波形产生和变换.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电工电子学,西北大学化工学院,下页,上页,1,第,6,章,波形产生和变换,6.1,正弦波振荡电路,6.2,多谐振荡电路,6.3,单稳态触发器和施密特触发器,主要内容,2,概 述,（名词）,波形产生电路：,无需外加输入信号,便能自动产生各种,周期性,的波形的电路（也称为,振荡电路,）,。如正弦波、矩形波、三角波等。,波形产生电路分类：,正弦波,产生电路、,非正弦波,产生电路两种。,波形变换电路：,将某种波形,变换成,另一种波形的电路，或对某种波形进行,整形的电路,。,正弦波振荡电路：,将直流电能转换成频率和幅值一定的,正弦交流信号的电路,。它是一种正反馈电路。,振荡电路组成：,由,放大、反馈、选频、稳幅,环节组成。,波形产生和变换,3,6.1,正弦波振荡电路,主要内容,6.1.1,正弦波振荡电路的基本原理,6.1.2,RC,正弦波振荡电路,6.1.3 LC,正弦波振荡电路,振荡电路分析的主要内容是：,建立振荡的,起振条件,保持振荡的,平衡条件,振荡电路的,振荡频率,4,1.,自激振荡条件,：,正反馈放大电路原理图,放大环节,6.1.1,正弦波振荡电路的基本原理,可见，净输入为,+,+,正反馈,环节,如果逐渐增大 ，减小 ，当,时变成自激振荡电路，如图所示,可见，自激振荡必须做到,自激振荡的平衡条件为,振荡的平衡条件为：,（,1,）相位平衡条件,（,2,）幅频平衡条件,因为,所以,其中,放大环节,正反馈,环节,自激振荡电路,该条件是,必要条件,，但不是,充分条件,，在电源接通时,起振的幅值条件,应为：,注意：,振荡电路要产生,一种频率,的正弦信号，必须有,选频电路,即,5,2.,振荡的建立和,稳定：,6.1.1,正弦波振荡电路的基本原理,自激振荡电路的起振过程,放大环节,正反馈,环节,自激振荡电路,接通电源,噪声（扰动）,放大,正反馈,再放大,振幅不断增大,进入非线性区,使,|AF|=1,电路维持稳定的等幅振荡,。,选频电路的选频过程,噪声（扰动）中含有丰富的频谱成分,选频电路,将某一频率的正弦信号挑选出来,使其满足振荡条件，而其它频率成分不满足振荡条件,振荡电路产生单一频率的正弦波,振荡电路,按选频,电路的不同分为：,RC,振荡电路、,LC,振荡电路、,晶体振荡电路等,6,1.,电路结构,6.1.2,RC,正弦波振荡电路,可以证明：当 时，且,u,f,与,u,o,同相,R,、,C,构成串、并联,选频电路,；,Z,1,、,Z,2,构成,正反馈,；,R,f,、,R,1,构成,负反馈,。,可见：,R,1,R,f,A,o,+,+,-,R,R,C,C,Z,1,Z,2,+,-,R,1,R,f,A,o,+,+,-,Z,1,Z,2,+,-,Z,1,、,Z,2,、,R,f,、,R,1,构成文氏电桥，故称,文氏电桥正弦波振荡电路,。,当反馈系数 时,满足幅值平衡条件,该电路满足,相位平衡条件,同相输入比例运算,电压放大倍数,为,即,当,A=3,即,R,f,=2R,1,时就能满足自激振荡条件,考虑到起振条件,|AF|1,，一般选取,R,f,略大于,2R,1,该电路振荡频率为,:,7,2.,实用电路,6.1.2,RC,正弦波振荡电路,(1)R,f,采用负温度系数的热敏电阻,R,1,R,f,A,o,+,+,-,R,R,C,C,Z,1,Z,2,+,-,接通电源时,R,f,2R,1,|AF|1,负反馈较弱,(,A,较大,);,随振幅不断加强，,U,o,增大，,R,f,的电流增加，温度升高,R,f,电阻值下降；,R,f,减小，负反馈加强，,使,A,下降,最后稳定于,|AF|=1,U,o,不再增大。,t,工作原理,:,（负温度系数,:,温度升高，阻值减小）,8,2.,实用电路,6.1.2,RC,正弦波振荡电路,(2),采用二极管实现稳幅的电路,R,1,R,f1,A,o,+,+,-,R,R,C,C,Z,1,Z,2,D,1,D,2,R,f2,图中,R,f,=R,f1,+R,f2,略大于,2R,1,，,A3,；,起振时二极管呈现较大电阻，随,U,0,的增加，二极管逐渐导通，,D,1,、,D,2,、,R,f1,并联等效电阻减小，,A,自动下降；,直到满足维持等幅振荡的幅值条件,实现,自动稳幅的目的,。