1、第第 9 9 章脈沖產(chǎn)生與整形電路章脈沖產(chǎn)生與整形電路2本章目標(biāo)22022-3-31賴祖亮賴祖亮 小木蟲小木蟲了解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的工作原理掌握555定時(shí)器電路工作原理重點(diǎn)掌握555定時(shí)器電路的應(yīng)用555 定時(shí)器定時(shí)器施密特觸發(fā)器原理及應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及應(yīng)用多諧振蕩器多諧振蕩器本章小結(jié)本章小結(jié)內(nèi)容提要 555 定時(shí)器簡(jiǎn)介定時(shí)器簡(jiǎn)介 555 定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬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，單極性結(jié)構(gòu)的單

2、極性結(jié)構(gòu)的555定時(shí)定時(shí)器為器為 318V)，可提供與可提供與 TTL 及及 CMOS 數(shù)字電數(shù)字電路兼容的接口電平，還路兼容的接口電平，還可輸出一定功率可輸出一定功率，驅(qū)動(dòng)微，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。 TTL 單定時(shí)器型號(hào)單定時(shí)器型號(hào)的最后的最后 3 位數(shù)字位數(shù)字為為 555，雙定時(shí)器的為雙定時(shí)器的為 556；CMOS 單定時(shí)器單定時(shí)器的最后的最后 4 位位數(shù)數(shù)為為 7555，雙定時(shí)器的為，雙定時(shí)器的為 7556。 9.1 555定時(shí)器555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號(hào)定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號(hào) 3OUT輸出端輸出端 8VCC電源端電源端 4RD直接置直接置0 0端端

3、DIS 7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 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。電路符號(hào)555 定時(shí)器的定時(shí)器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 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截止截止高高1導(dǎo)通導(dǎo)通低低1導(dǎo)通導(dǎo)通低低0V 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，平有效，優(yōu)先級(jí)最高

4、。優(yōu)先級(jí)最高。不用時(shí)應(yīng)使其為不用時(shí)應(yīng)使其為 1。不變不變不變不變1截止截止高高1導(dǎo)通導(dǎo)通低低1導(dǎo)通導(dǎo)通低低0V 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)器的定時(shí)器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能555 定時(shí)器的定時(shí)器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止高高1導(dǎo)通導(dǎo)通低低1導(dǎo)通導(dǎo)通低低0V 狀態(tài)狀態(tài)OUT = QRDTRTH輸輸 出出 輸輸 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC3

5、1V CC32V 定時(shí)器定時(shí)器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001555 定時(shí)器的定時(shí)器的工作原理與邏輯功能工作原理與邏輯功能 不變不變不變不變1截止截止高高1導(dǎo)通導(dǎo)通低低1導(dǎo)通導(dǎo)通低低0V 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使用要點(diǎn)使用要點(diǎn) （2）輸出輸出 低電平低電平 時(shí)，時(shí)， ，因此，因此 V 導(dǎo)通；輸出導(dǎo)通；輸出 高高電平時(shí)，電平時(shí)， 故故 V 截止。截止。1Q 0Q （1）RD 低電平有效低電平有效,優(yōu)先級(jí)最高，不用時(shí)應(yīng)接高電平

6、優(yōu)先級(jí)最高，不用時(shí)應(yīng)接高電平（3）CO 端通常不用端通常不用 ，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過過 0.01 F 電容接地。這時(shí)兩基準(zhǔn)電壓分別為：電容接地。這時(shí)兩基準(zhǔn)電壓分別為：123RCCUV213RCCUV 9.2 9.2 施密特觸發(fā)器原理及應(yīng)用施密特觸發(fā)器原理及應(yīng)用9.2.1施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)和電壓傳輸特性邏輯符號(hào)和電壓傳輸特性 UT = UT+ - - UT- -回差電壓回差電壓正向閾值電壓正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓負(fù)向閾值電壓9.2.2 9.2.2 用用 555 555 定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器 0uOuIUOL1/3V

7、CC2/3VCCUOH當(dāng)當(dāng)TH=TR=uI2/3VCC時(shí)時(shí)電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性當(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 VT+ 后，后，uO = VOH,只有當(dāng)只有當(dāng) VI下降到經(jīng)過下降到經(jīng)過 VT- 時(shí)，時(shí)，uO 才會(huì)發(fā)生躍變。才會(huì)發(fā)生躍變。 VI 1/3 VCC，TH = VI 2/3 VCC,因此因此 uO 為低電平，為低電平，V 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 C 經(jīng)經(jīng)放電管放電管 V 迅速放電完畢，迅速

8、放電完畢，uC 0 V。這時(shí)這時(shí)TR = VIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持低電平不變。因此，保持低電平不變。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。 2. 觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 工作原理、工作波形工作原理、工作波形當(dāng)輸入由高電平負(fù)躍到小于當(dāng)輸入由高電平負(fù)躍到小于 1/3 VCC 時(shí)，使時(shí)，使 TR = VIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 1/3 VCC )，因此，因此 uO 重新躍重新躍變?yōu)榈碗娖?。變?yōu)榈碗娖健Ｍ瑫r(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 V，放電放電完畢后，電路返回穩(wěn)

9、態(tài)。完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。這時(shí)這時(shí) uI 必須已恢復(fù)必須已恢復(fù)為高電平為高電平 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，R = 27 k ，試確定定時(shí)元，試確定定時(shí)元件件 的取值。的取值。 參數(shù)估算參數(shù)估算 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tW 即即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，主要取決于充放電元件主要取決于充放電元件 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。F3

