項目八 脈沖發(fā)生、波形變換電路 - 世界大學(xué)城

1、項目八 脈沖發(fā)生、波形變換電路第一節(jié) 555集成定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能555集成定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能中規(guī)模集成電路。555集成定時器的主要應(yīng)用：多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等。555集成定時器的主要特點(diǎn)：電源電壓范圍寬、與TTL及CMOS兼容、可帶一定功率的負(fù)載。555集成定時器的型號：TTL單定時器為555，雙定時器為556;CMOS單定時器為7555，雙定時器為7556。一、電路組成555集成定時器由五部分組成：基本RS觸發(fā)器、比較器、分壓器、三極管開關(guān)、輸出緩沖器。其管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：12345678GNDOUTVCCDISCTHC

2、O5551、基本RS觸發(fā)器R為置“0”復(fù)位端，R0時，Q=0,Q=1，電路復(fù)位。2、比較器由兩個集成運(yùn)算放大器C1、C2構(gòu)成兩個電壓比較器。V+V-時，輸出高電平，V+V-時，輸出低電平。3、分壓器由三個5k電阻串聯(lián)構(gòu)成（555因此得名），為比較器C1和C2提供參考電壓，C1的正端V+=2Vcc/3，C2的負(fù)端V-=Vcc/3。如果在電壓控制端CO另加控制電壓，則可改變比較器C1和C2的參考電壓。若不使用CO端時，可通過一個0.01uF電容接地，以旁路高頻干擾。4、三極管開關(guān)三極管VT用開關(guān)使用，受觸發(fā)器的Q端控制，當(dāng)Q=“0”時，VT截止，Q=“1”時，VT飽和導(dǎo)通。5、輸出緩沖器由反相器G

3、3構(gòu)成，作用是提高定時器帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時器的影響。5G555定時器的八個引出端：1.接地端 2.低觸發(fā)端 3.輸出端 4.復(fù)位端5.電壓控制端 6.高觸發(fā)端 7.放電端 8.電源端二、工作原理下表為5G555定時器的功能表：（1）復(fù)位：當(dāng)R=0時，Q=1,輸出OUT=0,VT飽和導(dǎo)通。（2）置0：當(dāng)R=1，TH>2Vcc/3,TR>Vcc/3時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，Q=1，Q=0，OUT=0，VT飽和導(dǎo)通。（3）置1：當(dāng)R=1，TH<2Vcc/3,TR<Vcc/3時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q=0，Q=1，OUT=1，VT截止。（4）保持：

4、當(dāng)R=1，TH<2Vcc/3,TR>Vcc/3時，C1輸出高電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此OUT、VT也保持原狀態(tài)不變。第二節(jié) 555定時器接成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。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 (a)所示，圖 (b)為工作波形。（a）555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路 (b) 555定時器構(gòu)成多諧振蕩器工作波形無電路工作過程分析如下：第一暫穩(wěn)態(tài)：VCC經(jīng)R1和R2對電容C充電，電容電壓Vc按指數(shù)規(guī)律上升，充電時間常數(shù)時（R1+R2）C，內(nèi)部放電管T截止，輸出電壓Vo為高電平。自動翻轉(zhuǎn)1：電容電壓Vc上升至VC C時，內(nèi)部

5、放電管T由截止變?yōu)閷?dǎo)通 ，C充電結(jié)束，輸出電壓Vo從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，電路自動進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。第二暫穩(wěn)態(tài)：內(nèi)部放電管T飽和導(dǎo)通，C通過R2和T放電，Vc按指數(shù)規(guī)律下降，放電時間常數(shù)時R2C，輸出電壓Vo為低電平。自動翻轉(zhuǎn)2：電容電壓Vc下降至VC C時，C放結(jié)束，輸出電壓Vo從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。內(nèi)部放電管T由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，電路自動進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp1:tp1 » 0.7（R1+R2）C tp2 » 0.7R2C 周期T：T = tp1+ tp2 » 0.7（R1+2R2）C占空比：VCC經(jīng)R1和R2對C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時，u

6、o=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對C充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。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娞匦裕央娙軨充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器?？捎嬎愕茫?T1=0.7R1C T2=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諧振頻率。當(dāng)f=fs時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0； 當(dāng)f=fp時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定： fs fp f0（晶體的標(biāo)稱頻率）

7、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)10-1010-11。（1）串聯(lián)式振蕩器R1、R2的作用使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路。 對于TTL門，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS門則常取R1=R2=10100M；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的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件R、C無關(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)時使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。 晶體工作在略大于fS與 fP之間，等效一電感，與C1、C2共同

8、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G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。四多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例1. 簡易溫控報警器2. 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， 經(jīng)T/觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號源。第三節(jié) 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

9、值電壓VT+vI上升過程中，輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時，所對應(yīng)的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。（b）下限閾值電壓VT vI下降過程中，vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時，所對應(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CC401062. 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，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

10、信號中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。 第四節(jié) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(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)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。一 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理（1）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)vI=1時，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，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)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。時間常數(shù)1=RC，vC由0V開始增大，在vC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）

11、時間當(dāng)vC上升至2/3VCC時，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)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過飽和導(dǎo)通的放電三極管 T放電，時間常數(shù) 2=RCESC，經(jīng)過（35）2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121A1和A2是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。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Tmin Tmin= tWtre tre是恢復(fù)時間。（3

12、）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/ Tmin 74121內(nèi)部電阻=2k，外接電阻Rext可在1.440k之間選擇， 外接電容C可在10pF10F之間選擇， 所以，當(dāng)R=2k時， 最大占空比qmax為67%； 當(dāng)R=40k時，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. 延時與定時（1）延時圖中，v/O的下降沿比vI的下降沿滯后了時間tW。（2）定時當(dāng)v/O=1時，與門打開，vO= vF。當(dāng)v/O=0時，與門關(guān)閉，vO為低電平。顯然與門打開的時間是恒定不變的，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vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