,D,1,、,D,2,并联目的：使正弦波正负半周波形对称。,RC,构成的振荡电路振荡频率通常在,200KH,Z,以下；,如需高频正弦信号，常用,LC,正弦波振荡电路,。,工作原理,:,9,1.,电容三点式振荡电路,6.1.3,LC,正弦波振荡电路,振荡频率为：,交流通路,C,E,1,u,o,R,B2,原理,:,电容,C,1,、,C,2,、电感,L,组成,谐振回路,，三个端点,1,、,2,、,3,分别接三极管,C,、,E,、,B,极，故称为三点式振荡电路；,C,2,两端电压经,C,B,引入基极构成,正反馈,；,L,、,C,1,、,C,2,构成并联谐振电路,总电流很小；,u,o,与,u,i,反相、,u,f,与,u,o,反相、,u,f,与,u,i,同相,满足,自振的平衡条件,；,适当选择,A,、,F,使起振时,|AF|1,起振后,|AF|=1,。,该电路用电容,C,1,、,C,2,调节谐振频率时不方便，所以，此电路常用于,固定谐振频率,的振荡电路；该电路振荡频率可达,100MH,Z,R,B1,R,E,R,C,C,1,C,2,C,C,+U,CC,2,3,1,2,3,R,B1,/R,B2,R,C,L,L,+,+,-,u,i,u,f,u,o,C,1,C,2,C,B,特点：,10,改进型电容三点式振荡电路,6.1.3,LC,正弦波振荡电路,改进型,C,3,1,u,o,R,B2,原理,:,在电感支路串一容量,较小的电容,C,3,电容,C,1,、,C,2,起分压和正反馈作用，振荡频率由,L,和,C,3,决定，即,调节,C,3,可以改变输出信号频率；,原电路是,共发射极接法,改进电路是,共基极接法,；,由于晶体管共基极接法时的,截止频率,是共射极的,(,+1),倍,所以,改进型电容三点式振荡电路的振荡频率很高,可达,1000MH,Z,。,R,B1,R,E,R,C,C,1,C,2,C,C,+U,CC,2,3,L,C,B,C,E,1,u,o,R,B2,R,B1,R,E,R,C,C,1,C,2,C,C,+U,CC,2,3,L,C,B,-,+,-,特点：,11,2.,电感三点式振荡电路,6.1.3,LC,正弦波振荡电路,振荡频率为：,交流通路,C,E,1,u,o,R,B2,电路结构,:,若两线圈的自感分别为,L,1,和,L,2,两个线圈的互感为,M,，则两线圈的总电感为,:,R,E,C,C,C,+U,CC,2,3,1,2,3,R,B1,/R,B2,L,1,C,+,+,-,u,i,u,o,C,B,调节,C,可以改变振荡频率；,由于反馈电压取自电感,L,2,上,它对高次谐波阻抗大,反馈电压中高次谐波成分大,易产生高次谐波自激振荡,使毛剌叠加在波形上,易使输出波形失真,。,L,2,L,2,L,1,u,f,特点：,T,T,因此,电感三点式振荡电路工作频率不宜太高,常在几十兆赫以下。,12,三点式,LC,正弦振荡电路总结,6.1.3,LC,正弦波振荡电路,幅值平衡条件,是通过提供合适的,直流通路,和选取恰当的,电抗参数,来加以满足。,（,1,）发射极两侧支路的电抗应为同一性质（,均为电感,或,均为电容,）,（,2,）基极与集电极之间支路的电抗与发射极两侧电抗性质不同。,相位平衡条件,的满足必须遵循以下原则：,另外,振荡频率不仅与,C,和,L,有关,也与晶体管参数有关。由于晶体管参数受温度的影响而变化,所发,LC,三点式振荡电路频率不稳定。如果要求频率稳定,常用,石英晶体振荡电路,。,1,2,3,R,B1,/R,B2,C,+,+,-,u,i,u,o,L,2,L,1,u,f,T,1,2,3,R,B1,/R,B2,R,C,L,+,+,-,u,i,u,f,u,o,C,1,C,2,13,6.2,多谐振荡器,主要内容,6.2.1,用集成运放构成的多谐振荡器,6.2.2,用石英晶体构成的多谐振荡器,6.2.3,用,555,集成定时器构成的多谐振荡器,多谐振荡器：,一种能直接产生,方波,或,矩形波,的自激振荡器,14,6.2.1,用集成运放构成的多谐振荡器,在,滞回比较器,上引入了具有,延迟特性的,RC,负反馈支路,构成。