10、3.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC經(jīng)過長距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊經(jīng)過長距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾，沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。利用整形可使其變成符合要求的波形。 9.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例 2. 脈沖定時(shí)脈沖定時(shí) 1. 脈沖整形脈沖整形 因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開通與否以及開通時(shí)間長短。開通與否以及開通時(shí)間長短。 門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。 uC 為與門

11、為與門 G 開通與否的控制信號(hào)。開通與否的控制信號(hào)。 uC = 1，門門 G 開通，信號(hào)開通，信號(hào) uB 通過門通過門 G 輸出；輸出； uC = 0，門門 G 關(guān)閉，關(guān)閉，uB 不能輸出。不能輸出。 應(yīng)用實(shí)例觸摸定時(shí)開關(guān)電路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)間可由參數(shù)調(diào)節(jié)。工作原理( (1) )不需輸入信號(hào)。不需輸入信號(hào)。( (2) )無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。 9.4、多諧振蕩器 (1)(1)多諧振

12、蕩器的工作特點(diǎn)和符號(hào)多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和符號(hào) 通過電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，通過電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)Astable Multivibrator（2 2）555555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 工作原理工作原理電容如此周而復(fù)始地充電和放電，電電容如此周而復(fù)始地充電和放電，電路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波。路便產(chǎn)生了振蕩，輸出周期性矩形波。UT+、UT- -振蕩頻率與充放電元件值振蕩頻率與充放電元件值 R、C 及及 Vcc、有關(guān)。、有關(guān)。

13、設(shè)設(shè)電容初始電壓電容初始電壓 uc 0 。則接通電源。則接通電源后后 uO 輸出高電平輸出高電平 ，放電管放電管V截止截止,VCC通過通過 R1,R2 向電容向電容 C 充電，使充電，使 uc升高。升高。 當(dāng)當(dāng) uC 上升到上升到 2/3Vcc 時(shí)，時(shí)，uO 躍變?yōu)檐S變?yōu)榈碗娖降碗娖?VOL。同時(shí)放電管導(dǎo)通，。同時(shí)放電管導(dǎo)通，C經(jīng)經(jīng)R2和和V放電，使放電，使 uC 下降。當(dāng)下降。當(dāng)uC 下降下降1/3Vcc時(shí)時(shí)，輸出輸出uo跳變?yōu)楦唠娖?，電路又一次自?dòng)跳變?yōu)楦唠娖?，電路又一次自?dòng)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn). 設(shè)設(shè)電容初始電壓電容初始電壓 uC(0) = 0。則接通電源后則接通電源后 uO 輸出高電平輸出高電平

14、UOH，輸出端通過，輸出端通過 R 向電容向電容 C 充電，使充電，使 uC 升高。升高。 當(dāng)當(dāng) uC 上升到上升到 UT+ 時(shí)，施密特時(shí)，施密特觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uO 躍變?yōu)榈蛙S變?yōu)榈碗娖诫娖?UOL。這時(shí)。這時(shí) C 經(jīng)經(jīng) R 和施和施密特觸發(fā)器的輸出電阻密特觸發(fā)器的輸出電阻 RO 放放電，使電，使 uC 下降。下降。工作原理工作原理(3)施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器電容電容 C 循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。振蕩，輸出矩形脈沖。12lnlnDDTTWWDDTTVVVTttRCRCVVVln()DDTTDDT

15、TVVVRCVVV(4)(4)石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 振蕩頻率穩(wěn)定振蕩頻率穩(wěn)定RF通常取通常取 5 10 M ，使使 G1 門放門放大工作。并大工作。并使使 G1門工作在電壓傳輸門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，選頻和形成正反饋。選頻和形成正反饋。對(duì)波形進(jìn)行整形及隔離負(fù)載 振蕩頻率振蕩頻率 晶體頻率晶體頻率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) C1 可微調(diào)振蕩頻率；可微調(diào)振蕩頻率；調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) C1、C2 比值可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)。比值可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)。 雙音門鈴電路設(shè)計(jì)分析雙音門鈴電路設(shè)計(jì)分析 AN按下，開關(guān)閉合，Vcc經(jīng)D2向C4充電，P點(diǎn)(4腳)電位迅速充Vcc ，復(fù)位解除，電路起振。 AN松開，開關(guān)斷

16、開，由于電容儲(chǔ)存的電荷經(jīng)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。此時(shí)Vcc經(jīng)R3、R2、R1向C充電，充電時(shí)間常數(shù)增加為(R3+R2+R1) ，放電時(shí)間常數(shù)仍為R2C1，多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，喇叭發(fā)出低音。本章小結(jié)本章小結(jié) 555 定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)少量阻容元件便可構(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。觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其此外，它還可組成其它它靈活多變的靈活多變的實(shí)用電路。實(shí)用電路。除除 555 單定時(shí)器外，還有雙定時(shí)器單定時(shí)器外，還有雙定

17、時(shí)器 556、四定時(shí)器四定時(shí)器 558 等。等。 施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而每個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)都是依靠輸入電平來維持的。施密特觸發(fā)器具有滯后傳輸特性，它有兩個(gè)閾值電壓和回差。調(diào)節(jié)回差電壓大小，可改變電路的抗干擾能力?；夭钣罂垢蓴_能力愈強(qiáng)。施密特觸發(fā)器雖然不能自動(dòng)地產(chǎn)生方波信號(hào)，但卻可以把其他形狀的信號(hào)變換成為方波，為數(shù)字系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫態(tài)。不需要外加輸入信號(hào)，就可以自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。構(gòu)成多諧振蕩器有多種電路形式，可用門電路組成，可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成。石英晶體振蕩器一般在振蕩頻率要求很高情況下采用。555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多