shí)，它會(huì)感應(yīng)出一個(gè)負(fù)脈沖作用到觸發(fā)輸入端。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端得到高電平，照明燈L點(diǎn)亮，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)tW時(shí)間結(jié)束時(shí)，觸發(fā)器輸出端得到低電平，照明燈L熄滅。（2）延時(shí)。典型

18、延時(shí)電路如圖6.13所示，與定時(shí)電路相比，其電路的主要區(qū)別是電阻R和電容C連接的位置不同。電路中的繼電器KA為常斷繼電器，二極管V的作用是限幅保護(hù)。當(dāng)直流電源接通，555定時(shí)器開(kāi)始工作，若電容C初始電壓為零， 因電容兩端電壓UC不能突變，而=UC+UR，則有=UR=-UC=，此時(shí)延時(shí)器的輸出=0，繼電器常開(kāi)接點(diǎn)保持?jǐn)嚅_(kāi)；同時(shí)電源開(kāi)始向電容充電，電容兩端電壓UC不斷上升，而電阻兩端電壓UR對(duì)應(yīng)下降，當(dāng)UC時(shí)，即=UR=-UC時(shí)，延時(shí)器的輸出=1，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；電容充電至UC=時(shí)結(jié)束，此時(shí)電阻兩端電壓UR=0，電路輸出保持在=1，從直流電接通到繼電器KA閉合這段時(shí)間稱(chēng)為延時(shí)時(shí)間。 圖6.12

19、 定時(shí)器應(yīng)用 6.13 延時(shí)器應(yīng)用 （3）脈沖整形。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也可以將一個(gè)不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖，其幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路的輸出電平高低，脈沖寬度取決于暫穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tW。如圖6.14所示，輸入電壓為不規(guī)則的波形，通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置合適的脈沖寬度tW，可將其變?yōu)橐?guī)則的矩形波。 圖6.14 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)脈沖整形6.2.4課題與實(shí)訓(xùn)3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測(cè)試1. 實(shí)訓(xùn)任務(wù)1）用儀表儀器測(cè)試單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能。2）分析和仿真單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能。3）記錄并觀測(cè)測(cè)試結(jié)果。2. 實(shí)訓(xùn)要求1）熟悉555定時(shí)器的符號(hào)、邏輯功能、引腳排列。2）熟悉單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的構(gòu)成。3）小組之間相

20、互學(xué)習(xí)和交流，比較實(shí)訓(xùn)結(jié)果。3. 實(shí)訓(xùn)設(shè)備及元器件 1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備雙路直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)、面包板1塊、導(dǎo)線(xiàn)若干、萬(wàn)用表（數(shù)字表、指針表各1塊） 2）實(shí)訓(xùn)器件 電容0.01uF，100uF各1個(gè)、電阻100K，100各1個(gè)、LED 1各、NE5551塊。 4. 測(cè)試內(nèi)容1）測(cè)試電路如圖6.15所示圖6.15 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能測(cè)試電路 2）測(cè)試步驟（1）按圖6.15接好電路。（2）接通電源VDD后，將開(kāi)關(guān)J1置于低電平，觀察發(fā)光管LED1的狀態(tài) （ 發(fā)光/不發(fā)光/發(fā)光后熄滅）。（3）在發(fā)光管LED1點(diǎn)亮期間，切換開(kāi)關(guān)J1，觀測(cè)發(fā)光管LED1狀態(tài) （會(huì)/不會(huì)）隨之改變。（4）用示波器觀測(cè)輸出端的波形，并

21、測(cè)試發(fā)光管LED1的點(diǎn)亮的維持時(shí)間。6.2.5 多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，是一種無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)（輸出狀態(tài)不斷在“1”和“0”之間變換）。故也將多諧振蕩器稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。多諧振蕩器在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，電路就能在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間相互翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)，因?yàn)榫匦蚊}沖信號(hào)含有豐富的諧波成分，所以常將矩形脈沖產(chǎn)生電路稱(chēng)為多諧振蕩器。多諧振蕩器的特點(diǎn)是：無(wú)穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，無(wú)需觸發(fā)信號(hào)1.電路組成由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖6.15所示。閾值控制端TH和觸發(fā)輸入端直接連接短接，放電回路中串接了一個(gè)電阻R2。電路中R1、R2、C均是定時(shí)元件。 圖6.15

