第 12 章 脉冲波形的产生与整形
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第 12 章 脉冲波形的产生与整形. 12.1 555 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. 12.1 55 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。. 12.1.1 555 定时器的工作原理. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第 12 章 脉冲波形的产生与整形
12.1 555 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
12.1 55 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。
12.1.1 555 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。
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Uo RD
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 ~ 18V
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
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。
1
0
1
0
0
0
阈值端 触发端TH TR
R S
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 / 3
S
R+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
8
7
6
5
2
1
R
R
R
阈值端
触发端
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
THCO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
晶体管 TR S Q uo
1 0
0 1
00 保持
0
1
1
0
保持 保持
导通截止
R S Q
1 0
0 1
00
0
10
1
保持 保持
Q
1 1 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TH TR
2VCC / 3 VCC / 3大于
大于 2VCC / 3
2VCC / 3 VCC / 3
VCC / 3
小于小于小于
大于
保持 保持
RD
晶体管T
uo
0
1
1
1
0
0
1
导通
导通
截止
R
S
Q
Q
+
+
-
-A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
T
12.2 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。
uo
ui0 uT-uT+
uOH
uOL
施密特触发器的符号
UI
UCC
T
8
7
6
5
32
R
S
Q
Q-
A1
A2
uo
RD
4
1
R
R
R
+
+
-
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
O t
UI
O
UCC
2/3UCC
1/3UCC
UCC
1 ） 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。
t
ui
UT+
UT-
t
uo
UoH
UoL
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
t
ui
t
uo
UT+
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。
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uoM
微电机555
S1 : 起动按钮S2 : 停车按钮
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TRM
微电机555
uo
阈值端 触发端TH TR
大于
大于
小于小于
小于
大于
保持 保持
RD
晶体管T
uo
0
1
1
1
0
0
1
导通
导通
截止
VCC /3
2VCC /3
VCC /3
2VCC /3
2VCC /3
VCC /3
仅按下起动按钮 S
1 , 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 > VC
C / 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）
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
若 S打开 , 则 ui
= 1 ;若 S 合上 , 则 ui = 0 。
0t
0t
0t
ui
uCT
uo
2VCC /3
TW
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
若 S打开 , 则 ui
= 1 ;若 S 合上 , 则 ui
= 0 。
0t
ui
TH > 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 。
0t
uCT
2VCC /3
0t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
0t
ui
0t
uCT
2VCC /3
0t
uo
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 。
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
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 。
0t
ui
0t
uCT
2VCC /3
0t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
0t
ui
0t
uCT
2VCC /3
0t
uo 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 RT CT 决定 。
4 8
1
6
2
3
5
7uo
ui
VCC
RRT
CT
DTH
TR
S
J
J~红白
D1
D2
按一下
按钮 S
未按uo
0
J 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 TW
TW = 1.1 RT CT
EWB 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 :
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
THTR
uo
VCC
0t
uo
uC
0t
VCC /32VCC /3
首先说明如何用 555 定时器构成多谐振荡器 :
输出波形
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
THTR
uo
VCC
设电容 C 原先未充电 , 故 TH = TR < V
CC /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。
uC
0t
VCC /32VCC /3
0t
uo
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前 , uo 保持 1 不变。
uC
0t
VCC /32VCC /3
0t
uo
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 > 2VC
C /3 , 立即 uo = 0 , 同时 555 内的管 T 导通 , 电容 C 经 R2 7#
T
1# 放电 , 一直至 VCC /3 , 使得 uo 回到 1 , 进入循环 ...
t1 t2 t3
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
THTR
uo
VCC
0t
uo
uC
0t
VCC /32VCC /3
T1 T2输出方波的周期 T 的计算 :
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
THTR
uo
VCC
EWB 仿真 555 组成的多谐振荡器
0t
uo
uC
0t
VCC /32VCC /3
T1 T2
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
THTR
uo
VCC
如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数！
EWB 仿真 555 多谐振荡器（电位器 R 置于 10% ）
EWB 仿真 555 多谐振荡器（电位器 R 置于 70% ）
4 8
162
3
5
7
R1
C
555 uo
VCC
R21R28
S8 S1
简易电子琴电路图
简易电子琴就是通过改变 R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。