模塊六脈沖信號的產(chǎn)生與整形

1、模塊六模塊六 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形項目項目8 變音門鈴電路變音門鈴電路項目項目9 警鈴電路警鈴電路工作任務(wù)任務(wù)1：多諧振蕩器的制作任務(wù)2：施密特觸發(fā)器的制作任務(wù)3：變音門鈴電路的設(shè)計與仿真任務(wù)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：主要要求： 了解脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法。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。了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理。 6.1 概概 述述了解了解施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯施密特觸

2、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。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)生與整形的方法一、脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法 獲取脈沖信獲取脈沖信號的方法號的方法 脈沖信號產(chǎn)生與脈沖信號產(chǎn)生與整形電路整形電路的實現(xiàn)的實現(xiàn)是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容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，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。 用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。 用用整形電路整

3、形電路對已有波形進行整形、變換。對已有波形進行整形、變換。 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器主要用以主要用以將緩慢變化將緩慢變化或快速變化的或快速變化的非矩形脈沖變換非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。成陡峭的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 主要用以將寬度不符合要求的脈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。沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構(gòu)成。用門電路構(gòu)成。 用專用的集成電路。用專用的集成電路。 用用 555 定時器定時器構(gòu)成。構(gòu)成。 uoluoh二、施密特觸發(fā)器二、施密特觸發(fā)器 ( (一一) )施密特觸發(fā)器的特性和符號施密特觸發(fā)器的特性和符號 ut = ut+ - - ut-

4、-回差電壓回差電壓施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器工作特點器工作特點 ( (1) )允許輸入信號允許輸入信號為為緩慢變化緩慢變化的信號。的信號。 ( (2) )有有兩個閾值兩個閾值電壓。電壓。 ( (3) )有兩個穩(wěn)態(tài)。有兩個穩(wěn)態(tài)。 ut+ououiut- -正向閾值電壓正向閾值電壓負向閾值電壓負向閾值電壓 當(dāng)當(dāng) ui 從小增大時，從小增大時，經(jīng)過經(jīng)過 ut+ 處才能使輸處才能使輸出發(fā)生躍變。出發(fā)生躍變。 當(dāng)當(dāng)ui從大減小從大減小時，經(jīng)過時，經(jīng)過ut- -處才能處才能使輸出發(fā)生躍變。使輸出發(fā)生躍變。schmitt triggeruoluohut+ououiut- -uoui具有施密特特具有施密特特性的與

5、非門符號性的與非門符號ouituout+ut- -ot( (二二) )施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例 波形變換波形變換 將三角波、正弦波和其它將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。 uohuol ui ut+ 后，后，uo = uol,只有當(dāng)只有當(dāng) ui下降到經(jīng)過下降到經(jīng)過 ut- - 時，時，uo 才會發(fā)生躍變。才會發(fā)生躍變。 ui 2/3vcc時時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uiuo當(dāng)當(dāng)th=tr=ui1/3vcc時時1/3vcc0當(dāng)當(dāng)1/3vcc th=tr=ui2/3vcc時時當(dāng)當(dāng)ui1/3vcc時時當(dāng)當(dāng)

6、ui由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且1/3vcc ui 1/3 vcc) )。 當(dāng)當(dāng) uc 2/3 vcc 時，滿足時，滿足tr = ui 1/3 vcc，th = ui 2/3 vcc,因因此此 uo 為低電平，為低電平，v 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 c 經(jīng)放經(jīng)放電管電管 v 迅速放電完畢，迅速放電完畢，uc 0 v。這時這時tr = uih 1/3 vcc，th = uc 0 2/3 vcc，uo 保持保持低電平不變。因此，低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時 uc 0 v，uo 為低電平。為低電平。充電充電工作原理工作原理 導(dǎo)通導(dǎo)通放電放電vucotouotuoluohtwocc32vot

7、uihcc31vuitwivcc0vuoluih 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc當(dāng)輸入當(dāng)輸入 ui 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 vcc ) )時，使時，使 tr = uil1/3 vcc而而th = uc 0 v 2/3 vcc，因此，因此 uo 躍變?yōu)檐S變?yōu)楦唠娖剑M入暫穩(wěn)態(tài)高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管，這時放電管 v截止，截止，vcc 又經(jīng)又經(jīng) r 向向 c 充電，充電，uc 上升上升。uiluoh

8、充電充電 3. 自動返回穩(wěn)定狀態(tài)自動返回穩(wěn)定狀態(tài) ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc 2. 觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài) uihuol th2/3 vcc放電放電v當(dāng)輸入當(dāng)輸入 ui 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應(yīng)應(yīng) 1/3 vcc) )時，使時，使 tr = uil1/3 vcc 而而th = uc 0 v 1/3 vcc ) )，因此，因此 uo 重新躍變重新躍變?yōu)榈碗娖健榈碗娖?。同時，放電管導(dǎo)通，同時，放電管導(dǎo)通，c 經(jīng)經(jīng) v 迅速放電迅速放電 uc

9、 0 v，放電完畢放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。后，電路返回穩(wěn)態(tài)。 例例 用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為時間為1 s 的的正脈沖，正脈沖，r = 27 k ，試確定定時元件試確定定時元件 c 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形與參數(shù)估算工作原理、工作波形與參數(shù)估算 ucotouotuoluohtwocc32votuihcc31vuitwivcc輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度 tw 即為暫穩(wěn)態(tài)維持時即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件間，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，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬且要求輸入脈寬

10、 twi 小于輸出脈寬小于輸出脈寬 two 。解：解：因為因為 two 1.1 rc故故可取標稱值可取標稱值 33 f。f33.7k271 . 1s11 . 1wo rtc估算公式估算公式 two 1.1 rcgndvccrdoutco555thtrdisvcc0.01 fr1cuouc- -+r2四、用四、用 555 定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器 ( (一一) )電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) disvccr1thtrgndvccrdco0.01 foutuocuc- -+r2( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 ucotouotuoluohtwhtwlcc

11、32vcc31v 充電充電uohth = tr = uc 很小很小接通接通 vcc 后后，開始時，開始時 th = tr = uc 0 0，uo 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，vcc 經(jīng)經(jīng) r1、r2 向向 c 充電，充電，uc 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 工作原理工作原理 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 ucotouotuoluohtwhtwlcc32vcc31v uolth = tr 2/3 vcc當(dāng)當(dāng) uc 上升到上升到 th = tr = uc 2/3 vcc 時，時，uo 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖?，同時

12、放電管同時放電管 v 導(dǎo)通，導(dǎo)通，c 經(jīng)經(jīng) r2 和和 v 放電，放電，uc 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。工作原理工作原理 接通接通 vcc 后后，開始時，開始時 th = tr = uc 0，uo 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，vcc經(jīng)經(jīng) r1、r2 向向 c 充電，充電，uc 上升上升，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 放電放電當(dāng)當(dāng) uc 下降到下降到 th = tr = uc 1/3 vcc 時，時， uo 重新躍變?yōu)楦唠娖街匦萝S變?yōu)楦唠娖?，同時，同時放電管放電管 v 截止，截止，c 又被又被充電，充電，uc 上升上升，電路又電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)返回到暫

13、穩(wěn)態(tài)。( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算ucotouotuoluohtwhtwlcc32vcc31v th=tr1/3vcc工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng) uc 上升到上升到 th = tr = uc 2/3 vcc時，時，uo 躍變?yōu)榈碗娖?，躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 v 導(dǎo)通，導(dǎo)通，c 經(jīng)經(jīng) r2 和和 v 放電，放電，uc 下降下降，電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) 。接通接通 vcc 后后，開始時，開始時 th = tr = uc 0 0，uo 為高電平，為高電平，放電管截止，放電管截止，vcc 經(jīng)經(jīng) r1、r2 向向 c 充電，充電，uc 上升上升，

14、這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 ( (二二) )工作原理、工作波形與周期估算工作原理、工作波形與周期估算 電容電容 c 如此循環(huán)充電和放電，如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。ucotouotuoluohtwhtwlcc32vcc31v 周期與占空比估算周期與占空比估算twh 0.7 (r1 + r2)c twl 0.7 r2ct = twh + twl 0.7 (r1 + 2r2)c2121 wh2rrrrttq 7.3 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用gndvccrdoutco555thtrdisvcc0.01 fr1c+r2rp1rp2

15、 例例 指出右圖中指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無哪個電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？調(diào)節(jié)？解：解：r1、r2、rp1 和和 c 共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié)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。可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小 rp1 ，因此觸頭應(yīng)下移。，因此觸頭應(yīng)下移。rp2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) rp2 可控制可控制 rd 為為 0 或或 1，從而控制振蕩器工作與，從而控制振蕩器工作與否，因此能控制揚聲器鳴響與否。否

16、，因此能控制揚聲器鳴響與否。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) rp2 使觸頭左移至適當(dāng)位置，可使使觸頭左移至適當(dāng)位置，可使 rd = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。rp1例例1： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路。微電機起動停車控制電路。s1 : 起動按鈕起動按鈕s2 : 停車按鈕停車按鈕4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555按下啟動按鈕按下啟動按鈕 s1（未按（未按 s2） 即使放開即使放開 s1 , utr電位變高電位變高 、uth仍為低電平，輸出狀態(tài)保持不變，仍為低電平，輸出狀態(tài)保持不變，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動 。這時如果松開這時如果松開 s2 , 輸出狀輸出

17、狀態(tài)不變，電機仍不轉(zhuǎn)動態(tài)不變，電機仍不轉(zhuǎn)動 。4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555啟動過程：啟動過程：停車過程：停車過程：32,3ccthcctrvuvu故故 uo=1 , 電機轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)動 。按下停車按鈕按下停車按鈕 s2（未按（未按 s1） 32,3ccthcctrvuvu故故 uo=0 , 電機停轉(zhuǎn)。電機停轉(zhuǎn)。例例2： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 微電機起動停車控制電路改進。微電機起動停車控制電路改進。s1 : 起動按鈕起動按鈕s2 : 停車按鈕停車按鈕4816235s2s1rrcvccthtruom微電機微電機555例例3： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器: 洗

18、相曝光定時器。洗相曝光定時器。若若s打開打開 。 輸出總為輸出總為048162357uouivccrrtctdthtrs32ccv0t0tuctuo若合閘時輸出為若合閘時輸出為 0，將保持，將保持0若合閘時輸出為若合閘時輸出為 1，輸出會自動回到零輸出會自動回到零32ccv0t0tuctuoui0t48162357uouivccrrtctdthtrs由以上分析可以看出：由以上分析可以看出： 按鈕每按動一次，按鈕每按動一次，uo 便輸出一個正脈沖便輸出一個正脈沖,其其寬度寬度 tw 由由 rt ct 決決定定 。按下按下s 自動返回自動返回 jj紅紅白白d1d248162357uouivccrr

19、tctdthtrs洗相曝光定時器洗相曝光定時器按一下按一下按鈕按鈕 s未按未按uo0j的線圈的線圈不通電不通電j 的接點的接點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅滅白燈亮的時間即為曝光時間白燈亮的時間即為曝光時間 tw 。tw = 1.1 rt ct按著按著s忘了松手忘了松手,會怎麼樣會怎麼樣?例例4： 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易電子琴電路簡易電子琴電路0tuouc0t555 定時器可構(gòu)成多諧振蕩器定時器可構(gòu)成多諧振蕩器:3ccv32ccv48162357r1r2cuc555dthtruovcc 設(shè)電容設(shè)電容c 原先未充電原先未充電, 故故 uth =utr 2vc

20、c /3 , 立即立即 uo = 0 , 同時同時555內(nèi)的管內(nèi)的管 t 導(dǎo)通，電容導(dǎo)通，電容 c 經(jīng)經(jīng) r2 7#管腳管腳 t 1#管腳管腳放電一直至放電一直至vcc /3，使得使得uo 回到回到 1 ，進入循環(huán)，進入循環(huán) . .3ccv32ccvt0uouc0t48162357r1r2cuc555dthtruovcc0tuouc0t3ccv32ccv輸出方波的輸出方波的周期周期 t 的計算的計算:t = t1 + t2 = 0.7 ( r1 + 2r2 ) c t1t248162357r1c555uovccr21r28s8s1簡易電子琴電路圖簡易電子琴電路圖簡易電子琴就是通過改變簡易電子琴

21、就是通過改變r2 的阻值來改變輸出方的阻值來改變輸出方波的周期波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào)使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào) 。本章小結(jié)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，形電路，可將輸入的周期信號整形成符合要求可將輸入的周期信號整形成符合要求的同周期矩形脈沖。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)，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。有兩個不同的觸發(fā)電平。施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可將任意波形變換可將任意波形變換成矩形脈成矩形脈沖，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和沖，輸出脈沖寬

22、度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小?；夭铍妷旱拇笮?。施密特觸發(fā)器還可用來進施密特觸發(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)器器等。實用中，常選用集成施密特觸發(fā)器或或 采用采用555 定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。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)。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其輸出脈沖的寬度只取決于電路本身 r、c 定定時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關(guān)系。輸入信輸入信號只起到觸發(fā)電路進入暫穩(wěn)態(tài)的作用。改變號只起

23、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)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。定時元件的數(shù)值可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將輸入的觸發(fā)脈沖變換可將輸入的觸發(fā)脈沖變換為為寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此，常因此，常用于脈沖的定時、整形和展寬等。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)器實用中，常選用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或或 采用采用 555 定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。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，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?？刹捎檬⒕w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)。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。源后就能輸出周期性的矩形脈沖。改變改變 r、c定時元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。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)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。觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還