模塊六脈沖信號產(chǎn)生和整形

1、模塊六脈沖信號產(chǎn)生和整形工作任務(wù)123：變音門鈴電路的設(shè)計與仿真4：警鈴電路的設(shè)計與仿真學(xué)習(xí)目標1、掌握施密特觸發(fā)器電路工作原理2、掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路工作原理3、掌握多諧振蕩器電路工作原理4、掌握應(yīng)用555集成定時器的應(yīng)用主要要求： 了解脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法。 了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理。 6.1 概 述了解施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯功能、工作特點和典型應(yīng)用。 常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 一、脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法 獲取脈沖信號的方法 脈沖信號產(chǎn)生與整形電路的實現(xiàn)是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構(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，使用方

2、便、靈活，應(yīng)用廣泛。 用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。 用整形電路對已有波形進行整形、變換。 施密特觸發(fā)器主要用以將緩慢變化或快速變化的非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構(gòu)成。 用專用的集成電路。 用 555 定時器構(gòu)成。 UOLUOH二、施密特觸發(fā)器 (一)施密特觸發(fā)器的特性和符號 UT =UT+ - UT-回差電壓施密特觸發(fā)器工作特點 (1)允許輸入信號為緩慢變化的信號。 (2)有兩個閾值電壓。 (3)有兩個穩(wěn)態(tài)。 UT+OuOuIUT-正向閾值電壓負向閾值電壓 當 uI 從小增大時，經(jīng)過 UT+ 處才能使輸出發(fā)生躍變。 當

3、uI從大減小時，經(jīng)過UT-處才能使輸出發(fā)生躍變。Schmitt TriggerUOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的與非門符號OuItuOUT+UT-Ot(二)施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例 波形變換 將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。 UOHUOL uI UT+ 后，uO = UOL,只有當 uI下降到經(jīng)過 UT- 時，uO 才會發(fā)生躍變。 uI 2/3VCC時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當TH=TR=uI1/3VCC時1/3VCC0當1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC時當uI1/3VCC時當uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC uI 1/3 VC

4、C)。 當 uC 2/3 VCC 時，滿足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因此 uO 為低電平，V 導(dǎo)通，電容 C 經(jīng)放電管 V 迅速放電完畢，uC 0 V。這時TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時 uC 0 V，uO 為低電平。充電工作原理 導(dǎo)通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) (二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖?應(yīng) 1/3 V

5、CC )時，使 TR = UIL1/3 VCC而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此 uO 躍變?yōu)楦唠娖?，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管 V截止，VCC 又經(jīng) R 向 C 充電，uC 上升。UILUOH充電 3. 自動返回穩(wěn)定狀態(tài) (二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) UIHUOL TH2/3 VCC放電V當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖?應(yīng) 1/3 VCC)時，使 TR = UIL1/3 VCC 而TH = uC 0 V 1/3 VCC )，因此 uO 重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導(dǎo)通，C 經(jīng) V 迅速放電

6、 uC 0 V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1 s 的正脈沖，R = 27 k，試確定定時元件 C 的取值。 (二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度 tW 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，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，且要求輸入脈寬 tWI 小于輸出脈寬 tWO 。解：因為 tWO 1.1 RC故可取標稱值 33 F。估算公式 tWO 1.1 RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R2四、用 555 定時器組成多諧振蕩器 (

7、一)電路結(jié)構(gòu) DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC-+R2(二)工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL充電UOHTH = TR = uC 很小接通 VCC 后，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，放電管截止，VCC 經(jīng) R1、R2 向 C 充電，uC 上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)。 工作原理 (二)工作原理、工作波形與周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLUOLTH = TR 2/3 VCC當 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 時，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管 V 導(dǎo)通，C 經(jīng)

8、 R2 和 V 放電，uC 下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài) 。工作原理 接通 VCC 后，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，放電管截止，VCC經(jīng) R1、R2 向 C 充電，uC 上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)。 放電當 uC 下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時， uO 重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時放電管 V 截止，C 又被充電，uC 上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)。(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLTH=TR1/3VCC工作原理 當 uC 上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管 V 導(dǎo)通，C 經(jīng) R2

9、 和 V 放電，uC 下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài) 。接通 VCC 后，開始時 TH = TR = uC 0，uO 為高電平，放電管截止，VCC 經(jīng) R1、R2 向 C 充電，uC 上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)。 (二)工作原理、工作波形與周期估算 電容 C 如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL周期與占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C7.3 555定時器的應(yīng)用GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2例 指出右圖中

10、控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？解：R1、R2、RP1 和 C 共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié) RP1 可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 RP1 ，因此觸頭應(yīng)下移。RP2調(diào)節(jié) RP2 可控制 RD 為 0 或 1，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。調(diào)節(jié) RP2 使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使揚聲器鳴響。RP1例1： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。S1 : 起動按鈕S2 : 停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機555按下啟動按鈕 S1（未按 S2） 即使放

11、開 S1 , UTR電位變高 、UTH仍為低電平，輸出狀態(tài)保持不變，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動 。這時如果松開 S2 , 輸出狀態(tài)不變，電機仍不轉(zhuǎn)動 。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機555啟動過程：停車過程：故 uo=1 , 電機轉(zhuǎn)動 。按下停車按鈕 S2（未按 S1） 故 uo=0 , 電機停轉(zhuǎn)。例2： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路改進。S1 : 起動按鈕S2 : 停車按鈕4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機555例3： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗相曝光定時器。若S打開 。 輸出總為048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0t0tuCTuo若合閘時

12、輸出為 0，將保持0若合閘時輸出為 1，輸出會自動回到零0t0tuCTuoui0t48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS由以上分析可以看出： 按鈕每按動一次，uo 便輸出一個正脈沖,其寬度 TW 由 RT CT 決定 。按下S自動返回JJ紅白D1D248162357uouiVCCRRTCTDTHTRS洗相曝光定時器按一下按鈕 S未按uo0J的線圈不通電J 的接點不動作紅燈白燈亮滅1通電閉合亮滅白燈亮的時間即為曝光時間 TW 。TW = 1.1 RT CT按著S忘了松手,會怎麼樣?例4： 多諧振蕩器: 簡易電子琴電路0tuouC0t555 定時器可構(gòu)成多諧振蕩器:48162357R

13、1R2CuC555DTHTRuoVCC 設(shè)電容C 原先未充電, 故 UTH =UTR 2VCC /3 , 立即 uo = 0 , 同時555內(nèi)的管 T 導(dǎo)通，電容 C 經(jīng) R2 7#管腳 T 1#管腳放電一直至VCC /3，使得uo 回到 1 ，進入循環(huán) . .t0uouC0t48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0t輸出方波的周期 T 的計算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C T1T248162357R1C555uoVCCR21R28S8S1簡易電子琴電路圖簡易電子琴就是通過改變R2 的阻值來改變輸出方波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)

14、出不同的音調(diào) 。本章小結(jié)施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是兩種常用的整形電路，可將輸入的周期信號整形成符合要求的同周期矩形脈沖。施密特觸發(fā)器具有回差特性，它有兩個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，有兩個不同的觸發(fā)電平。施密特觸發(fā)器可將任意波形變換成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小。施密特觸發(fā)器還可用來進行幅度鑒別、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。實用中，常選用集成施密特觸發(fā)器或 采用555 定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 R、C 定時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。輸入信號只起到觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變 R、C 定時元件的數(shù)值

15、可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常用于脈沖的定時、整形和展寬等。實用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或 采用 555 定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶體振蕩器。 多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。因此，多諧振蕩器接通電源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變 R、C定時元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。 555 定時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)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其它多種實用電路。由于 55