电路及波形如图,A,0,+,-,+,u,C,u,o,C,R,0,U,Z,+,-,u,-,D,Z,R,1,R,2,R,u,+,设,：,电源接通瞬间,u,C,=0,运放处于,正饱和,此时,C,充电,u,C,=u,-,按指数曲线上升,当,u,-,升到略大于,u,+H,时,运放输出变为,负饱和,则,此时,C,放电,u,C,=u,-,按指数曲线降低,当,u,-,降到略小于,u,+L,时,运放输出变为,正饱和,。以后重复形成振荡,输出矩形波。,图中，,T,1,是,u,C,从,u,+L,上升到,u,+H,的时间，,T,2,是,u,C,从,u,+H,下降到,u,+L,的时间。,t,u,o,0,u,+H,u,+L,T,1,T,2,T,工作原理,u,C,则同向输入端电压为：,t,0,t,1,t,2,矩形波周期为：,U,Z,-U,Z,15,6.2.1,用集成运放构成的多谐振荡器,A,0,+,-,+,u,C,u,o,C,R,0,U,Z,+,-,u,-,D,Z,R,1,R,2,R,u,+,在,t,0,tt,1,时电容电压为,（用三要素法）,当取,R,2,1.16R,1,时,矩形波频率近似为,t,u,o,0,u,+H,u,+L,T,1,T,2,T,振荡频率分析,u,C,当,t=t,1,时，有：,t,0,t,1,t,2,解得：,在,t,1,tt,2,时,当,t=t,2,时：,解得：,U,Z,-U,Z,矩形波频率：,故,16,6.2.1,用集成运放构成的多谐振荡器,占空比可调的多谐振荡器,A,0,+,-,+,R,u,o,C,R,0,U,Z,u,-,D,Z,R,1,R,2,D,1,u,+,占空比：,矩形波,高电平的时间,T,1,与,周期,T,之比的百分数，称为矩形波的,占空比,。即,图示电路中,通过调节,R,P,利用二极管的单向导电性,使,充放电时间常数不相等,实现输出波形占空比可调。调节,R,P,矩形波周期不变。,集成运放构成的多谐振荡器,常用于,10KH,Z,以下的低频率振荡电路中。,D,2,R,P1,R,P2,R,p,t,u,o,0,u,+H,u,+L,T,1,T,2,T,工作原理,u,C,充电时,放电时,17,6.2.2,用石英晶体构成的多谐振荡器,石英晶体：,是利用石英晶体的,压电效应,制成的一种,谐振器件,。,压电效应：,若在石英晶体的两个电极上,加一电压,晶体就会产生,机械变形,；若在晶体的两侧,加机械压力,或,拉力,则晶体会在相应的方向上,产生电场,。,可见：,若在石英晶体的两极加交变电压,晶体就会产生机械振动；而机械振动又会产生交变电压。,压电谐振：,外加交变电压的频率为某一特定值时,晶体振幅达最大,这时称为,压电谐振,。这时的频率称为石英晶体的,固有谐振频率,。,晶体的固有谐振频率：,取决于晶体的切割方式、尺寸,结构：,将二氧化硅（,SiO,2,）结晶体按一定方向切割成很薄的晶片,表面抛光后涂敷银层,封装后引出管脚即成。如图,晶片,管脚,敷银层,18,6.2.2,用石英晶体构成的多谐振荡器,石英晶体,符号,和,等效电路,及,电抗频率特性曲线,：,C,O,为晶体不振时的,静态电容,（几至几十皮法）；,L,是晶体振动时的,动态电感,（几十至几百毫亨）；,C,是晶体振动时的,等效动态电容,（,10,-4,10,-1,pF,）；,R,是晶体振动时的内部摩擦,损耗电阻,（,100,左右）。,JT,0,C,L,R,f,C,o,f,s,f,p,X,感性,容性,容性,符号,等效电路,电抗频率特性,晶体的品质因数,Q,很大,可达,10,4,10,6,，为,石英晶体有两个谐振频率,一是,LCR,支路的,串联谐振频率,f,s,一个是,LCR,支路与电容,C,o,的,并联谐振频率,f,p,，实际,f,s,和,f,p,很接近。,当,ff,p,时呈,容性,；当,f=f,s,时，,X=0,呈,电阻性,；当,f,s,ff,p,时，呈,感性,。,因为,所以,19,6.2.2,用石英晶体构成的多谐振荡器,1.,串联型石英晶体多谐振荡电路,R,1,、,R,2,是偏置电阻；,C,1,、,C,2,为耦合电容,R,1,R,2,C,1,C,2,JT,u,o2,u,o1,u,i2,u,o,G,2,G,1,G,3,1,1,1,工作原理：,正反馈起振过程：,晶体的选频过程：,反馈支路中的石英晶体,对反馈信号中频率等于,串联谐振频率,f,s,的信号,阻抗最小,且呈电阻性,而对其它频率的信号呈现高阻抗被衰减。因此电路产生,频率为,f,s,的脉冲波,。,u,i1,u,o1,u,i2,u,o2,非门,G,3,的作用是：,整形、缓冲隔离作用。,u,i1,G,1,与,R,1,、,G,2,与,R,2,构成,两个,反相放大器,C,2,与,JT,构成,正反馈,(,选频,),支路,20,6.2.2,用石英晶体构成的多谐振荡器,2.,并联型石英晶体多谐振荡电路,R,F,C,1,C,2,JT,u,o,G,2,G,1,1,1,R,F,是,偏置电阻,；,石英晶体,工作频率位于,串联,谐振频率,f,s,和,并联,谐振频率,f,p,之间,它等效成一,电感,;,JT,与,C,1,、,C,2,及,反相放大器,G,1,构成,电容三点式振荡器。,非门,G,1,输出为一失真的矩形脉冲波；,经,非门,G,2,整形,后,得到比较理想的,矩形脉冲,。,0,f,f,s,f,p,X,感性,容性,容性,电抗频率特性,21,有源,晶振及应用电路,1.,有源晶振,R,C,有源晶振有,4,只引脚,内部除了,石英晶体,外,还有,晶体管,和,阻容,元件,因此体积较大。是一个完整的,振荡器,。,1,脚,悬空,，,2,脚,接地,，,3,脚,输出,，,4,脚接,电源,U,CC,（,+5V,）；,0.01,F,200,U,CC,OUT,+5V,2.,实用电路,1,2,3,4,振荡频率有：,10kH,Z,250MH,Z,JT,NC,22,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,1.555,集成定时器,将,模拟功能,与,数字功能,结合在一起的多用途集成器件。很容易构成多,谐振荡器,、,单稳态触发器,、,施密特触发器。,广泛用于,定时,、,检测,、,控制,和,报警,电路中。,分为：,双极型,特点：,带负载能力强，如,5G1555,、,NE555,；,CMOS,型,特点：,功耗低、输入阻抗大、电源范围宽，如,CB7555,。,它们结构、工作原理、逻辑功能、引脚相同。,（,1,）基本特点,23,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,2,）内部结构,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,GND,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,C,1,、,C,2,：比较器；,G,1,、,G,2,、,G,3,：,RS,触发器；,TN,：放电管；,三个,R,构成分压器。,比较器,C,1,的,基准,电压为：,比较器,C,2,的,基准,电压为：,当,电压控制端,CO,外接固定电压,U,CO,时，则：,D,：放电端；,TH,：阈值端；,CO,：控制端；,TR,：触发端,(,低电平,),；,R,D,：复位端,(,低电平,),；,OUT,：输出端,;,U,DD,：电源正极；,GND,：电源负极。,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,24,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,当,放电管,T,N,导通放电,处于,复位状态,，即,555,电路处于,不工作状态,时,0,0,1,1,25,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,TH,、,TR,引脚悬空,T,N,截止,电源接通,1,0,0,1,1,0,1,0,26,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,当,T,N,导通放电,时,1,0,0,1,0,1,0,0,27,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,当,RS,触发器输出,Q,保持不变；,T,N,、,OUT,保持不变,（原状态）,。