第5章脈沖信號的產(chǎn)生與整形

1、 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形第第 5 章脈沖信號的章脈沖信號的產(chǎn)生與整形產(chǎn)生與整形 概述概述 555 定時器及其應用定時器及其應用 本章小結本章小結 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形主要要求：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。 5.1 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、工作特點和典型應用功能、工作特點和典型應用。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形 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

2、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成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多元件就可構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應用廣泛。諧振蕩器等，使用方便、靈活，應用廣泛。 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

3、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。用門電路構成。用門電路構成。 用專用的集成電路。用專用的集成電路。 用用 555 定時器定時器構成。構成。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形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- -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) )允許輸入允許

4、輸入信號為信號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 當當 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。 當當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非門符號性的與非門符號 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形OuItuOUT+UT

5、- -Ot( (二二) )施密特觸發(fā)器應用舉例施密特觸發(fā)器應用舉例 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,只有當只有當 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當當TH=TR=uI1/3VCC時時1/3VCC0當當1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC時時當當uI1/3VCC時時當當uI由高電平逐漸下降，由高電平逐漸下降，且且

6、1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 當當 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 導通，電容導通，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 導通導通放電放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLU

7、IH 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形 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當輸入當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 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充

8、電充電 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形 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當輸入當輸入 uI 由高電平躍變?yōu)榈碗娖接筛唠娖杰S變?yōu)榈碗娖? (應應 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，放電管導通，同時，放電管導

9、通，C 經(jīng)經(jīng) V 迅速放電迅速放電 uC 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)。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形 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

10、發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬且要求輸入脈寬 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 RC 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 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) )電路結構電路結構 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -

11、+R2 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形( (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 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 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形( (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 uCO

12、tOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC當當 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)榈碗娖剑瑫r放電管同時放電管 V 導通，導通，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 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈

13、沖信號的產(chǎn)生與整形當當 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 當當 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC時，時，uO 躍變?yōu)榈碗娖剑S變?yōu)榈碗娖?，同時放電管同時放電管 V 導通，導通，C 經(jīng)經(jīng) R2 和和 V

14、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，這時，這時電電路路處于暫穩(wěn)態(tài)處于暫穩(wěn)態(tài)。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形( (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

15、與占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 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節(jié)音調高低的分別是調節(jié)音調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，如何調節(jié)才能鳴響？聲，如何調節(jié)才能鳴響？欲提高音調，又該如何欲提高音調，又該如何調節(jié)？調節(jié)？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同構成定時元件，因此調節(jié)共

16、同構成定時元件，因此調節(jié) RP1 可調節(jié)音調高低。可調節(jié)音調高低。欲提高音調，則應減小欲提高音調，則應減小 RP1 ，因此觸頭應下移。，因此觸頭應下移。RP2調節(jié)調節(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，因此能控制揚聲器鳴響與否。調節(jié)調節(jié) RP2 使觸頭左移至適當位置，可使使觸頭左移至適當位置，可使 RD = 1，使，使揚聲器鳴響。揚聲器鳴響。RP1 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形本章小結本章小結施密特觸發(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

17、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，輸出脈沖寬度取決于輸入信號的波形和回差電壓的大小。回差電壓的大小。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、構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩行幅度鑒別、構成單穩(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

18、或 采用采用555 定時器構成施密特觸發(fā)器。定時器構成施密特觸發(fā)器。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形單穩(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，與輸入信號沒有關系。時元件的數(shù)值，與輸入信號沒有關系。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)值可調節(jié)輸出脈沖的寬度。定時元件的數(shù)值可調節(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

19、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 定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形在振蕩頻率穩(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)間的相互轉換完全靠電路本身電容的充暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉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

20、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，可調節(jié)振蕩頻率。定時元件數(shù)值的大小，可調節(jié)振蕩頻率。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與整形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成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)少量阻容元件便可構成施密特觸發(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，它還可組成其此外，它還可組成其它多種實用電路。由于它多種實用電路。由于 555 定時器使用方便、定時器使用方便、靈活，有較強的負載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，靈活，有較強的負載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，因此，在自動控制、儀器儀表、家用電器等許因此，在自動控制、儀器儀表、家用電器等許多領域都有著廣泛的應用。多領域都有著廣泛的應用。除除 555 單定時器外，還有雙定時器單定時器外，還有雙定時器 556、四定時器四定時器 558 等。等。 脈沖信號的產(chǎn)生與整形脈沖信號的產(chǎn)生與