第9章脈沖產(chǎn)生與整形電路學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1第第9章脈沖章脈沖(michng)產(chǎn)生與整形電路產(chǎn)生與整形電路第一頁，共28頁。555 定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用(yngyng) 本章本章(bn zhn)(bn zhn)小結(jié)小結(jié)第1頁/共28頁第二頁，共28頁。掌握用掌握用 555 定時(shí)器構(gòu)成定時(shí)器構(gòu)成(guchng)施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)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。主要主要(zhyo)(zhyo)要求：要求： 了解了解(lioji) 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號和定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號和功能。功能。第2頁/共28頁第三頁，共28頁。555 定時(shí)器簡介定時(shí)器簡介(jin ji

2、) 555 定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡單定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡單(jindn)、使用方便靈活、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型雙極型 555 定時(shí)器為定時(shí)器為 5 16 V，CMOS 555 定時(shí)器為定時(shí)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，還可輸出數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。一定功率，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。TTL 單定時(shí)器型號的最后單定時(shí)器型號的最后 3 位數(shù)字為位數(shù)字為 555，雙定時(shí)器，雙定時(shí)器的為的為 556；CMOS 單定時(shí)器

3、的最后單定時(shí)器的最后 4 位數(shù)為位數(shù)為 7555，雙定，雙定時(shí)器的為時(shí)器的為 7556。 第3頁/共28頁第四頁，共28頁。555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)(jigu)與符與符號號 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 DIS7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 CO5控制電壓輸入端控制電壓輸入端 GND1接地端接地端 集電極開路集電極開路(kil)輸輸出端出端UR1U

4、R2構(gòu)成電阻分壓構(gòu)成電阻分壓器，為比較器，為比較(bjio)器器 C1、C2 提供兩個(gè)提供兩個(gè)參考電壓，參考電壓，UR1 = 2/3VCC，UR2 = 1/3VCC。 輸出緩沖器輸出緩沖器OUT = Q構(gòu)成構(gòu)成基本基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)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(gòu)成構(gòu)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(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT輸出端輸出端 8VC

5、C電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS7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 UR1UR2Q第4頁/共28頁第五頁，共28頁。555 定時(shí)器的工作原理與邏輯定時(shí)器的工作原理與邏輯(lu j)功能功能 101導(dǎo)通導(dǎo)通定時(shí)器定時(shí)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(dǎo)通導(dǎo)通01導(dǎo)通導(dǎo)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，

6、平有效，優(yōu)先級最高。優(yōu)先級最高。不用時(shí)應(yīng)使其為不用時(shí)應(yīng)使其為 1。第5頁/共28頁第六頁，共28頁。不變不變不變不變1截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通01導(dǎo)通導(dǎo)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(shí)器定時(shí)器 5G555 的的功能表功能表 01導(dǎo)通導(dǎo)通0110555 定時(shí)器的工作原理定時(shí)器的工作原理(yunl)與邏與邏輯功能輯功能第6頁/共28頁第七頁，共28頁。555 定時(shí)器的工作原理與邏輯定時(shí)器的工作原理與邏輯(lu j)功能功能 不變不變不變不變1截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通01導(dǎo)通導(dǎo)通00V 狀態(tài)狀態(tài)OU

7、T = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定時(shí)器定時(shí)器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001第7頁/共28頁第八頁，共28頁。555 定時(shí)器的工作原理定時(shí)器的工作原理(yunl)與邏輯功能與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通01導(dǎo)通導(dǎo)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(shí)器定時(shí)器 5G555 的的功能表功能表 11第8頁/共28頁第九頁，共28頁。簡化簡化(jinhu)(jinhu)功功能表

8、能表 不變不變不變不變1截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通01導(dǎo)通導(dǎo)通00V 狀態(tài)狀態(tài)OUTRD輸輸 出出 輸輸 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用使用(shyng)(shyng)要點(diǎn)要點(diǎn) ( (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(shí)應(yīng)接高電平。不用時(shí)應(yīng)接高電平。通常不用通常不用 CO 端，為了提高電路工作端，為了提高電路工作(gngzu)穩(wěn)定性，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、

9、TR 加高電平時(shí)為非有效電加高電平時(shí)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(shí)，時(shí)，Q = 1，因此，因此 V 導(dǎo)通；輸出導(dǎo)通；輸出 1 時(shí)，時(shí)， 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)

10、)TH 和和 TR 均為高電平時(shí)輸出均為高電平時(shí)輸出 0，均為低電平時(shí)輸出，均為低電平時(shí)輸出 1。第9頁/共28頁第十頁，共28頁。0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當(dāng)當(dāng)TH=TR=uI2/3VCC時(shí)時(shí)電壓傳輸特性電壓傳輸特性(txng)為反相輸出的滯回特為反相輸出的滯回特性性(txng)uIuO當(dāng)當(dāng)TH=TR=uI1/3VCC時(shí)時(shí)1/3VCC0當(dāng)當(dāng)1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)uI1/3VCC時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)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(dāng)當(dāng) uC 2/3 VCC 時(shí)，滿足時(shí)，滿足TR = uI 1/3 VCC

11、，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 為低電平，為低電平，V 導(dǎo)通，電容導(dǎo)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(shí)這時(shí)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(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí) 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(dǎo)通導(dǎo)通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH第13頁/共28頁第十四頁，共28頁。 2. 觸發(fā)觸發(fā)(chf)進(jìn)入暫穩(wěn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)態(tài) ( (二二) )工作原理、工

