脈沖產(chǎn)生與變換電路課件

1、 第6章 脈沖產(chǎn)生與變換電路 6.1 概述 6.2 555定時(shí)器 6.3 555定時(shí)器的基本應(yīng)用電路 6.1 概 述 555定時(shí)器是電子工程領(lǐng)域中廣泛使用的一種中規(guī)模集成電路，它將模擬與邏輯功能巧妙地組合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用電壓范圍寬、工作速度快、定時(shí)精度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器配以外部元件，可以構(gòu)成多種實(shí)際應(yīng)用電路。廣泛應(yīng)用于產(chǎn)生多種波形的脈沖振蕩器、檢測(cè)電路、自動(dòng)控制電路、家用電器以及通信產(chǎn)品等電子設(shè)備中。圖6.1 晶體管簡(jiǎn)易測(cè)試儀555定時(shí)器應(yīng)用舉例6.2 555定時(shí)器 6.2.1 555定時(shí)器分類(lèi) 555定時(shí)器又稱(chēng)時(shí)基電路。 555定時(shí)器按照內(nèi)部元件為雙極型（又稱(chēng)TTL

2、型）和單極型兩種。雙極型內(nèi)部采用的是晶體管；單極型內(nèi)部采用的則是場(chǎng)效應(yīng)管。 555定時(shí)器按單片電路中包括定時(shí)器的個(gè)數(shù)分為單時(shí)基定時(shí)器和雙時(shí)基定時(shí)器。 圖6.35G555定時(shí)器內(nèi)部電路 6.2.2 555定時(shí)器的電路組成 5G555定時(shí)器分壓器、比較器、觸發(fā)器和放電開(kāi)關(guān)管等四部分組成。5 kWTH(高電平觸發(fā)端)S(控制端)A15 kWTR(低電平觸發(fā)端)5 kWD(放電端)A2（R）Uo1&Q（S）Uo2&G2QOUTUOOUDDR（外部復(fù)位端）100 WG1UR1UR2觸發(fā)器放電管比較器分壓器1. 分壓器 分壓器由三個(gè)等值的電阻串聯(lián)而成，將電源電壓UDD分為三等份，作用是為比較器提供兩個(gè)參考

3、電壓UR1、UR2，若控制端S懸空或通過(guò)電容接地，則: 若控制端S外加控制電壓US則: UR1=US 2. 比較器 比較器是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放A1、A2構(gòu)成。A1用來(lái)比較參考電壓UR1和高電平觸發(fā)端電壓UTH: 當(dāng)UTH UR1，集成運(yùn)放A1輸出Uo1=0; 當(dāng)UTH 0 導(dǎo)通 1 保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變 1 1 截止6.3 555定時(shí)器的基本應(yīng)用電路 6.3.1 施密特觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)和工作波形OUTUDDCTHTRui8436215uo6.4 施密特觸發(fā)器圖6.5 施密特觸發(fā)器輸入輸出波形 輸入信號(hào)Ui從零時(shí)刻起，信號(hào)幅度開(kāi)始從零逐漸增加并呈正弦形變化。 當(dāng)ui處于0ui 上

4、升區(qū)間時(shí)，OUT = “1”。 當(dāng)ui處于ui上升區(qū)間時(shí)， OUT 仍保持原狀態(tài)“1”不變。 2.工作原理 當(dāng)ui一旦處于ui 區(qū)間時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器功能表6.1可知OUT 將由 “1”狀態(tài)變?yōu)?“0”狀態(tài)，此刻對(duì)應(yīng)的Ui值稱(chēng)為復(fù)位電平或上限閾值電壓。 當(dāng)ui處于 ui 下降區(qū)間時(shí)， OUT 保持原來(lái)狀態(tài) “0”不變。 當(dāng)ui一旦處于Ui 區(qū)間時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器功能表6.1可知OUT 又將 “0”狀態(tài)變?yōu)?“1”狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的ui值稱(chēng)為置位電平或下限閾值電壓。 從圖6.5輸入輸出波形分析中，可以發(fā)現(xiàn)置位電平和復(fù)位電平二者是不等的， 二者之間的電壓差稱(chēng)為回差電壓用UT表示，即UT=UR1-

5、UR2。 若控制端S懸空或通過(guò)電容接地, UR1= , UR2=，則 UT = UR1UR2= 若控制端S外接控制電壓US，UR1=US而UR2= ， 則 UT=UR1-UR2= 圖6.6所示為S端懸空或通過(guò)電容接地的施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性， 同時(shí)也反映了回差電壓的存在，而這種現(xiàn)象稱(chēng)為電路傳輸滯后特性。回差電壓越大，施密特觸發(fā)器的抗干擾性越強(qiáng)，但施密特觸發(fā)器的靈敏度也會(huì)相應(yīng)降低。 當(dāng)施密特觸發(fā)器輸入一定時(shí)， 其輸出可以保持OUT為“0”或“1”的穩(wěn)定狀態(tài)，所以施密特觸發(fā)器又稱(chēng)為雙穩(wěn)態(tài)電路。 圖6.6 施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性ouoUDDUDD31UDD32ui3. 典型應(yīng)用(1) 波形變換。

6、將任何符合特定條件的輸入信號(hào)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的矩形波輸出信號(hào)。 圖6.7波形變換UR1UR2圖6.7 利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行幅度鑒別(2) 幅度 鑒別圖6.8 利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行脈沖整形(3) 脈沖整形 6.3.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也有兩個(gè)狀態(tài)：一個(gè)是穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)是暫穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)無(wú)觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將從穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)定狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)在保持一定時(shí)間后，能夠自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。 圖6.9 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（a） 電路；（b） 輸入輸出波形84R762355515C0uoUDD0.01 mFDTHTRuiR(a)CtPuiUDDUDD31otot

