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1、第第12章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形12.1 55512.1 555定时电路及其功能定时电路及其功能12.2 12.2 施密特触发器施密特触发器12.3 12.3 单稳态触发器单稳态触发器12.4 12.4 多谐振荡器多谐振荡器:12.1 5512.1 55定时电路及其功能定时电路及其功能 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。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最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本生方波以及对不理想的方波如
2、何整形，是本节讨论的重点。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。:RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR:RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电
3、电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V:RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三个电阻三个电阻构成的分压器构成的分压器给给 两个比较器两个比较器提供基准电压提供基准电压: A1 的为的为 2VCC / 3 , A2 的为的为 VCC / 3 。 首先讨论上图中彩色部分的电路首先讨论上图中彩色部分的电路的工作原理。的工作原理。:101000阈值端阈值端触发端触发端THTRRS比较的结果比较的结果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
4、 / 3大于大于大于大于2VCC / 3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR阈值端阈值端触发端触发端:RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR晶体管晶体管TRSQuo100100坚持坚持0110坚持坚持坚持坚持导通导通截止截止RSQ1001000101坚持坚持 坚持坚持Q11制止制止制止制止RS 触发器功能表触发器功能表附录附录: 综合以上的综合以上的分析结果分析结果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:阈值端阈值端触发端触发端THTR2VCC / 3VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 32VCC / 3VCC / 3VCC / 3小
5、于小于小于小于小于小于大于大于坚持坚持坚持坚持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT:12.2 12.2 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是一种脉冲信号的整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。形电路，它具有回差电压传输特性。uoui0uT-uT+uOHuOL施密特触发器的符号施密特触发器的符号:U UI IUCCT876532RSQQ-A1A2uoRD41RRR+-12.2.112.2.1用用555555电路构成施密特触发器电路构成施密特触发器1.1.电路的组成电路的组
6、成:2.2.工作原理工作原理OtUIOUCC2/3UCC1/3UCCUCC1UI由由0V上升，当上升，当UI1/3UCC时，比较时，比较器器A1置置1高电平），高电平），比较器比较器A2置置0低电平）低电平），基本，基本RS触发器置触发器置1，输出高电平。输出高电平。2UI继续上升，当继续上升，当1/3UCCUI2/3UCC时，比较器时，比较器A1置置0低电平），比较器低电平），比较器A2置置1高电平），基本高电平），基本RS触发器置触发器置0，输出低电平。，输出低电平。:4UI继续上升，基本继续上升，基本RS触发器置触发器置0保持不变，输出保持不变，输出低电平。低电平。5当当UI下降到下降到
7、UI1/3UCC时，比较器时，比较器A1置置1高电平）高电平），比较器，比较器A2置置0低电平），基本低电平），基本RS触发器置触发器置1，输出，输出高电平。高电平。12.2.2 12.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1波形的变换与整形波形的变换与整形 利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成方波。利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成方波。:tuiUT+ UT-tuoUoHUoL输入正弦波的波形变换情况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:波形的整形波形的整形tuituoUT+ UT- U2T-通过调节通过调节UT+-
8、U2T-的大小，实现了波形整形。的大小，实现了波形整形。: 2. 555定时器的应用定时器的应用双稳态触发器双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555S1 : 起动按钮起动按钮S2 : 停车按钮停车按钮:4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uo阈值端阈值端触发端触发端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于坚持坚持坚持坚持RD晶体管晶体管Tuo0111001导通导通导通导通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /3 仅按下
9、起动按钮仅按下起动按钮 S1 , 那么那么 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 当然当然 TH VCC / 3 , 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单稳态触发器简称单稳。单稳态触发器简称单稳。 特点特点: 输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态, 另一个另一个状态是暂稳态。加入触发信号后状态是暂稳态。加入触发信号后,它由稳定状它由稳定状态转入暂稳态态转入暂稳态,经过一定时间以后经过一定时间以后,它又会自它又会自动返回原来的动返
10、回原来的 稳定状态。稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回学习的重点学习的重点:为什么会自动返回为什么会自动返回?需多少时间需多少时间?:12.3.1 用用555构成单稳态触发器构成单稳态触发器: （用于洗相曝光定时器）（用于洗相曝光定时器）48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开 , 那么那么 ui = 1 ;若若S合上合上 , 那么那么 ui = 0 。0t0t0tuiuCTuo2VCC /3TW:48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若若S打开打开 , 那么那么 ui = 1 ;若若S合上合上 ,
11、 那么那么 ui = 0。0tuiTH 2VCC /3 , TR VCC /3 按钮按钮 S 处于打开状态时：处于打开状态时：uo = 0 , 555内的管内的管T导通导通 , 电容电容 CT 被短路被短路, TH =0.3V 。0tuCT2VCC /30tuo:48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo按一下按一下 S , TR VCC ,已有已有 TH 2VCC /3 , 且已且已 有有 TR VCC /3 , uo = 0 ; 555内的晶体管内的晶体管T也由截也由截止变成导通止变成导通 , 电容电容CT 迅迅速放电而变成速放电而变成 0
12、V。0tui0tuCT2VCC /30tuo:48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上过程可以看出由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲便输出一个正脉冲,其宽其宽度度 TW 由由 RT CT 决定决定 。:48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的结点的结点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭红灯亮的时间即为曝光时间红灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 RT
13、 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 12.4 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振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。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，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输出矩形脉冲，因此又被称为无稳态电路。路。:12.4.1 用用555构成多谐振荡器构成
14、多谐振荡器: 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3首先说明如何用首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器:输出波形输出波形:48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 设电容设电容C 原先未充电原先未充电, 故故 TH = TR 2VCC /3 , 立即立即 uo = 0 , 同时同时555内内的管的管 T 导通导通,电容电容 C 经经 R2 7# T1# 放电放电, 一直至一直至VCC /3 , 使得使得uo 回到回到 1 , 进入循环进入循环 .t1t2t348162357R1R2CuC555
15、DTHTRuoVCC:0tuouC0tVCC /32VCC /3T1 T2输出方波的周期输出方波的周期 T的计算的计算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC:EWB仿真555组成的多谐振荡器:0tuouC0tVCC /32VCC /3T1 T248162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC如何改变方波的占空比？如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数！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%）:48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出的阻值来改变输出方波的周期方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调 。:
