脈沖發(fā)生電路

1、第7單元 脈沖波形的產(chǎn)生和變換通過這一單元的學(xué)習(xí)，主要掌握如下知識：多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和施密特觸發(fā)器的工作原理。能夠運用555電路設(shè)計多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和施密特觸發(fā)器。 學(xué)習(xí)內(nèi)容1常見脈沖波形 :2常用的脈沖參數(shù) :7.1 概述 7.2 集成555定時器 1555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu) 1&cothtr+vccuod5k5k5kc1c2g1g2g3t+2658437rqq低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.516v一、一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu)7.2 集成555定時器電壓比較器的功能： v+ v-，vo=1 v+ v-，vo=0由以下幾

2、部分組成：由以下幾部分組成：（1）三個）三個5k電阻組電阻組成的分壓器。成的分壓器。（2）兩個電壓比較器）兩個電壓比較器 c1和和c2。c1v+vvo電源復(fù)位，低電平有效高電平觸發(fā)端電壓控制端低電平觸發(fā)端放電端cc&1rsg5k5k5k12vrthvccd(2)(6)(5)(8)(4)(3)o(7)vt,(1)trco（3）基本rs觸發(fā)器，（4）放電三極管t及緩沖器g。電路符號12658437ov,thvicvccvo555drtr電源復(fù)位，低電平有效高電平觸發(fā)端電壓控制端低電平觸發(fā)端放電端cc&1rsg5k5k5k12vrthvccd(2)(6)(5)(8)(4)(3)o(7)vt,(1)t

3、rco1&cothtr+vccuod5k5k5kc1c2g1g2g3t+2658437rqq001r=0時，q=1，uo=0，t導(dǎo)通。1&cothtr+vccuod5k5k5kc1c2g1g2g3t+2658437rqqr=0時，q=1，uo=0，t飽和導(dǎo)通。r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=0、c2=1，q=1、q=0，uo=0，t飽和導(dǎo)通。2vcc/3vcc/3000111&cothtr+vccuod5k5k5kc1c2g1g2g3t+2658437rqqr=0時，q=1，uo=0，t飽和導(dǎo)通。r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=0、c2=1，q=1、

4、q=0，uo=0，t飽和導(dǎo)通。2vcc/3vcc/310011r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=1、c2=1，q、q不變，uo不變，t狀態(tài)不變。1101&cothtr+vccuod5k5k5kc1c2g1g2g3t+2658437rqqr=0時，q=1，uo=0，t飽和導(dǎo)通。r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=0、c2=1，q=1、q=0，uo=0，t飽和導(dǎo)通。2vcc/3vcc/311100r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=1、c2=1，q、q不變，uo不變，t狀態(tài)不變。r=1、uth2vcc/3、utrvcc/3時，c1=1、c2=

5、0，q=0、q=1，uo=1，t截止。2工作原理 想一想：555電路的主要功能是什么，放電端如果并聯(lián)在充放電回路上的電容兩端可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？7.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器7.3 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。7.3.1 用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理vito1vt1/3vcc2/3vcc1265vccrdo5553ov7vtric8412ivccvvcc2rvtroviv電路符號電路符號2/3v放電端1/3vcv5ks1(2)(7)(6)&(3)gv&tro1cc(4)tccc(8)5k5

6、k2rcc(1)&1vo21rvivcc2tr2. 電壓滯回特性和主要參數(shù)電壓滯回特性和主要參數(shù) （2）主要靜態(tài)參數(shù) （a）上限閾值電壓vt+ vi上升過程中，輸出電壓vo由高電平voh跳變到低電平vol時，所 對 應(yīng) 的 輸 入 電 壓 值 。vt+=2/3vcc。 （b）下限閾值電壓vt vi下降過程中，vo由低電平vol跳變到高電平voh時，所對應(yīng)的輸入電壓值。vt=1 /3vcc。 （3）回差電壓vt vt= vt+vt=1 /3vcc（1）電壓滯回特性）電壓滯回特性1/3vccvovi0傳輸特性傳輸特性vohvol2/3vccvtvito1vt1/3vcc2/3vccoviv電路符號

7、電路符號2/3v放電端1/3vo2vto1vtvcc2vo11265vccrdo5553ov7vthic8412ivccvvcc 2rvtrcv5ks1(2)(7)(6)&(3)gv&o1cc(4)tccc(8)5k5k2rcc(1)&1vo21rvivcc2trth7.3.2 集成施密特觸發(fā)器 2. ttl集成施密特觸發(fā)器74ls14 12345678910111213141a1y2a2y3a3y4a4y5a5y6a6yvvd dsscc401061. cmos集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器cc4010612345671a1y2a2y3a3yg n d8910111213144a4y5a5

8、y6a6yvcc74ls147.3.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 用作接口電路將緩慢變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為符合ttl系統(tǒng)要求的脈沖波形。2. 用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。正正弦弦波波振振蕩蕩器器1vo輸入輸出vt+vt- 3. 用于脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出那些幅度大于vt+的輸入脈沖。 viov1itvt-t+v0vov0t7.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。（1）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)vi=1時，電路工