22、 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器2.工作原理設(shè)零時(shí)刻電容初始電壓為零，即UC=0。接通電源后，因電容兩端電壓UC不能突變，則有=UC=，根據(jù)555定時(shí)器功能可知，此時(shí)電路輸出端=1（第一暫穩(wěn)態(tài)）。放電三極管V截止，直流電源通過(guò)電阻R1、R2向電容C充電，電容電壓UC開(kāi)始上升，當(dāng)電容兩端電壓UC時(shí)，有=UC，則電路的輸出由第一暫穩(wěn)態(tài)=1跳轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)=0。此時(shí)放電三極管V導(dǎo)通，電容C不再充電，反而通過(guò)電阻R2和放電三極管V放電，電容電壓UC開(kāi)始下降；當(dāng)電容C兩端電壓UC時(shí)，則又有=UC=，電路的輸出端由第二暫穩(wěn)態(tài)=0返回到第一暫穩(wěn)態(tài)=1。放電三極管V再次截止，直流電源通過(guò)電阻R1、R2向電容C開(kāi)

23、始充電，電容電壓UC開(kāi)始上升，電路又進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)=0。反復(fù)如此，就可在輸出端得矩形波形。多諧振蕩器輸出波形如圖6.16所示。 圖6.16 多諧振蕩器波形圖該電路的振蕩周期T計(jì)算如下：= （6-4）= （6-5）T= + = （6-6）則振蕩頻率，可見(jiàn)，改變R1、R2和C值即達(dá)到改變振蕩頻率的目的。對(duì)于矩形波，除了用幅度、周期來(lái)衡量以外，還存在一個(gè)占空比參數(shù)q， ，是指一個(gè)周期內(nèi)高電平所占時(shí)間。則圖6.15所示電路輸出矩形的的占空比。3.典型應(yīng)用（1）產(chǎn)生矩形脈沖。圖6.15所示電路只能產(chǎn)生頻率固定、占空比大于0.5的矩形波，而實(shí)際需要往往要求占空比q能在0到1之間可變，頻率可調(diào)得振蕩電路。故

24、將多諧振蕩器電路（圖6.15）略加改進(jìn)即可得到占空比可變、頻率可調(diào)的多諧振蕩器。如圖6.17所示，它將充、放電回路分開(kāi)了。充電回路為RA、D2、C，放電回路為C、D1、RB和放電管V。改變RW不改變RA+RB值。所以該電路振蕩周期T為T(mén)= + = （6-7）振蕩頻率 （6-8）占空比 （6-9） 圖6.17 占空比、頻率可調(diào)振蕩器 （2）模擬聲響。模擬聲響電路就是通過(guò)調(diào)節(jié)多諧振蕩器的定時(shí)元件R1、R2、C金而來(lái)改變振蕩器的輸出頻率，是外接的發(fā)聲器件發(fā)出不同的音調(diào)。如圖6.18所示的“嘟、咪”模擬發(fā)聲器，通過(guò)接通開(kāi)關(guān)a、b、g，因電阻Ra、Rb、Rg值設(shè)置不同，使揚(yáng)聲器放出“嘟、咪”的模擬聲音。

