第十章脈沖波形

1、第第 十十 章章脈 沖 波 形 的產(chǎn)生和整形 教學(xué)內(nèi)容10.1 概述10.2 施密特觸發(fā)器10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4 多諧振蕩器10.5 555定時器及其應(yīng)用10.1 概述概述矩形脈沖信矩形脈沖信號的獲取方號的獲取方法有兩種：法有兩種：產(chǎn)生產(chǎn)生:不用信號源，加上電源自不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形整形:輸入信號源進(jìn)行整形輸入信號源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2、。 脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法 獲取脈沖信獲取脈沖信號的方法號的方法 脈沖信號產(chǎn)生與脈沖信號產(chǎn)生與整形電路整形電路的實現(xiàn)的實現(xiàn)是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。 用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。 用用整形電路整形電路對已有波形進(jìn)行整形、變換。對已有波形進(jìn)行整形、變換。 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器主要用以主要用以將緩慢變化將緩慢變化或快速變化的或快速變化的非矩形脈沖

3、變換非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。成陡峭的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 主要用以將寬度不符合要求的脈主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構(gòu)成。用門電路構(gòu)成。 用專用的集成電路。用專用的集成電路。 用用 555 定時器定時器構(gòu)成。構(gòu)成。 脈沖周期脈沖周期T脈沖幅度脈沖幅度Vm脈沖寬度脈沖寬度Wt上升時間上升時間tr下降時間下降時間tf占空比：占空比：TtqW/施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于是一種能夠把輸入波形整形成為適合于 數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。 10.2 施密特觸發(fā)

4、器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器（電路）是一種特殊的雙穩(wěn)態(tài)施密特觸發(fā)器（電路）是一種特殊的雙穩(wěn)態(tài)時序電路，與一般雙穩(wěn)態(tài)電路比較，它具有兩個時序電路，與一般雙穩(wěn)態(tài)電路比較，它具有兩個明顯的特點：明顯的特點：1.1.施密特觸發(fā)器是一種優(yōu)良的波形整形電路，施密特觸發(fā)器是一種優(yōu)良的波形整形電路，只要輸入信號電平達(dá)到觸發(fā)電平，輸出信號就會只要輸入信號電平達(dá)到觸發(fā)電平，輸出信號就會從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個穩(wěn)態(tài)，且通過電路內(nèi)部從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個穩(wěn)態(tài)，且通過電路內(nèi)部的正反饋過程可使輸出電壓的波形變得很陡。的正反饋過程可使輸出電壓的波形變得很陡。2.2.對正向和負(fù)向增長的輸入信號，電路有不對正向和負(fù)向增長的輸入信號

5、，電路有不同的閾值電平，這是施密特觸發(fā)器的滯后特性或同的閾值電平，這是施密特觸發(fā)器的滯后特性或回差特性，提高了干擾能力，可有效濾除噪聲?；夭钐匦?，提高了干擾能力，可有效濾除噪聲。10.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器設(shè)設(shè)G1、G2閾值電閾值電壓壓VTHVDD/2， R1 2VCC / 3 ，R = 1 ；TH VCC / 3 ，S = 0 ；TR VCC / 3 ，S = 1 。A2 0VCCVCC / 32VCC / 3THTR同相比較器同相比較器反相比較器反相比較器R = 1R = 0S = 0S = 1101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果

6、比較的結(jié)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 / 3101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果比較的結(jié)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 / 3QQ0110保 持RSQQRSQQRSQ1001000101保持保持保持保持Q11禁止禁止禁止RS 觸發(fā)器功能表R,S,101000閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)果比較的結(jié)果2VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC /

7、 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 3QQ0110保保 持持RSQQDTuO731TuO通通止止01保保 持持10RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)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晶體管晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止XX555的功能表的功能表(1) 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電

8、機微電機555S1 : 起動按鈕S2 : 停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機555uo導(dǎo)通閾值端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo011001導(dǎo)通截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX 則 TR VCC / 3 ； 未按 S2 ， TH 2VCC / 3 ， 故 uo = 1 ， 電機轉(zhuǎn)動 。僅按下起動按鈕 S1 4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機555uo導(dǎo)通閾值端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo011001導(dǎo)通截止VCC /32VCC /3VC