,时,0,0,0,28,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,当,T,N,截止,时,1,0,0,1,1,0,1,0,29,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,+,-,+,+,-,+,（,3,）工作原理,1,1,1,1,1,1,R,R,R,C,1,C,2,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,G,6,U,DD,TH,CO,D,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,T,N,U,R1,U,R2,5k,5k,5k,G,1,、,G,2,、,G,3,为或非门,G,4,、,G,5,、,G,6,为非门,当,RS,触发器输出不定,是不允许出现的,时,0,1,1,不定,不定,不定,不定,禁止状态,30,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,（,3,）工作原理,555,时基电路功能表,当,电压控制端,CO,施加一个电压时,比较器的参考电压发生变化,电路的,阈值,和,触发电平,的大小相应变化,从而可改变电路的定时参数,。,输入,输出,(,复位,),(,阈值,),(,触发,),T,N,状态,(D,放电端,),低电平,低电平,导通,(7,端放电,),高电平,低电平,导通,(7,端放电,),高电平,原状态,原状态,高电平,高电平,截止,(7,端截止,),高电平,输出、,TN,状态不定,(,禁用,),(,复位,),31,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,（,4,）引脚功能,8,7,6,5,1,2,3,4,CB7555,电压控制端,阈值端,放电端,电源端,复位端,输出端,电源地端,触发端,时基电路,32,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,（,5,）注意事项,当,控制端,CO,不用时，应通过,0.01,F,电容接地，,以防外部干扰,；,不应出现,TH,端电压大于,U,DD,的,2/3,，,TR,端电压小于,U,DD,的,1/3,的情况，否则两个,比较器输出均为高电平,，当它们同时从高电平变为低电平时，使基本,RS,触发器,输出不确定,；,U,DD,范围在,3,18V,之间，双极型输出电流可达,200mA,而,CMOS,型输出电流在,4mA,以下。,实际有双,555,时基电路,(556),。,8,7,6,5,1,2,3,4,CB7555,0.01,F,C,33,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,2.,用,555,集成定时器构成的多谐振荡器,（,2,）工作原理,U,DD,R,D,U,DD,R,1,R,2,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,0.01,F,u,o,电源接通瞬间,u,C,=0,TH,和,TR,相接,输出,u,o,为,1,放电管,T,N,截止,电源通过,R,1,、,R,2,向,C,充电,u,C,上升。,0,0,t,t,u,o,u,C,T,T,1,T,2,当,u,C,上升,到略大于,U,CC,的,2/3,时,u,o,从,1,变为,0(,翻转,),同时放电管,T,N,导通,使电容,C,通过,R,2,和,T,N,放电,u,C,下降。,当,u,C,下降,到略小于,U,CC,的,1/3,时,u,o,从,0,变为,1(,翻转,),同时放电管,T,N,截止,电容,再次充电,。如此重复形成,矩形波输出,。