脉冲波形的产生与整形

亮
灭
灭 亮
按一下
红灯亮的时间即为曝光时间 TW
TW = 1.1 RT CT
EWB仿真555单稳触发器（电位器R置于0）
EWB仿真555单稳触发器（电位器R置于52%）
12.4
多谐振荡器
多谐振荡器能产生矩形脉冲的自激振荡器。由 于矩形波形中除基波外，还包括许多高次谐波，因此 又称为多谐振荡器。
多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态， 只有两个暂态作交替变化，输出矩形脉冲，因此又 被称为无稳态电路。
0
R1
D 7
4
8Βιβλιοθήκη Baidu
R2
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
t
uo
0
t T1 T2
如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数！
EWB仿真555多谐振荡器（电位器R置于10%）
EWB仿真555多谐振荡器（电位器R置于70%）
简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出 方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。
R D TH TR RT 7
VCC
4 8
3 1 5
ui
6
2
uo
0
t
uC
T
ui
S
2VCC /3
0
CT
t
uo t
TW
若S打开 , 则 ui = 1 ; 若S合上 , 则 ui = 0 。
0
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 4 8 3
VCC uo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路, TH =0.3V 。
555
1
2 3
GND TR
Uo
RD
地 触 输 复 发 出 位
VCC
8
RD
4
TH CO TR D
6
5 2 7
R + R + A1
R Q
S Q A2 T
3
uo
R
1
三个电阻 构成的分压器 给 两个比较器 提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 V / 3 。
CC
首先讨论上图中彩色部分的电路 的工作原理。
t
uC
T
2VCC /3
0
t
由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输 出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。
uo
0
t
R
RT
VCC
4 8 3
ui
S
D TH TR
7 6 2 CT
uo
D1
白 红
1
5
D2
J J
~
按钮 S 未按
uo
0 1
J的线圈 J 的结点 红灯 白灯
不通电 通电 不动作 闭合
t
3）当UI>2/3UCC时，比较器A1置0（低电平），比较器A2置1（ 高电平），基本RS触发器置0，输出低电平。
4）UI继续上升，基本RS触发器置0保持不变，输出 低电平。
5）当UI下降到UI<1/3UCC时，比较器A1置1（高电平） ，比较器A2置0（低电平），基本RS触发器置1，输出 高电平。
VCC
阈值端
TH CO TR
6 5
2 7
8
比较的结果
+ R A1 S A2
R R + -
阈值端
TH
触发端
TR
R
1
0 0
S
0
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3
触发端
R
1
1 0
VCC
8
RD
4
附录:
RS 触发器功能表
第12章 脉冲波形的产生与整形
12.1
12.2 12.3 12.4
555定时电路及其功能
施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器
12.1
55定时电路及其功能
数字电路区别于模拟电路的主要特 点之 一是：它的工作信号是离散时间 的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波 (矩形波)。如何产生方波以及对不理想 的方波如何整形，是本节讨论的重点。
VCC R1 7 4 8
S8
R28
S1 R21 C
555 3
6 2 1 5
uo
简易电子琴电路图
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。
uC
2VCC /3 VCC /3
0
t
设电容C 原先未充电, uo 故 TH = TR < VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶 体管 T 截止 , 电源通过 0 R1 和 R2 对电容 C 充电。
t
VCC
R1
D 7
阈值端
TH
TH 6 CO 5 TR D
2 7
+ R A1 + R A2
1
R
RQ
SQ
uo
3
T
RD 1 1 1 0
触发端
TR
uo
0 1
晶体管
T
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3
导通
截止 保持 导通
小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 保持

555定时器是将模拟电路和数字电路 集成于 一体的电子器件。它使用方便, 带负载能力较强, 目前得到了非常广泛 的应用。 12.1.1 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部 分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发 器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
0
按一下 S , TR < VCC ,已有 TH < 2VCC /3 , 故 uo = 1 , 555 内的管 T 截止 , CT 将被充 电,……
t
uo
只要 uC 尚未充至 2VCC /3 , uo 的状态就不会变化 。
T
0
t
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 1 5 4 8 3
VCC
uo
晶体管
T
RD 阈值端
TH
触发端
TR
uo
0 1
1 大于 2VCC /3 大于 VCC /3 1 小于 2VCC /3 小于 VCC /3
导通 截止
1 小于 2VCC /3 大于 VCC /3 保持 保持 0 导通 0
如果仅按下按钮 S2 , TH > 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR > VCC / 3 , 这时 uo = 0 , 电机停止运行。 如果松开 S2 , 电机仍 不转动 。
VCC
8
RD
4
TH CO
TR D
6
5 2 7
R + R + A1
R Q S Q A2 T
3
uo
R
1
8 VCC
4 RD
TH 6 CO 5 TR D
2 7
R R R
1
+ -
+ - A2
A1
RQ
SQ
uo
3
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
VCC
D TH CO
8 7 6 5 4
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
uo
ui t
ui
S
1
5
0
uC
T
若S打开 , 则 ui = 1 ;
若S合上 , 则 ui = 0。
2VCC /3
0
t
按钮 S 处于打开状态时：
TH > 2VCC /3 , TR > VCC /3
uo
0
t
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 1 5 4 8 3
VCC
uo
ui
ui
S
0
t
uC
T
2VCC /3