9、作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vo=0，vc=0。7.4.1 用用555定時器組成單定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26vccrdo5553th84v7vccc15vcvirc0.011ftr（2）vi下降沿觸發(fā) 當(dāng)vi下降沿到達(dá)時，vo由0跳變?yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。2ov3ccotvotcvoitv26vccrdo5553th84v7vccc15vcvirc0.011ftr(3)v1/3vccscc(8)&c&c(7)i5k放電端5k(1)c2/3vgr5kvv1cr2v(6)cc1t&(2)th(4)otr（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管t截止，

10、vcc經(jīng)r向c充電。時間常數(shù)1=rc，vc由0v開始增大，在vc上升到2/3vcc之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。2ov3ccotvotcvoitv（4）自動返回時間當(dāng)vc上升至2/3vcc時，vo變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(fù)過程）恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，態(tài)結(jié)束后，c通過飽和導(dǎo)通過飽和導(dǎo)通的通的t放電，時間常數(shù)放電，時間常數(shù) 2= =rcesc，由于，由于rces很很小，所以放電很快。小，所以放電很快。c放放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。2ov3ccotvotcvoitv2. 主要參數(shù)估算主要參數(shù)估算(1)輸出脈沖寬度tw（用三要素法計算）rewtttf 11min

11、maxcrvvvtvvvvtccccccwccccw1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2）恢復(fù)時間tre tre=（35）2（3）最高工作頻率fmax vi周期的最小值： tmin= twtre 最高工作頻率:ttw7.4.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時與定時（1）延時圖中，v/o的下降沿比vi的下降沿滯后了時間tw。（2）定時當(dāng)v/o=1時，與門打開，vo= vf。當(dāng)v/o=0時，與門關(guān)閉，vo為低電平。與門打開的時間是單穩(wěn)輸出脈沖v/o的寬度tw。1&vivo單穩(wěn)與門vfovvitwvovfov 2. 整形整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vi，整

12、形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vo。vo的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tw決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。ivvotw 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片p，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個負(fù)脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（rl）發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時間（tw）結(jié)束時，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由rc參數(shù)調(diào)節(jié)。3. 觸摸定時控制開關(guān)觸摸定時控制開關(guān)84762153555+vccrlr100kc100c10.01(+6v)p4. 觸摸、聲控雙功能延時燈觸摸、聲控雙功能延時燈555和t1、r3、r2、c4組成

13、單穩(wěn)定時電路，定時（即燈亮）時間約為1分鐘。當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，htd將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)t2、t1放大，觸發(fā)555，使555輸出高電平，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管scr，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片a時，人體感應(yīng)電信號經(jīng)r4、r5加至t1基極，也能使t1導(dǎo)通，觸發(fā)555，達(dá)到上述效果。84762153c447c0.01555n ea220vr3r1m220kscrmcr1004.7m4.7mr4r5r6r71m10k5c0.022tt1290149013htdc3220d1n4004c10.56/400v1r3300.01c2vd d（ +6v ）dw2cw130vctvo0t用555定時器構(gòu)

14、成的多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一一電路組成及工作原理電路組成及工作原理26vccrdo5555553th84v7rrvcc12c150.01fc1vcp2/3vcc1/3vcctr放電端2/3v1/3vewb演示演示555組成多諧振蕩器組成多諧振蕩器(6)(2)5k1rt5k&c&1gsc25k(4)o(3)(7)v(1)(8)ccvvc1prrc2thcccctr2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1）電容充電時間t1：（用三要素法計算）（2） 電容放電時間t2（3）電路振蕩周期t t=t1+t2=0.7(r1+2r2)c（5）

15、輸出波形占空比q)()()0()(ln111tvvvvtcccc crr)(7 . 021 ccccccccvvvv3231ln1 crt227 . 0 crrtf)2(43. 1121 212112rrrrttq （4）電路振蕩頻率ftt1t20vctvo0t2/3vcc1/3vcc 3 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用二極管的單向?qū)щ娦?，把電容c充電和放電回路隔離開，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 可計算得： t1=0.7r1c t2=0.7r2c 占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0rrrcrcrcrtttttq 26v

16、ccrdo5553th84v7vccc150.01fc1vcdd121r2rtr752 多諧振蕩器應(yīng)用實例多諧振蕩器應(yīng)用實例1. 簡易溫控報警器簡易溫控報警器26vccrd5553th847rrvcc12c150.01c110/10vc220k100k0.013r2k（+6v）t3ax31tr2. 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器 cmos石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768hz的基準(zhǔn)信號，經(jīng)t/觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號源。11cqcqcqcq112214141515ffffffff121415rcc12fffff1