,（,1,）电路结构,u,C,+,-,充电,放电,555,34,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,2.,用,555,集成定时器构成的多谐振荡器,振荡频率分析,振荡频率,为,U,DD,R,D,U,DD,R,1,R,2,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,0.01,F,u,o,0,0,t,t,u,o,u,C,T,T,1,T,2,u,C,+,-,充电,放电,矩形波的,占空比,为,t,1,t,2,t,3,充电时间,放电时间,当 时,代入解方程,得,(1),充电时间,T,1,(2),放电时间,T,2,555,35,用,555,定时器构成的压控多谐振荡器,（习题,6.2.6,）,如图，分极振荡周期，画出,u,C,、,u,O,的波形图,电容,C,的充电时间,T,1,分析：（三要素法）,当,t=t,2,时,u,c,=U,CO,即,U,DD,R,D,U,DD,R,1,R,2,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,U,CO,u,o,0,0,t,t,u,o,u,C,T,T,1,T,2,u,C,+,-,充电,放电,+,-,t,1,t,2,t,3,电容,C,的放电时间,T,2,分析：,当,t=t,3,时,u,c,=0.5U,CO,即,u,C,、,u,O,波形图,555,36,用,555,定时器构成的压控多谐振荡器,（习题,6.2.6,）,如图，分极振荡周期，画出,u,C,、,u,O,的波形图,电容,C,的充电时间,T,1,分析：（三要素法）,U,DD,R,D,U,DD,R,1,R,2,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,U,CO,u,o,0,0,t,t,u,o,u,C,T,T,1,T,2,u,C,+,-,充电,放电,+,-,t,1,t,2,t,3,电容,C,的放电时间,T,2,分析：,u,C,、,u,O,波形图,若,U,DD,、,R,1,、,R,2,、,C,不变,改变,U,CO,的大小,即可改变输出矩形波的频率,(,即压控振荡器,),。,U,CO,增大,输出矩形波的,频率降低,；,U,CO,减小,频率升高,。,电路中,U,CO,必须,小于,U,DD,。,结论,555,37,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,例题,6.2.1,图是模拟公安警车音响电路，试说明工作原理。,解：,R,D,U,DD,R,1,R,2,C,1,D,TH,TR,IC,1,1,2,3,4,5,6,7,8,电路组成：,IC,1,及外围元件构成低频多谐振荡器，,周期约为,6,秒,；,IC,2,构成电压控制高频振荡器，,频率在,800H,Z,50H,Z,范围,；,R,3,、,T,构成射极输出器。,R,D,U,DD,R,4,R,5,C,3,D,TH,TR,T,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,C,2,R,3,R,6,C,4,IC,2,工作原理：,C,1,两端电压按指数规律上升、下降，近似三角波；该电压经射极输出器加到,IC,2,的电压控制端，对高频振荡器的信号进行,调制,，当三角波电压最低时，高频信号频率最高约为,800H,Z,，当三角波电压由低向高变化时，,IC,2,输出频率由高向低变化，输出频率在,3,秒内由低变高，另,3,秒由高变低，喇叭发出,警车音响鸣叫声,。,3s,3s,u,C,u,O,u,C,u,O,+U,DD,（,5-15V,）,555,555,38,6.3,单稳态触发器和施密特触发器,主要内容,6.3.2,用,555,集成定时器构成的,施密特,触发器,6.3.1,用,555,集成定时器构成的,单稳态,触发器,39,触发器的基本概念,触发器：,是一个具有,记忆功能,的基本逻辑单元；它的输出有,两个逻辑状态,0,和,1,当输入一个触发信号时，输出状态会发生,翻转,。,触发器,双稳态触发器：,输出有两个稳定状态,0,和,1,的触发器；,每输入一个触发信号，输出状态就,翻转,一次,。,单稳态触发器：,输出只有,一个稳定状态,（,0,或,1,）的触发器；当无触发信号时，保持这一稳态；当,外加触发信号后,，输出状态就,翻转,到另一个暂时的状态，,持续一段时间,后,自动,返回到原来的稳态。