第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形 一 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成 1 三個(gè)阻值為5k 的電阻組成的分壓器 2 兩個(gè)電壓比較器C1和C2 8 1集成555定時(shí)器 電壓比較器的功能 v v vO 1v v vO 0 3 基本RS觸發(fā)器 4 放電三極管T及緩沖器G 二 工作原理 1 4腳為復(fù)位輸入端 RD 當(dāng)RD為低電平時(shí) 不管其他輸入端的狀態(tài)如何 輸出vo為低電平 正常工作時(shí) 應(yīng)將其接高電平 2 5腳為電壓控制端 當(dāng)其懸空時(shí) 比較器C1和C2的比較電壓分別為2 3VCC和1 3VCC 3 2腳為觸發(fā)輸入端 6腳為閾值輸入端 兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出 從而控制RS觸發(fā)器 決定輸出狀態(tài) 8 2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 一 用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1 電路組成及工作原理 2 電壓滯回特性和主要參數(shù) 1 電壓滯回特性 2 主要靜態(tài)參數(shù) a 上限閾值電壓VT vI上升過(guò)程中 輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時(shí) 所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值 VT 2 3VCC b 下限閾值電壓VT vI下降過(guò)程中 vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時(shí) 所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值 VT 1 3VCC 3 回差電壓 VT VT VT VT 1 3VCC 二 集成施密特觸發(fā)器1 CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106 2 TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14 三 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(hào) 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(hào)整形成為矩形脈沖 3 用于脈沖鑒幅 從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中 選出那些幅度大于VT 的輸入脈沖 8 3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 用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1 電路組成及工作原理 2 振蕩頻率的估算 1 電容充電時(shí)間T1 用三要素法計(jì)算 2 電容放電時(shí)間T2 3 電路振蕩周期TT T1 T2 0 7 R1 2R2 C 4 電路振蕩頻率f 5 輸出波形占空比q 二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?把電容C充電和放電回路隔離開(kāi)來(lái) 再加上一個(gè)電位器 便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 可計(jì)算得 T1 0 7R1CT2 0 7R2C占空比 三 石英晶體多諧振蕩器1 石英晶體的選頻特性 有兩個(gè)諧振頻率 當(dāng)f fs時(shí) 為串聯(lián)諧振 石英晶體的電抗X 0 當(dāng)f fp時(shí) 為并聯(lián)諧振 石英晶體的電抗無(wú)窮大 由晶體本身的特性決定 fs fp f0 晶體的標(biāo)稱(chēng)頻率 石英晶體的選頻特性極好 f0十分穩(wěn)定 其穩(wěn)定度可達(dá)10 10 10 11 2 石英晶體多諧振蕩器 1 串聯(lián)式振蕩器 R1 R2的作用 使兩個(gè)反相器在靜態(tài)時(shí)都工作在轉(zhuǎn)折區(qū) 成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路 對(duì)于TTL門(mén) 常取R1 R2 0 7 2k 若是CMOS門(mén)則常取R1 R2 10 100M C1 C2是耦合電容 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下 只有頻率為f0的信號(hào)才能通過(guò) 滿足振蕩條件 因此 電路的振蕩頻率 f0 與外接元件R C無(wú)關(guān) 所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高 2 并聯(lián)式振蕩器 RF是偏置電阻 保證在靜態(tài)時(shí)使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū) 構(gòu)成一個(gè)反相放大器 晶體工作在略大于fS與fP之間 等效一電感 與C1 C2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路 電路的振蕩頻率 f0 反相器G2起整形緩沖作用 同時(shí)G2還可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路工作的影響 四 多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例1 簡(jiǎn)易溫控報(bào)警器 2 雙音門(mén)鈴 3 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(hào) 經(jīng)T 觸發(fā)器構(gòu)成的15級(jí)異步計(jì)數(shù)器分頻后 便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號(hào) 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計(jì)時(shí)系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)源 8 4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)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(shí)間后 自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) 一 用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1 電路組成及工作原理 1 無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)vI 1時(shí) 電路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 即vO 0 vC 0 2 vI下降沿觸發(fā)當(dāng)vI下降沿到達(dá)時(shí) vO由0跳變?yōu)? 電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài) 3 暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間在暫穩(wěn)態(tài)期間 三極管T截止 VCC經(jīng)R向C充電 時(shí)間常數(shù) 1 RC vC由0V開(kāi)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(dòng)返回 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束 時(shí)間當(dāng)vC上升至2 3VCC時(shí) vO由1跳變0 三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通 電容C經(jīng)T迅速放電 電壓vC迅速降至0V 電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài) 5 恢復(fù)過(guò)程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后 電容C通過(guò)飽和導(dǎo)通的放電三極管T放電 時(shí)間常數(shù) 2 RCESC 經(jīng)過(guò) 3 5 2后 電容C放電完畢 恢復(fù)過(guò)程結(jié)束 2 主要參數(shù)估算 1 輸出脈沖寬度Tw 用三要素法計(jì)算 上式說(shuō)明 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時(shí)元件R C的取值 與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無(wú)關(guān) 調(diào)節(jié)R C的取值 即可方便的調(diào)節(jié)tW 2 恢復(fù)時(shí)間tretre 3 5 2 3 最高工作頻率fmaxvI周期的最小值 Tmin tW tre因此 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為 二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 A1和A2是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端 B是上升沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法 a 使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式 b 使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式 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 7RintC 2 輸入觸發(fā)脈沖最小周期TminTmin tW tretre是恢復(fù)時(shí)間 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 Tmin74121內(nèi)部電阻 2k 外接電阻Rext可在1 4 40k 之間選擇 外接電容C可在10pF 10 F之間選擇 所以 當(dāng)R 2k 時(shí) 最大占空比qmax為67 當(dāng)R 40k 時(shí) 最大占空比qmax可達(dá)90 三 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1 延時(shí)與定時(shí) 1 延時(shí) 圖中 v O的下降沿比vI的下降沿滯后了時(shí)間tW 2 定時(shí) 當(dāng)v O 1時(shí) 與門(mén)打開(kāi) vO vF 當(dāng)v O 0時(shí) 與門(mén)關(guān)閉 vO為低電平 顯然與門(mén)打開(kāi)的時(shí)間是恒定不變的 就是單穩(wěn)輸出脈沖v O的寬度tW 2 整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)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(shí)間 3 觸摸定時(shí)控制開(kāi)關(guān) 555定時(shí)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(gè)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(shí)間 tW 結(jié)束時(shí) 555輸出端恢復(fù)低電平 燈泡熄滅 該觸摸開(kāi)關(guān)可用于夜間定時(shí)照明 定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié) 4 觸摸 聲控雙功能延時(shí)燈 555和T1 R3 R2 C4組成單穩(wěn)定時(shí)電路 定時(shí) 即燈亮 時(shí)間約為1分鐘 當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時(shí) HTD將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 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(shí) 人體感應(yīng)電信號(hào)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 舉例 8 4 3圖題8 4 3為一心律失常報(bào)警電路 圖中vI是經(jīng)過(guò)放大后的心電信號(hào) 其幅值vIm 4V 1 對(duì)應(yīng)vI分別畫(huà)出圖中vo1 vo2 vo三點(diǎn)的電壓波形 2 說(shuō)明電路的組成及工作原理 舉例 間歇振蕩器 EWB舉例 舉例 報(bào)警器 EWB舉例 本章小結(jié) 1 多諧振蕩器是一種自激振蕩電路 不需要外加輸入信號(hào) 就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖 用555定時(shí)器可以組成多諧振蕩器 用石英晶體也定時(shí)器可以組成多諧振蕩器 石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是fo的