25、 圖6.18 “嘟、咪”模擬發(fā)聲器6.2.6課題與實(shí)訓(xùn)4 100Hz振蕩電路的調(diào)試。1. 實(shí)訓(xùn)任務(wù)1）用555定時(shí)器構(gòu)建100Hz的振蕩電路。2）記錄并觀測(cè)測(cè)試結(jié)果。2. 實(shí)訓(xùn)要求1）熟悉555構(gòu)成振蕩電路的構(gòu)成方法。2）熟悉555構(gòu)成振蕩電路的調(diào)試方法。3）熟悉555振蕩電路振蕩頻率的計(jì)算和測(cè)試方法3. 實(shí)訓(xùn)設(shè)備及元器件1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)、雙蹤示波器1臺(tái)、面包板1塊、單股導(dǎo)線(xiàn)若干、萬(wàn)用表（數(shù)字表、指針表各1塊）。2）實(shí)訓(xùn)器件：可調(diào)電容1個(gè)、0.01uF 電容1、個(gè)固定電阻1個(gè)、電位器1各、NE5551塊。圖6.19 測(cè)試電路4. 測(cè)試內(nèi)容1）測(cè)試電路。2）測(cè)試步驟：（1）按圖6.

26、19接好電路，其中VDD=5V，RW=1K，C=0.47uF，R1=100。（2）在輸出端接頻率計(jì)，調(diào)節(jié)電位器RW使輸出頻率f=100Hz。并通過(guò)示波器觀測(cè)輸出波形。（3）通過(guò)測(cè)試計(jì)算該波形的占空比q。（4）將電容C改為0.22uF，重新調(diào)整電位器RW，使輸出頻率f=100Hz，并計(jì)算該波形的占空比。6.3 本章小結(jié)（1）555定時(shí)器是一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、應(yīng)用非常廣泛的模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路，它具有較強(qiáng)的負(fù)載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，因而在自動(dòng)控制，儀器儀表，家用電器等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。（2）在555定時(shí)器外部接少許阻容元器件可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多

27、諧振蕩器。（3）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，在輸入觸發(fā)信號(hào)作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時(shí)間后，自動(dòng)回到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)，輸出單脈沖信號(hào)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要用于脈沖整形、定時(shí)、脈寬展寬等。（4）施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，具有滯后電壓傳輸特性，主要用于波形變換、整形及脈沖幅度的鑒別等。（5）多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，它無(wú)穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，接通電源后，無(wú)需外加觸發(fā)脈沖信號(hào)，依靠電容的充放電，電路便能在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間相互翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。6.4 本章習(xí)題一、選擇題1多諧振蕩器可產(chǎn)生（ ）。A.正弦波 B.矩形脈沖 C.三角波 D. 鋸齒波2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有（ ）個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。A. 0 B.1 C.

28、C2 D. 33555定時(shí)器不可以組成（ ）。A.多諧振蕩器 B.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器C.施密特觸發(fā)器 D.JK觸發(fā)器4用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器，當(dāng)輸入控制端CO外接10V電壓時(shí)，回差電壓為（ ）。A.3.33V B.5V C.6.66V D.10V5以下各電路中，（ ）可以產(chǎn)生脈沖定時(shí)。A.多諧振蕩器 B.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 C.施密特觸發(fā)器 D.石英晶體多諧振蕩器二、填空題1占空比的定義是 與 的比值。2施密特觸發(fā)器具有 現(xiàn)象；單穩(wěn)觸發(fā)器只有 個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。3在數(shù)字系統(tǒng)中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于 、 、 等。4施密特觸發(fā)器除了可作矩形脈沖整形電路外，還可以作為 、 。5多諧振蕩器在工作過(guò)程中不存在穩(wěn)定狀態(tài)，故又稱(chēng)為 。6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理是：沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于一種 。外加觸發(fā)信號(hào)，電路由 翻轉(zhuǎn)到 。電容充電時(shí)，電路由 自動(dòng)返回至 。三、判斷題1多諧振蕩器電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 （ ）2脈沖寬度與脈沖周期的比值叫做占空比。 （ ）3施密特觸發(fā)器可用于將三角波變換成正弦波。 （ ）4施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。 （ ）5多諧振蕩器的輸出信號(hào)的周期與阻容元件的參數(shù)有關(guān)。 （）6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間與輸入觸發(fā)脈沖寬度成正比