7、to(b)uoUDDuCUDD32tW 1. 電路結(jié)構(gòu)和工作波形2. 工作原理1) 穩(wěn)態(tài)：觸發(fā)信號(hào)沒(méi)有來(lái)到，Ui為高電平。電源剛接通時(shí)，電路有一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，即電源通過(guò)電阻R向電容C充電， 當(dāng)UC上升到 時(shí)，RS觸發(fā)器置 0，Uo=0，放電管導(dǎo)通，因此電容C又通過(guò)放電管迅速放電，直到UC=0，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。這時(shí)如果Ui一直沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)來(lái)到，電路就一直處于Uo=0 的穩(wěn)定狀態(tài)。 2）暫穩(wěn)態(tài): 當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有觸發(fā)脈沖信號(hào)（即Ui ）時(shí)，由于 ，并且UTH 則觸發(fā)器輸出由“0”變?yōu)椤?”，放電三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，直流電?UDD通過(guò)電阻R向電容C充電，電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律從零開(kāi)始增加（充電時(shí)間常

8、數(shù)=RC）；經(jīng)過(guò)一個(gè)脈沖寬度時(shí)間，負(fù)脈沖消失，輸入端Ui恢復(fù)為“1”，即 ，由于電容兩端電壓UC ， 而UTH = UC ， 所以輸出保持原狀態(tài)“1”不變， 這種狀態(tài)即是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)狀態(tài)。 3）由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài) 當(dāng)電容兩端電壓UC 時(shí)， UTH = UC ， 又有 ， 那么輸出就由暫穩(wěn)狀態(tài)“1”自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)“0”。4）恢復(fù)期：放電管導(dǎo)通后，電容C通過(guò)放電管迅速放電，使UC0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。3. 暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間（輸出脈沖寬度） 暫穩(wěn)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間又稱(chēng)輸出脈沖寬度，用tW表示。它由電路中電容兩端的電壓來(lái)決定，可以用三要素法求得 tW1.1RC

9、當(dāng)一個(gè)觸發(fā)脈沖使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)定狀態(tài)以后，tW時(shí)間內(nèi)的其他觸發(fā)脈沖對(duì)觸發(fā)器就不起作用；只有當(dāng)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入的觸發(fā)脈沖才起作用。 圖6.10 定時(shí)電路 1） 定時(shí)電路 84762355515R2RW10 kW1 MWR11 MW0.01 mFCSBDKAuoUDDHL220 V6 V4.典型應(yīng)用圖6.11 延時(shí)電路2）延時(shí)電路 UDD84623150.01 mF50 mFCSAR2 MWDKA圖6.12 分頻電路847623150.01 mFC2C10.01 mFR210 kWR110 kWDC2000 pFUDDuo( f/n)ui( f)3) 分頻電路 多諧振蕩器的功能是產(chǎn)

10、生一定頻率和一定幅度的矩形波信號(hào)。 其輸出狀態(tài)不斷在“1”和“0”之間變換，所以它又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。 7.3.3 多諧振蕩器圖6.13 多諧振蕩器(a) 電路; (b) 輸入輸出波形1) 電路結(jié)構(gòu)和工作波形 2) 工作原理 如圖6.13（b）所示，假定零時(shí)刻電容初始電壓為零，零時(shí)刻接通電源后，因電容兩端電壓不能突變， 則有UTH= =UC=0 ， OUT = “1”，放電端D與地?cái)嗦?，直流電源通過(guò)電阻R1、 R2向電容充電，電容電壓開(kāi)始上升；當(dāng)電容兩端電壓UC 時(shí)，UTH= =UC ， 那么輸出就由一種暫穩(wěn)狀態(tài)（OUT = “1”而放電端D與地?cái)嗦罚┳詣?dòng)返回另一種暫穩(wěn)狀態(tài)（OUT = “0”而

11、放電端D接），由于充電電流從放電端D入地，電容不再充電，反而通過(guò)電阻R2和放電端D向地放電，電容電壓開(kāi)始下降；當(dāng)電容兩端電壓UC 時(shí)， UTH= =UC ， 那么輸出就由OUT = “0”變?yōu)镺UT = “1”， 同時(shí)放電端D由接地變?yōu)榕c地?cái)嗦?；電源通過(guò)R1、R2重新向C充電，重復(fù)上述過(guò)程。 3) 振蕩周期 振蕩周期： T = t1 + t2。 t1充電時(shí)間 t10.7(R1+R2)C t2放電時(shí)間 t20.7R2C T = t1+t2 0.7(R1+2R2)C 占空比 4) 改進(jìn)電路 圖6.14所示電路可以產(chǎn)生占空比處于0和1之間可調(diào)的矩形波。這是因?yàn)樗某浞烹姷穆窂讲煌?圖6.14 可調(diào)占空比的多諧振蕩器84762315555UDDuoC2D2C1D1RARBRW【思考題】 1. 555定時(shí)器應(yīng)用電路的基本形式有哪幾種？ 2. 如何區(qū)分555定時(shí)器實(shí)際應(yīng)用電路屬于哪一種基本形式？本章小結(jié) 1. 555定時(shí)器主要由比較器、基本RS觸發(fā)器、門(mén)電路構(gòu)成?；緫?yīng)用形式有三種：施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。 2. 施密特觸發(fā)器具有電壓滯回特性，某時(shí)刻的輸出由當(dāng)時(shí)的輸入決定，即不具備記憶功能。當(dāng)輸入電壓處于