1、1第六章第六章 波形產生與整形電路波形產生與整形電路 6.3 波形整形電路波形整形電路 6.3.1 6.3.1 電壓比較器電壓比較器 6.3.2 5556.3.2 555集成定時器集成定時器 6.3.3 6.3.3 施密特觸發器電路施密特觸發器電路 6.3.4 6.3.4 單穩態觸發器電路單穩態觸發器電路 6.4 非正弦波振蕩電路非正弦波振蕩電路 6.4.1 6.4.1 矩形波振蕩電路矩形波振蕩電路 6.4.2 6.4.2 三角波振蕩電路三角波振蕩電路 2 波形整形電路主要用來對那些變化波形整形電路主要用來對那些變化緩慢或不規則的信號進行整形，使其緩慢或不規則的信號進行整形，使其變成邊沿陡峭的

2、信號，也可用于剔除變成邊沿陡峭的信號，也可用于剔除輸入信號中的干擾信號，還可實現將輸入信號中的干擾信號，還可實現將一種波形變換為另一種波形的功能。一種波形變換為另一種波形的功能。6.3 6.3 波形整形電路波形整形電路3 6.3.1 電壓比較器電壓比較器電壓比較器是將一個模擬電壓信號電壓比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準（參考）電壓相比較，以與一個基準（參考）電壓相比較，以鑒別其大小的電路。其鑒別的結果用鑒別其大小的電路。其鑒別的結果用比較器輸出的數字邏輯電平（高電平比較器輸出的數字邏輯電平（高電平或低電平）來表示。或低電平）來表示。4 1 1、運算放大器組成的基本比較器電路、運算放大器組成

3、的基本比較器電路（1 1）最簡單的過零電壓比較器電路）最簡單的過零電壓比較器電路5uoui0+UOM-UOM+uoui過零比較器過零比較器: (: (U UR R =0 =0時時) )+uouiuoui0+UOM-UOM6uoui0+Uom-UomUR傳輸特性傳輸特性U UR R：參考電壓：參考電壓 u ui i ：被比較信號：被比較信號 +uouiUR特點：運放處于開環狀態。特點：運放處于開環狀態。當當u ui i U UR R 時時 , , u uo o = + = +U Uomom當當u ui i U UR R 時時 , , u uo o = - = -U Uomom 若若u ui i從

4、同相端輸入從同相端輸入7+uouiURuoui0+Uom-UomUR當當u ui i U UR R 時時 , , u uo o = - = -U Uomom 若若u ui i從反相端輸入從反相端輸入8+uouitui例：例：利用電壓比較器將正利用電壓比較器將正弦波變為方波。弦波變為方波。uot+Uom-Uom9+uiuoui0+UZ-UZ電路改進：電路改進：用穩壓管穩定輸出電壓。用穩壓管穩定輸出電壓。+uiuo UZRR uo UZ電壓比較器的另一種形式電壓比較器的另一種形式 將雙向穩壓管接在將雙向穩壓管接在負反饋回路上負反饋回路上10 1 1、運算放大器組成的基本比較器電路、運算放大器組成的

5、基本比較器電路( (續續) )（2 2）串聯型和并聯型比較器電路）串聯型和并聯型比較器電路11 2 2、集成電壓比較器、集成電壓比較器 普通運放作普通運放作為比較器運用為比較器運用時，僅適合于時，僅適合于對輸出翻轉速對輸出翻轉速度要求不太高度要求不太高的場合。集成的場合。集成比較器的響應比較器的響應速度較高，比速度較高，比較器較器LM311LM311為為200ns200ns，而通用，而通用型運放型運放LM301ALM301A為為6s6s。12 2 2、集成電壓比較器、集成電壓比較器( (續續) ) 集成比較器集成比較器LM311LM311的應用比較靈活。其電源電的應用比較靈活。其電源電壓可用壓

6、可用+ +15V15V，也可在，也可在5V5V單電源下工作。電路通常單電源下工作。電路通常由腳輸出，可由腳輸出。應接上拉電阻。由腳輸出，可由腳輸出。應接上拉電阻。13比較器的特點比較器的特點1. 1. 電路簡單。電路簡單。2. 2. 當當A Ao o不夠大時，不夠大時， 輸出邊沿不陡。輸出邊沿不陡。3. 3. 容易引入干擾。容易引入干擾。tuiuot過零附近仍過零附近仍處于放大區處于放大區14 6.3.2 555集成定時器集成定時器555555定時器是一種多功能的線性集成定時器是一種多功能的線性集成電路，它能產生準確的和非常穩定的時電路，它能產生準確的和非常穩定的時延或振蕩信號。在它的外部配上

7、適當的延或振蕩信號。在它的外部配上適當的阻容元件，就可方便地構成施密特觸發阻容元件，就可方便地構成施密特觸發器和單穩態觸發器等整形電路，以及矩器和單穩態觸發器等整形電路，以及矩形波振蕩器等脈沖產生電路。形波振蕩器等脈沖產生電路。 15 1 1、電路組成、電路組成 雙排直列雙排直列8 8腳。內部由兩個電壓比較器加一腳。內部由兩個電壓比較器加一個基本的個基本的RSRS觸發器組成。觸發器組成。16 2 2、基本功能、基本功能 腳為復位端。、腳比較電壓分別是腳為復位端。、腳比較電壓分別是2/3V2/3VCCCC和和1/3V1/3VCCCC。常用的。常用的555555定時器有雙極型和定時器有雙極型和CM

