第12章脈沖波形產(chǎn)生與整形0.7m版

第12章脈沖波形的產(chǎn)生與整形12.1555定時電路及其功能12.2施密特觸發(fā)器12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.4多諧振蕩器12.155定時電路及其功能

數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號是離散時間的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本節(jié)討論的重點(diǎn)。

555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負(fù)載能力較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。12.1.1555定時器的工作原理

555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:一個由三個相等電阻組成的分壓器;兩個電壓比較器:A1、A2;一個RS觸發(fā)器;一個反相器和一個晶體管T。具體的結(jié)構(gòu)見后圖。RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRRRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位電源電壓范圍:4.5V~18VRSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR

三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準(zhǔn)電壓:A1的為2VCC/3,A2的為VCC/3。

首先討論上圖中彩色部分的電路的工作原理。101000閾值端觸發(fā)端THTRRS比較的結(jié)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閾值端觸發(fā)端RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶體管TRSQuo100100保持0110保持保持導(dǎo)通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS觸發(fā)器功能表附錄:

綜合以上的分析結(jié)果,便可得到555的功能表:閾值端觸發(fā)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晶體管Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止RSQQ++--A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT12.2施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是一種脈沖信號的整形電路，它具有回差電壓傳輸特性。uoui0uT-uT+uOHuOL施密特觸發(fā)器的符號UIUCCT876532RSQQ-A1A2uoRD41RRR++-12.2.1用555電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器1.電路的組成2.工作原理OtUIOUCC2/3UCC1/3UCCUCC1）UI由0V上升，當(dāng)UI<1/3UCC時，比較器A1置1（高電平），比較器A2置0（低電平），基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。2）UI繼續(xù)上升，當(dāng)1/3UCC<UI<2/3UCC時，比較器A1、A2置1（高電平），基本RS觸發(fā)器置1狀態(tài)不變，輸出高電平。3）當(dāng)UI>2/3UCC時，比較器A1置0（低電平），比較器A2置1（高電平），基本RS觸發(fā)器置0，輸出低電平。4）UI繼續(xù)上升，基本RS觸發(fā)器置0保持不變，輸出低電平。5）當(dāng)UI下降到UI<1/3UCC時，比較器A1置1（高電平），比較器A2置0（低電平），基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。12.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1）波形的變換與整形

利用施密特觸發(fā)器，可將三角波或正弦波變成方波。tuiUT+UT-tuoUoHUoL輸入正弦波的波形變換情況EWB仿真輸入正弦波的波形變換情況EWB仿真輸入三角波的波形變換情況波形的整形tuituoUT+UT-U2T-通過調(diào)節(jié)UT+-U2T-的大小，實(shí)現(xiàn)了波形整形。2.555定時器的應(yīng)用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:微電機(jī)起動停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機(jī)555S1:起動按鈕S2:停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機(jī)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Tuo0111001導(dǎo)通導(dǎo)通截止VCC/32VCC/3VCC/32VCC/32VCC/3VCC/3

僅按下起動按鈕

S1

,則TR<VCC/3;未按S2,

當(dāng)然TH<2VCC/3,故uo

=1,電機(jī)轉(zhuǎn)動。

即使放開S1

,TR>VCC/3,TH<2VCC/3,uo保持為1,電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

如果僅按下按鈕

S2

,TH>2VCC/3,未按S1,當(dāng)然TR>VCC/3,這時uo=0,電機(jī)停止運(yùn)行。

如果松開S2,電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。

特點(diǎn):輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài),另一個狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。加入觸發(fā)信號后,它由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),經(jīng)過一定時間以后,它又會自動返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回學(xué)習(xí)的重點(diǎn):為什么會自動返回?需多少時間?12.3.1用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:（用于洗相曝光定時器）48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打開,則ui=1;若S合上,則ui=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC/3TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打開,則ui=1;若S合上,則ui=0。0tuiTH>2VCC/3,TR>VCC/3

按鈕S處于打開狀態(tài)時：uo=0,555內(nèi)的管T導(dǎo)通,

電容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內(nèi)的管T截止,CT將被充電,……只要uCT尚未充至2VCC/3,uo的狀態(tài)就不會變化。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS

一旦uCT>2VCC/3,

且已

有

TR>VCC/3,uo=0;555內(nèi)的晶體管T也由截止變成導(dǎo)通,電容CT迅速放電而變成0V。0tui0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC/30tuo

由以上過程可以看出:按鈕每按動一次,uo便輸出一個正脈沖,其寬度TW由RTCT決定。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~紅白D1D2按一下按鈕

S未按uo0J的線圈不通電J的結(jié)點(diǎn)不動作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅紅燈亮的時間即為曝光時間TWTW=1.1RTCTEWB仿真555單穩(wěn)觸發(fā)器（電位器R置于0）EWB仿真555單穩(wěn)觸發(fā)器（電位器R置于52%）12.4多諧振蕩器

多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩器。由于矩形波形中除基波外，還包括許多高次諧波，因此又稱為多諧振蕩器。

多諧振蕩器一旦振蕩起來后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫態(tài)作交替變化，輸出矩形脈沖，因此又被稱為無穩(wěn)態(tài)電路。12.4.1用555構(gòu)成多諧振蕩器:

48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC/32VCC/3首先說明如何用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器:輸出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC

設(shè)電容C原先未充電,故TH=TR<VCC/3,此時uo=1,555內(nèi)的晶體管T截止,電源通過R1和R2

對電容C充電。uC0tVCC/32VCC/30tuo

在uC

沒有充電到2VCC/3之前,uo保持

1

不變。uC0tVCC/32VCC/30tuo

在uC沒有充電到2VCC/3之前,uo保持

1

不變。

一旦uC充至穩(wěn)態(tài)值,即TH=TR>2VCC/3,立即uo=

0

,同時555內(nèi)的管T導(dǎo)通,電容C經(jīng)R27#T1#放電,一直至VCC/3,使得uo回到1,進(jìn)入循環(huán)

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

T的計算:T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCEWB仿真555組成的多諧振蕩器0tuouC