9、C /32VCC /32VCC /3VCC /31XX僅按下起動按鈕 S1 ，則 TR VCC / 3 ； 未按 S2 ， TH VCC / 3 ， TH 2VCC / 3 ，且 TR VCC / 3 ， 這時 uo = 0 ， 電機停轉(zhuǎn) 。電機電機 停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn) 再 松開 S2 ， 4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機555uo閾值端觸發(fā)端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶體管Tuo011001導(dǎo)通截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX電機在轉(zhuǎn)按下停止按鈕 S2 ， TH 2VCC / 3 ，且 TR VCC / 3 ，

10、 這時 uo = 0 ， 電機停轉(zhuǎn) 。電機 停轉(zhuǎn) 再 松開 S2 ， 4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555uoTH VCC / 3， 這時 uo保持為 0 ，電機依然停轉(zhuǎn)。電機停轉(zhuǎn)48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ紅紅白白D1D2555(2) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗相曝光定時器洗相曝光定時器0tuo曝光曝光D2 續(xù)流二極管 。D1 單向?qū)щ?；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過程的工作過程若若 S 打開打開 ，則則 ui = 1 ；若若 S 合上合上 ，48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS55548162357uouiVCC

11、RRTCTDTHTRS555則則 ui = 0 。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS555RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCC(a)RTRCTSuiCO( b)RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCRTRCTSuiCO( b)假設(shè)電容CT已經(jīng)充電至穩(wěn)態(tài)，TH 2VCC / 3 ，且按鈕 S 處于打開狀態(tài)，TR VCC / 3 ，則uO = 0 ，ui = 1 ，0RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCRTRCTSuiCO( b)假設(shè)電容CT已經(jīng)充電至穩(wěn)態(tài)，TH 2VCC / 3 ，且按鈕 S 處于

12、打開狀態(tài)，TR VCC / 3 ，則uO = 0 ，ui = 1 ，三極管 T 導(dǎo)通 ，電容 CT 被短路 。 TH = 0. 3V VCC / 3故 uO 保持 0 !T1CT0 保持 0 0T導(dǎo)通注意階段結(jié)果注意階段結(jié)果前提前提 ： 電容電容 CT 已充電至穩(wěn)態(tài)已充電至穩(wěn)態(tài) ，開關(guān)開關(guān) S 處于打開狀態(tài)處于打開狀態(tài) 。結(jié)果結(jié)果 ：ui = 1 ，uo = 0 。t0uot0uiRSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO( b)RTRCTSuiT1CT合上按鈕合上按鈕 S 期間期間 ，ui = 0V ， TR = 0V VCC / 3已經(jīng)存在已經(jīng)存在 TH 0. 3

13、V VCC / 3 ，TH = 0. 3V三極管三極管 T保持截止保持截止T導(dǎo)通導(dǎo)通T截止截止RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO( b)RTRCTSuiT1CT01TCT若再松開按鈕若再松開按鈕 S ， 三極管三極管 T 保持截止?fàn)顟B(tài)保持截止?fàn)顟B(tài) 。圖中的圖中的D點電位隨時間的延長而升高，點電位隨時間的延長而升高，只要有只要有 ：TH 2VCC / 3 ，管管 T 的狀態(tài)就不變，的狀態(tài)就不變，CT 繼續(xù)被充電，繼續(xù)被充電，uo 保持為保持為 1 。 T截止截止注意階段結(jié)果注意階段結(jié)果前提前提 ：結(jié)果結(jié)果 ：于于 t 1 時刻合上按鈕時刻合上按鈕 S電容電容 C

14、T 被不斷充電被不斷充電條件條件 ：TH 2VCC / 3輸出輸出狀態(tài)狀態(tài)uo 保持為保持為 1 三極管保持截止三極管保持截止48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS2VCC /30tuo5550tui0tTHt1RSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCCO( b)RTRCTSuiT1CT01TCT若再松開按鈕若再松開按鈕 S ， 三極管三極管 T 保持截止?fàn)顟B(tài)保持截止?fàn)顟B(tài) 。圖中的圖中的D點電位隨時間的延長而升高，點電位隨時間的延長而升高，只要有只要有 ：TH 2VCC / 3 ，已經(jīng)已經(jīng) 存在存在 ：TR VCC / 3 ，RSQQ+-A1A2THTRD