12、作波形與參數(shù)工作原理、工作波形與參數(shù)(cnsh)(cnsh)估估算算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC當(dāng)輸入當(dāng)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(yīng)應(yīng) 1/3 VCC ) )時(shí)，使時(shí)，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(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)高電平，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時(shí)放電管，這時(shí)放電管 V截止，截止，VCC 又經(jīng)又經(jīng) R 向向 C 充電，充電，uC 上升上升。UILUOH充電充電第14頁/共28頁第十五頁，共28頁。 3. 自動(dòng)返回自動(dòng)返回(fnhu)穩(wěn)定穩(wěn)定

13、狀態(tài)狀態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形工作原理、工作波形(b xn)(b xn)與參與參數(shù)估算數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 觸發(fā)觸發(fā)(chf)進(jìn)入暫進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) UIHUOL TH2/3 VCC放電放電V當(dāng)輸入當(dāng)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(yīng)應(yīng) 1/3 VCC) )時(shí)，使時(shí)，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?。為低電平。同時(shí)，放電管導(dǎo)通，同時(shí)，放電管導(dǎo)通，C 經(jīng)經(jīng) V 迅速放電迅速放電 uC 0

14、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)。第15頁/共28頁第十六頁，共28頁。 例例 用上述用上述(shngsh)(shngsh)單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為輸出定時(shí)時(shí)間為1 s 1 s 的正脈沖，的正脈沖，R = R = 27 k27 k，試確定定時(shí)元件，試確定定時(shí)元件 C C 的取值的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形工作原理、工作波形(b xn)(b xn)與參數(shù)與參數(shù)估算估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，主要時(shí)間，主要(zhyo)取決于充放

15、電元件取決于充放電元件 R、C。 該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)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?yàn)橐驗(yàn)?tWO 1.1 RC故故可取標(biāo)稱值可取標(biāo)稱值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC第16頁/共28頁第十七頁，共28頁。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2( (一一) )電路電路(dinl)(dinl)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -

16、+R2第17頁/共28頁第十八頁，共28頁。( (二二) )工作原理工作原理(yunl)(yunl)、工作波形與周期估算、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(shí)，開始時(shí) 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(shí)，這時(shí)電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 工作工作(gngzu)原原理理 第18頁/共28頁第十九頁，共28頁。( (二二) )工作原理、工作波形與周期工作原理

17、、工作波形與周期(zhuq)(zhuq)估估算算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當(dāng)當(dāng) uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時(shí)，時(shí)，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)放電管同時(shí)放電管 V 導(dǎo)通，導(dǎo)通，C 經(jīng)經(jīng) R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進(jìn)入電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。工作工作(gngzu)原原理理 接通接通 VCC 后后，開始時(shí)，開始時(shí) 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(shí)

18、，這時(shí)電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 放電放電第19頁/共28頁第二十頁，共28頁。當(dāng)當(dāng) uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時(shí)，時(shí)， uO 重新躍變?yōu)楦唠娖街匦萝S變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)，同時(shí)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、工作波形工作原理、工作波形(b xn)(b xn)與周期與周期估算估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作工作(gngzu)原理原理 當(dāng)當(dāng) uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時(shí)

19、，時(shí)，uO 躍變?yōu)榈碗娖剑S變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)放電管同時(shí)放電管 V 導(dǎo)通，導(dǎo)通，C 經(jīng)經(jīng) R2 和和 V 放電，放電，uC 下降下降，電路進(jìn)入電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。接通接通 VCC 后后，開始時(shí)，開始時(shí) 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(shí)，這時(shí)電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 第20頁/共28頁第二十一頁，共28頁。( (二二) )工作原理、工作波形工作原理、工作波形(b xn)(b xn)與周與周期估算期估算 電容電容 C 如此如此(rc)循環(huán)充電和放電循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)

20、生振蕩，輸出矩形脈沖。，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期周期(zhuq)與占空與占空比估算比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C第21頁/共28頁第二十二頁，共28頁。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右圖中指出右圖中控制控制(kngzh)(kngzh)揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個(gè)電位器低的分別是哪個(gè)電位器？若原來無聲，如何調(diào)？若原來無聲，如何

21、調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構(gòu)成定時(shí)元件共同構(gòu)成定時(shí)元件(yunjin)，因此調(diào)節(jié)，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)欲提高音調(diào)(yndio)，則應(yīng)減小，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下，因此觸頭應(yīng)下移。移。RP2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) RP2 可控制可控制 RD 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(yáng)聲器鳴響與否。否，因此能控制揚(yáng)聲器鳴響與否。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) RP2 使觸頭左移至適當(dāng)位置，可使使觸頭左移至適當(dāng)位置，可使 RD = 1，使，使揚(yáng)聲器鳴響。揚(yáng)聲

22、器鳴響。RP1第22頁/共28頁第二十三頁，共28頁。 圖中555定時(shí)器構(gòu)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(yīng)電壓相當(dāng)于在低電平觸發(fā)端(管腳2)加入一個(gè)負(fù)脈沖，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出高電平，燈泡發(fā)光， 當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間結(jié)束后，恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)(cnsh)調(diào)節(jié)。第23頁/共28頁第二十四頁，共28頁。 當(dāng)按鈕開關(guān)AN按下時(shí)，開關(guān)閉合，VCC經(jīng)Dz向充電，P點(diǎn)(4腳)電位迅速充至VCC ，復(fù)位解除，電路起振。由于D1將R3旁路，故充電時(shí)間常數(shù)為(R1+R2)C1，放電時(shí)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。 當(dāng)按鈕開關(guān)AN松開時(shí)，開關(guān)斷開，由于電容C4儲存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時(shí)間，在P點(diǎn)電位降至復(fù)位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩。但此時(shí)Vcc經(jīng)R3、R2、R1向C充電，充電時(shí)間