,u,I,u,O,u,I,u,O,u,I,u,O,触发器示意图,双稳态触发器功能图,单稳态触发器功能图,触发翻转,触发翻转,触发翻转,自动翻转,稳态,暂态,稳态,稳态,40,6.3.1,用,555,构成的单稳态触发器,1.,电路结构,电源接通,未加触发脉冲,(,负脉冲,),时,+U,DD,R,D,U,DD,R,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,0.01,F,u,o,u,I,u,C,-,+,2.,工作原理,当,u,O,=0,时,T,N,导通,当,u,O,=1,时,T,N,截止,U,DD,经,R,向,C,充电,当,u,C,升到,u,O,保持低电平,即,u,O,=0,u,O,跳变为低电平,即,u,O,=0,总之,电源接通,输出,一定是低电平,的,稳态,。,当,t=t,1,时,u,I,加,负触发脉冲,时,u,O,翻转,为,高电平,T,N,截止,这时,U,DD,经,R,向,C,充电。,u,I,u,C,u,O,t,t,t,t,1,t,2,t,W,0,0,0,当,u,C,升到略大于三分之二,U,DD,时,输出,翻转,回到,低电平,的,稳态,。,t,3,41,6.3.1,用,555,构成的单稳态触发器,3.,结论及特点,+U,DD,R,D,U,DD,R,C,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,0.01,F,u,o,u,I,u,C,-,+,当无触信号时,输出保持稳态,(,低电平,),。,当加一,负,触发信号后,输出翻转为,暂态,经过一段时间后，输出返回到,原稳态,。,u,I,u,C,u,O,t,t,t,t,1,t,2,t,W,0,0,0,脉冲宽度（,暂态持续时间,）为,输入脉冲宽度要小于,t,W,当,u,I,宽度大于,t,W,时,可在输入端加,微分电路,使输入成尖脉冲。,若输入是周期性脉冲时,该周期必须大于,t,W,+t,。,t,称为,恢复时间,。,单稳态电路常用,整形,、,定时,、,延时,等电路中,t,t,3,42,6.3.1,用,555,构成的单稳态触发器,例题,6.3.1,分析图示定时加热器的工作原理。,+U,DD,（,+5,）,R,D,U,DD,R,1,C,1,D,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,7,8,0.01,F,S,+,u,C,-,+,构成：,555,构成单稳态触发器；暂态,(,即,加热,),时间由,R,P,、,C,1,决定，为,t,d,=1.1R,P,C,1,;SP1110,为,交流固态继电器,，当输入端有直流信号时，输出两端接通，无直流输入信号时，输出端断开，实现,交流开关,的功能；,R,2,、,C,3,的,作用是吸收主电路中的脉冲干扰，保护,固态继电器,；,S,为加热起动按钮。,加热器,-,R,2,R,P,D,SP1110,220V,C,2,C,3,CB,7555,工作原理：,按下,S,，单稳态触发器的,TR,端获得,负脉冲,，输出翻转为高电平，固态继电器交流输出端接通，,加热器接通,220V,电源开始加热,；经一段,延时,后，触发器翻转为低电平，,D,截止，固态继电器输出端断开，加热器停止加热。,解：,43,6.3.2,用,555,构成的施密特触发器,施密特触发器：,它有两种输出状态，具有,滞回,的电压传输特性,图形符号,特点：,输出电压发生跳变的输入电压,(,阈值,),大小与,输入电压的变化方向,有关，即,u,I,u,I,u,O,u,O,U,OL,U,OH,U,T-,U,T+,0,电压传输特性,u,I,上升时,u,I,下降时,U,T+,为,正向阈值电压,；,U,T-,为,负向阈值电压,。,为称滞后电压,(,回差,),用途：,用于波形,变换、整形、幅度鉴别,等电路中。,44,6.3.2,用,555,构成的施密特触发器,用,555,构成的施密特触发器：,+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,8,0.01,F,u,o,u,I,工作原理,电路结构：,阈值端,TH,和触发端,TR,相接，作为输入端，即,当输入信号,u,I,为三角波时，输出如图,u,I,u,O,t,t,U,OH,U,OL,0,0,正阈值电压,负阈值电压,回差,45,6.3.2,用,555,构成的施密特触发器,用,555,构成的施密特触发器：,(,回差可调,),+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