17、214032768hz16384hz8192hz2hz1hz秒脈沖t 觸發(fā)器本單元學(xué)習(xí)指導(dǎo) 本章學(xué)習(xí)的重點是雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩器、和施密特電路的特點。重點介紹了555定時器的應(yīng)用。本章的難點是對多諧振蕩器的工作原理、施密特觸發(fā)器的回差特性的理解以及對常用脈沖電路輸出波形的分析。施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是最常用的兩種脈沖整形電路。其輸出脈沖的寬度由輸入信號決定。它的輸出波形的邊沿陡峭。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出信號主要參數(shù)是脈寬與輸入信號無關(guān)。輸出信號只起觸發(fā)作用。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號。 本單元學(xué)習(xí)指導(dǎo) 多諧振蕩器是一種常用的自激脈沖振蕩電路。它沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個

18、暫穩(wěn)態(tài)。無需外加輸入信號，只要接通電源，就能自動產(chǎn)生矩形脈沖。其主要參數(shù)是重復(fù)周期。它主要用于脈沖信號源和電子自動開關(guān)等。555定時器應(yīng)用廣泛，使用方便，除了構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特電路外，還可以接成其它各種應(yīng)用電路。使用時應(yīng)注意的是cmos、555/556型在絕大多數(shù)場合可直接代替雙極型555/556型使用，且多數(shù)參數(shù)得以改善。但cmos型的驅(qū)動電流較雙極型的要小，替換時必須注意查閱有關(guān)器件手冊。 實驗七 時基電路 一、實驗?zāi)康?1. 掌握555時基電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)會對此芯片的正確使用。2. 學(xué)會分析和測試用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器等三種典型電路。 二

19、、實驗儀器及材料 1. 雙蹤示波器2數(shù)字電路實驗箱3. 器件: ne556，（或lm556，5g556等）雙時基電路 1片 二極管1n4148 2 只電位器 22k、1k 2 只電阻、電容 若干揚聲器 一只kd-9300系列音樂集成塊 一塊小型無鎖按鍵開關(guān)9013型硅npn三極管，要求100。 三、實驗內(nèi)容 1. 555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器 電路如圖所示。 （1）按圖接線。圖中元件參數(shù)如下：r1=15k r2=5k1 c1=0.33uf c2=0.047uf（2）用示波器或指示燈觀察并測量out端波形的頻率，并和理論估算值比較，算出頻率的相對誤差值。 （3）若將電阻值改為r1=15k，r2

20、=10k，電容c不變，上述的數(shù)據(jù)有何變化？（4）根據(jù)上述電路的原理，充電回路的支路是r1r2c1，放電回路的支路是r2c1，將電路略作修改，增加一個電位器rw和兩個引導(dǎo)二極管，構(gòu)成圖7.28所示的占空比可調(diào)的多諧振蕩器。其占空比q為: 改變rw的位置，可調(diào)節(jié)q值。合理選擇元件參數(shù)？（電位器選用22k），使電路的占空比q=0.2，且正脈沖寬度為0.2ms。 調(diào)試電路，測出所用元件的數(shù)值，估算電路的誤差。1. 555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器 2. 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路實驗電路（1）圖中r=10k，c1=6200pf，vi 是頻率約為10khz左右的方波時，用雙蹤示波器觀察ou

21、t端相對于vi的波形，并測出輸出脈沖的寬度tw。（2）調(diào)節(jié)vi的頻率，分析并記錄觀察到的out端波形的變化。（3）若想使tw = 10us，怎樣調(diào)整電路？測出此時各有關(guān)的參數(shù)值。 3. 應(yīng)用電路 用時基電路組成警鈴電路（1）上圖所示用556的兩個時基電路構(gòu)成低頻對高頻調(diào)制的救護(hù)車警鈴電路。v參考實驗內(nèi)容2確定圖中未定元件參數(shù)。v按圖接線，注意揚聲器先不接。v用示波器觀察輸出波形并記錄。v接上揚聲器，調(diào)整參數(shù)到聲響效果滿意。 （2）用555電路構(gòu)成音樂傳花游戲機(jī)電路。 555電路的腳先不與音樂集成塊的vdd相連，接通電源。觀察led發(fā)不發(fā)光。按一下sb按鍵，隨即放開，觀察發(fā)光二極管led的發(fā)光現(xiàn)象。若電路裝焊正常，則當(dāng)按下sb按鍵時，led將會發(fā)光，經(jīng)一段時間后，自動熄滅。否則，檢查電路是否存在安裝焊接的錯誤。長時間按壓sb不放，觀察led的發(fā)光現(xiàn)象，想想原因。斷開電源，把555電路的腳與音樂集成塊的vdd相連。接通電源，按一下sb按鍵，正常應(yīng)見到led發(fā)光，同時，嗽叭發(fā)出音樂聲，經(jīng)一段時間后，led不再發(fā)光，喇叭不再發(fā)聲.調(diào)節(jié)rp的位置，觀察發(fā)光二極管發(fā)光和喇叭發(fā)聲的現(xiàn)象有何變化，想想原因。4 時基電路使用說明 555定時器的電源電壓范圍較寬，可在+5 +16v范圍內(nèi)使用（若為cmos的55