8、OSCMOS兩類。電源電壓為兩類。電源電壓為+5+5+18V+18V范圍。范圍。R(4)R(4)TH(6)TH(6)TR(2)TR(2)VTVT狀態狀態(7)(7)Q Q輸出輸出(3)(3)0 0X XX X導通導通0 01 12/3V2/3VCC CC 1 11/3V2/3V2/3VCC CC 0 01/3V1/3VCC CC 1 1導通導通0 01 12/3V1/3V1/3VCC CC 1 1不變不變不變不變1 12/3V2/3VCC CC 0 01/3V u- =0 時時, uo= +UOM當當u+ u- =0時時, uo= -UOM1) 1) 沒加參考電壓的上行遲滯比較器沒加參考電壓的

9、上行遲滯比較器25uoui0Uom-Uom傳輸特性曲線傳輸特性曲線UHUL+uoRR2R1uiomHURRU21omLURRU21上下門限電壓：上下門限電壓：26+uoRR2R1uiUR上下門限電壓：上下門限電壓：當當uo= +UOM時：時：當當uo= -UOM時：時：RomiUURRRuRRR211212RomiUURRRuRRR211212RomHURRRURRU22121RomLURRRURRU221212) 2) 加上參考電壓后的上行遲滯比較器加上參考電壓后的上行遲滯比較器27傳輸特性：傳輸特性：UHULuoui0Uom-Uom+uoRR2R1uiUR+uoRR2R1uiuoui0Uo

10、m-UomUHUL對照對照28遲滯比較器電路改進：遲滯比較器電路改進：為了穩定輸出電壓，可以為了穩定輸出電壓，可以在輸出端加上雙向穩壓管。在輸出端加上雙向穩壓管。思考題：思考題：如何計算上下限？如何計算上下限？ UZ+uoRR2R1uiuo UZ+RR2R1ui292.2.用用555555定時器構成的施密特觸發器電路定時器構成的施密特觸發器電路30R(4)R(4)TH(6)TH(6)TR(2)TR(2)VTVT狀態狀態(7)(7)Q Q輸出輸出(3)(3)0 0X XX X導通導通0 01 12/3V2/3VCC CC 1 11/3V2/3V2/3VCC CC 0 01/3V1/3VCC CC

11、 1 1導通導通0 01 12/3V1/3V1/3VCC CC 1 1不變不變不變不變1 12/3V2/3VCC CC 0 01/3V1/3VCC CC 0 0導通導通0 031CCTV32UCCTV31UCCTV31UVTuUVTu21U腳接腳接u uV V時：時：32波形整形波形整形(a)(a)幅度鑒別幅度鑒別(b)(b) 經施密特觸發器電路后，將正弦波信號變換成矩形波波形，經施密特觸發器電路后，將正弦波信號變換成矩形波波形，若輸入是三角波，變換情況類同。除波形變換外，經施密特觸若輸入是三角波，變換情況類同。除波形變換外，經施密特觸發器電路還可將不規則的輸入信號波形整形為矩形波（如圖發器電

12、路還可將不規則的輸入信號波形整形為矩形波（如圖a a），），也可用來鑒別和剔除不滿足一定幅度的輸入信號脈沖（如圖也可用來鑒別和剔除不滿足一定幅度的輸入信號脈沖（如圖b b）。）。針對干擾幅度，可適當調整針對干擾幅度，可適當調整U UT+T+和和U UT- T- 。33例：例：R R1 1=10k=10k ，R R2 2=20k =20k ，U UOMOM=12V=12V， U UR R=9V=9V當當輸入輸入 u ui i 為如圖所示的波形時，畫出輸出為如圖所示的波形時，畫出輸出u uo o的波形。的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit034首先計算上

13、下門限電壓：首先計算上下門限電壓：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU35+UOM-UOM根據傳輸特性畫輸出波形圖。根據傳輸特性畫輸出波形圖。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V36 6.3.4 單穩壓觸發器電路單穩壓觸發器電路單穩態觸發器是只具有一種穩定狀單穩態觸發器是只具有一種穩定狀態的觸發器。在外加觸發信號的作用態的觸發器。在外加觸發信號的作用下，它能夠由穩態轉變成暫穩態，維下，它能夠由穩態轉變成暫穩態，維持一段時間后，暫穩態結束，觸發器持一段時間后，暫穩態結束，觸

14、發器自動返回穩定狀態。暫穩態時間決定自動返回穩定狀態。暫穩態時間決定于電路的參數，與外加觸發信號無關。于電路的參數，與外加觸發信號無關。單穩態觸發器廣泛應用于定時、延時、單穩態觸發器廣泛應用于定時、延時、波形整形等電路中。波形整形等電路中。3738 穩定狀態（輸出為低電平），單穩態（輸出為高電平，穩定狀態（輸出為低電平），單穩態（輸出為高電平，持續時間為持續時間為t t1 1）。電路要求輸入觸發脈沖寬度小于）。電路要求輸入觸發脈沖寬度小于t t1 1。/ tcccce)(u)0(u)(u) t (uRC1 . 13lnRCt1)RC( 39 單穩電路可用于：單穩電路可用于： 定時控制：定時控制：在在t t1 1時間內動作或不動作。時間內動作或不動作。 延時電路：延時電路：比輸入下降沿延時比輸入下