,8,0.01,F,u,o,u,I,电路结构：,电压控制端,CO,外接控制电压,U,CO,可见,改变控制电压,U,CO,的大小,就可,改变回差,的大小,.,正阈值电压,负阈值电压,回差,+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,8,u,o,u,I,U,CO,+,-,u,O,t,t,U,OH,U,OL,0,0,u,I,回差可调的施密特触发器,46,6.3.2,用,555,构成的施密特触发器,用,555,构成的施密特触发器：,(,输出高电平可调,),+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,8,0.01,F,u,o,u,I,电路结构：,在放电端,D,经电阻,R,接,另一电源,U,DD1,输出端接在,D,端,输出为,u,O1,则输出高电平为,U,DD1,可见,改变控制电压,U,DD1,的大小,就可改变输出信号的高电平的大小。,正阈值电压,负阈值电压,回差,+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,1,2,3,4,5,6,8,u,o,u,I,0.01,F,D,u,o1,OUT,7,+U,DD1,R,u,O1,t,t,U,DD1,U,OL,0,0,u,I,47,6.3.2,用,555,构成的施密特触发器,例题,6.3.2,：,图是一个根据环境亮度变化能自动开启、关闭照明灯的控制电路，试说明其工作原理。,+U,DD,R,D,U,DD,TH,TR,GND,CO,OUT,1,2,3,4,5,6,8,0.01,F,工作原理：,当光线暗时,LDR,1,电阻值大,它上的分压大于三分之二,U,DD,555,输出低电平,T,截止,K,的线圈中无电流,触点闭合,照明灯发光,。,当光线强度增加时,光敏电阻阻值减小,其压降降低,若低于三分之一,U,DD,，,555,输出高电平,T,导通,K,动作,触点断开,灯熄灭,。,该电路利用了,施密特触发器,的,滞回特性,，当光线亮度变化,不很大,时，可以防止,电路振荡,和继电器,抖动,。,调试方法：,调节,R,P,，当光线暗时,R,P,R,2,LDR,1,T,D,K,照明灯,光敏电阻,(,亮度传感器,),黑暗时,3M,，明亮时,100,继电器,当光线亮时,48,施密特触发器应用举例,施密特触发器用于阈值探测,输出波形,输入波形,正向阈值电压,负向阈值电压,u,I,u,O,u,I,u,O,U,T+,U,T-,49,END,50,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,（,3,）工作原理结论,电源接通,(TH,、,TR,引脚悬空）,时，,T,N,截止,（,1,）电源接通,（,2,）当,T,N,导通放电,时,（,3,）当,RS,触发器输出,Q,保持不变。,OUT,保持不变,时,（,4,）当,T,N,截止,时,（,5,）当,RS,触发器输出不定,是不允许出现的,时,（,6,）当,T,N,导通放电,称为复位,时,51,6.2.3,用,555,定时器构成的多谐振荡器,（,3,）工作原理,电源接通,(TH,、,TR,引脚悬空）,时，,T,N,截止,（,1,）电源接通,（,2,）当,T,N,导通放电,时,（,3,）当,RS,触发器输出,Q,保持不变。,OUT,保持不变,时,（,4,）当,T,N,截止,时,（,5,）当,RS,触发器输出不定,是不允许出现的,时,（,6,）当,T,N,导通放电,称为复位,时,52,555,定时器应用总结,端接低电平时，,T,N,导通，,OUT=0,，处于,复位状态,。,时,T,N,导通，,D,端放电，,OUT=0,时,T,N,、,OUT,为,原来状态,时,T,N,截止，,D,端不通（阻断）,OUT=1,时,T,N,、,OUT,不定，,禁用,电压控制端,CO,一般经,0.01,F,电容接地。,当,CO,端接一电压,U,OC,时，则成为,压控振荡,电路，,振荡频率与,U,OC,有关,。,接高电平时，可以构成,多谐振荡器,(P254,图,6.2.9),；,或,单稳态电路,(P258,图,6.3.2),。,当,当,当,当,当,当,