15、Tuo87645321RRRVCCCO( b)RTRCTSuiT1CT01TCT一旦出現(xiàn)一旦出現(xiàn) ：TH 2VCC / 3 ，已經(jīng)存在已經(jīng)存在 ：TR VCC / 3 ，輸出必然發(fā)生變化，輸出必然發(fā)生變化，0重新回到穩(wěn)定狀態(tài)重新回到穩(wěn)定狀態(tài) 0 。輸出輸出 uO在在 “1”上所停留的上所停留的取決于充電取決于充電過程的時間過程的時間常數(shù)的大小。常數(shù)的大小。歸納與總結(jié)歸納與總結(jié)48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS2VCC /30tuo5550tui0tTHt1t248162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ紅紅白白D1D2555按鈕按鈕 SuoJ的線圈的線圈 J 的結(jié)

16、點的結(jié)點 紅燈紅燈 白燈白燈未按未按0不通電不通電不動作不動作亮亮滅滅按一下按一下1通電通電閉合閉合滅滅亮亮白燈亮的時間即白燈亮的時間即為曝光時間為曝光時間 TWTW = 1.1 RT CT(3) 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S148162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCRSQQ+-A1A2THTRDTuo87645321RRRVCCR1R2C 設(shè)電容設(shè)電容C C 原先未充電原先未充電, , 故故 TH = = TR VCC / /3 , , 此時此時 uo = 1 , = 1 , 555內(nèi)的晶體內(nèi)的晶

17、體管管 T T 截止截止 , , 電源通過電源通過 R1 和和 R2 對電容對電容 C 充電。充電。uC0tVCC /32VCC /30tuo 在在 uC 沒有充電到?jīng)]有充電到 2VCC /3 之前之前, uo 保持保持 1 不變。不變。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC故故RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2C TH = TR VCC / 3 ，此時此時 uo = 1 ， 晶體管晶體管 T 截止截止 ， 電源通過電源通過 R1 和和 R2 對電容對電容 C 充電，充電，設(shè)電容設(shè)電容 C 原先未充電，原先未充電， uC uC 2VCC / 3 時，時，

18、1 uO 保持保持 1不變；不變；uC0tVCC /32VCC /30tuouC一旦充至一旦充至2VCC /3，則，則 TH = TR =2VCC /3 、uo由由1翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)為為 0 。同時。同時555內(nèi)的晶體管內(nèi)的晶體管 T 導(dǎo)通導(dǎo)通,電容電容 C 經(jīng)經(jīng) R2 、T放放電電, 一直至一直至VCC /3 ，使得，使得uo 回到回到 1 , 進(jìn)入循環(huán)進(jìn)入循環(huán) .t1t2t3 在在 uC 沒有充電到?jīng)]有充電到 2VCC /3 之前之前, uo 保持保持 1 不變。不變。48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC故故RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2C TH =

19、TR VCC / 3 ，此時此時 uo = 1 ， 晶體管晶體管 T 截止截止 ， 電源通過電源通過 R1 和和 R2 對電容對電容 C 充電，充電，設(shè)電容設(shè)電容 C 原先未充電，原先未充電， uC uC 2VCC / 3 時，時，TH = TR 2VCC / 3 uO 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，0RSQQ+-A1A2THTRDTuoRRRVCCR1R2CuC1 uC 2VCC / 3 時，時，TH = TR 2VCC / 3 uO 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由 1 變成為變成為 0 。0三極管三極管T由截止變由截止變導(dǎo)通導(dǎo)通 ， T電容電容 C 會會放電放電 ，只要只要 uC VCC / 3 ，TH

20、= TR VCC / 3 uO 狀態(tài)狀態(tài)仍為仍為 0 ；若若 uC VCC / 3 ， uO 就會回就會回到到 1 狀態(tài)狀態(tài) 。工作原理匯總工作原理匯總0uCt0uOt2VCC / 3VCC / 3(3) 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1 簡易電子琴就是通過改變簡易電子琴就是通過改變R2 的的阻值來改變輸出方波的周期阻值來改變輸出方波的周期 ， 使使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào)外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào) 。(4) 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器: 溫度控制電路溫度控制電路4816235C555THTRuiVCCURuOJRVSMJ微電機微電機接觸器接觸器線圈線圈uo = 1，電機轉(zhuǎn)動，電機轉(zhuǎn)動，溫度上升溫度上升 ； uo = 0，電機停轉(zhuǎn)，電機停轉(zhuǎn)，溫度下降溫度下降 。 4816235C555THTRuiVCCuO0.01 F0tui2VC