脈沖發(fā)生電路

脈沖發(fā)生電路第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四通過這一單元的學(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)容第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四1．常見脈沖波形:2．常用的脈沖參數(shù):7.1概述

第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.2集成555定時器

1．555定時器的電路結(jié)構(gòu)

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4.5～16V第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四一、555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=1v+<v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）三個5k電阻組成的分壓器。（2）兩個電壓比較器

C1和C2。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&&&1RSG5kΩ5kΩ5kΩ12VRTHvCCD(2)(6)(5)(8)(4)(3)O(7)vT,(1)CO第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（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,THvICVCCvO555DR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&&&1RSG5kΩ5kΩ5kΩ12VRTHvCCD(2)(6)(5)(8)(4)(3)O(7)vT,(1)CO第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四001①R=0時，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四①R=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＞2VCC/3＞VCC/300011第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四①R=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＜2VCC/3＞VCC/310011③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。110第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四①R=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。＜2VCC/3＜VCC/311100③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3時，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2．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？第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.3.1用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

7.3.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例

退出7.3.2集成施密特觸發(fā)器

7.3施密特觸發(fā)器第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.3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1/3VCC2/3VCC1265VCCRDO5553Ov7vTRIC8412IvCCVVCC2Rv第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四電路符號2/3V放電端1/3VCv5kS1(2)(7)(6)&(3)GV&TRO1ΩCCΩ(4)TCCΩC(8)5k5k2RCC(1)&1VO21RvIvCC2第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.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ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（1）電壓滯回特性1/3VCCVoVi0傳輸特性VOHVOL2/3VCCΔVT1/3VCC2/3VCC第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四電路符號2/3V放電端1/3VO2vtO1vtVCC2vO11265VCCRDO5553Ov7vTHIC8412IvCCVVCC2RvCv5kS1(2)(7)(6)&(3)GV&O1ΩCCΩ(4)TCCΩC(8)5k5k2RCC(1)&1VO21RvIvCC2TH第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.3.2集成施密特觸發(fā)器2.TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14

1.CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.3.3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。輸入輸出VT+VT-第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四

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。

第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.4.1用555定時器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

7.4.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

退出7.4.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

7.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.4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，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。7.4.1用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理26VCCRDO5553TH84v7VCCC15vCvIRC0.011μF第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（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)。26VCCRDO5553TH84v7VCCC15vCvIRC0.011μF第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四(3)V1/3VCCSCC(8)Ω&C&C(7)ΩI5k放電端5k(1)CΩ2/3VGR5kvv1CR2v(6)CC1T&(2)TH(4)O第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（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，VCC經(jīng)R向C充電。時間常數(shù)τ1=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。（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——當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過飽和導(dǎo)通的T放電，時間常數(shù)τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.主要參數(shù)估算輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計算）（2）恢復(fù)時間tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作頻率fmax

vI周期的最小值：

Tmin=tW＋tre

最高工作頻率:TTW第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.4.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121A1、A2是下沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B是上沿有效的觸發(fā)信號輸入端。保持穩(wěn)態(tài)010101010×1×01××011×下沿觸發(fā)1↓1↓11↓↓1上沿觸發(fā)工作特征vOvO輸出0×↑×0↑A1A1B輸入74121功能表1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的邏輯功能和使用方法

第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法:（b）使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。（a）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式。第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.74121的主要參數(shù)

(1)輸出脈沖寬度tW

使用外接電阻：tW≈0.7RextC使用內(nèi)部電阻：tW≈0.7RintC74121內(nèi)部電阻=2kΩ，外接電阻Rext可在1.4～40kΩ之間選擇，外接電容C可在10pF～10μF之間選擇，（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin

Tmin=tW＋tre（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q定義：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，當(dāng)R=2kΩ時，最大占空比qmax為67%；當(dāng)R=40kΩ時，最大占空比qmax可達(dá)90%。第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四3.關(guān)于集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的重復(fù)觸發(fā)問題

集成單穩(wěn)有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個暫穩(wěn)態(tài)。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)在電路被觸發(fā)而進入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個tW寬度。74121、74221、74LS221都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。屬于可重復(fù)觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74LS122、74123、74LS123等。

第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.4.3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。第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四

2.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。第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四555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)84762153555+VCCRLR100kC100μC10.01μ(+6V)P第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四4.觸摸、聲控雙功能延時燈555和T1、R3、R2、C4組成單穩(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。第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7.5.1用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器

7.5.2多諧振蕩器應(yīng)用實例

退出7.5多諧振蕩器第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四0vctvo0t7.5.1用555定時器構(gòu)成的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。一．電路組成及工作原理26VCCRDO5553TH84v7RRVCC12C150.01μFC1vCP2/3VCC1/3VCC第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四放電端2/3V1/3VEWB演示——555組成多諧振蕩器(6)(2)5k1RT5k&CΩ&&1GSC25kΩΩ(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvC1PRRC2THCCCC第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.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TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q（4）電路振蕩頻率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四3．占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路

利用二極管的單向?qū)щ娦裕央娙軨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=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：26VCCRDO5553TH84v7VCCC150.01μFC1vCDD121R2R第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四7．5．2多諧振蕩器應(yīng)用實例1.簡易溫控報警器26VCCRD5553TH847RRVCC12C150.01C110μ/10VC220k100k0.013R2k（+6V）T3AX31μμ第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.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。第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四本單元學(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。

第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四本單元學(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。

第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四實驗七

時基電路

一、實驗?zāi)康?/p>

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。

第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗儀器及材料

1.雙蹤示波器2．?dāng)?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1N41482只電位器

22K、1K2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β≥100。

第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四三、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=15KΩ

R2=5K1Ω

C1=0.33ufC2=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。

第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（3）若將電阻值改為R1=15KΩ，R2=10KΩ，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

第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2.555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路實驗電路第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（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OUT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。

第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四3.應(yīng)用電路

用時基電路組成警鈴電路第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（1）上圖所示用556的兩個時基電路構(gòu)成低頻對高頻調(diào)制的救護車警鈴電路。①參考實驗內(nèi)容2確定圖中未定元件參數(shù)。②按圖接線，注意揚聲器先不接。③用示波器觀察輸出波形并記錄。④接上揚聲器，調(diào)整參數(shù)到聲響效果滿意。

第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四（2）用555電路構(gòu)成音樂傳花游戲機電路。

第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四①555電路的③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。②按一下SB按鍵，隨即放開，觀察發(fā)光二極管L