0
12.2
施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲信号的整形 电路，它具有回差电压传输特性。 uo uOH
uOL 0 uTuT+ ui
施密特触发器的符号
12.2.1用555电路构成施密特触发器
1.电路的组成
UCC UI
8 6
RD
4
R R
5
2 7
+ + -
A1 A2 T
R Q
S Q
3
uo
R
1
2.工作原理
12.3 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。 特点: 输出端只有一个稳定状态, 另一个状 态是暂稳态。加入触发信号后,它由稳定状态 转入暂稳态,经过一定时间以后,它又会自动返 回原来的 稳定状态。 由外界触发 稳定状态 暂稳态
自动返回 稳定状态
学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?
12.3.1 用555构成单稳态触发器: （用于洗相曝光定时器）
R
3
TH CO TR D
6 5
R + R + A1 A2 T
R Q
S 0
Q 0
Q 1
2 7
S Q
uo
1
0
0 1
1
0
1
0
R
1
保持 保持 1 禁止 禁止
R 1 0 0
晶体管T uo 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
S Q
8 VCC
4 RD
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
4
8
R2
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。
uC
2VCC /3 VCC /3
0
t1 t2
t3
t
一旦 uC 充至稳态值 , 即 TH = TR > 2VCC /3 , 立即 t uo = 0 , 同时555内的管 T 0 导通,电容 C 经 R2 7# T 1# 放电, 一直至VCC /3 , 使得uo 回到 1 , 进入循环 ...
12.4.1 用555构成多谐振荡器: 首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:
uC
R1 VCC 2VCC /3 VCC /3
D
R2
7
4
8
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
0
t
输出波形
uo
0
t
VCC R1 D R2 7 4 8
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
uo
VCC
uC
2VCC /3 VCC /3
0
R1
D 7
4
8
R2
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
t
uo
0
t T1 T2
输出方波的周期 T的计算:
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
EWB仿真555组成的多谐振荡器
VCC
uC
2VCC /3 VCC /3
UI
UCC
1）UI由0V上升，当 2/3UCC UI<1/3UCC时，比较器 A1置1（高电平），比 1/3UCC 较器A2置0（低电平） ，基本RS触发器置1， O 输出高电平。 UCC 2）UI继续上升，当 1/3UCC<UI<2/3UCC时，比 较器A1、 A2置1（高电平 ），基本RS触发器置1状 O 态不变，输出高电平。
12.2.2 施密特触发器的应用
1）波形的变换与整形
利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成 方波。
输入正弦波的波形变换情况 ui
UT+ UT-
t
uo
UoH
UoL
t
EWB仿真输入正弦波的波形变换情况
EWB仿真输入三角波的波形变换情况
波形的整形
UT+ UTU2T-
ui
t
uo
t
通过调节UT+-U2T-的大小，实现了波形整形。
ui
ui
S
0
t
uC
T
2VCC /3
0
一旦 uC > 2VCC /3 , 且 已 有 TR > VCC /3 , uo = 0 ;
T
t
uo
555内的晶体管T也由截 止变成导通 , 电容CT 迅速 放电而变成 0V。
0
t
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 1 5 4 8 3
VCC
uo
ui
ui
S
0
2. 555定时器的应用 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。
VCC S2 4
R
TH R TR S1
6
8
555
2 1 5
3
uo
微电机
M
C
S1 : 起动按钮 S2 : 停车按钮
VCC
S2
R TH
4 6 2
8 3
R TR
S1
555
1 5
uo
微电机 M
C
仅按下起动按钮 S1 , 则 TR < VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH < 2VCC / 3 , 故 uo =1 , 电 机转动 。 即使放开 S1 , TR > VCC / 3 , TH < 2VCC / 3 , uo 保持为 1 , 电机继续转动 。