555定时器

2020/2/216.1.1555定时器6.1555定时器及其应用6.1.2555定时器的应用举例结束放映第6章脉冲波形的产生与整形电路2020/2/22为数字—模拟混合集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5KΩ的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。6.1555定时器及其应用2020/2/23各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品CMOS产品单555型号的最后几位数码5557555双555型号的最后几位数码5567556优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围5~16V3~18V负载电流可达200mA可达4mA6.1.1555定时器的结构及工作原理1.电路组成图6-28555定时器(a)原理图(b)外引线排列图电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器2020/2/25（1）电阻分压器由3个5kΩ的电阻R组成，为电压比较器C1和C2提供基准电压。2020/2/26（2）电压比较器C1和C2。当U＋＞U－时，UC输出高电平，反之则输出低电平。2020/2/27CO为控制电压输入端。当CO悬空时，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。当CO＝UCO时，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO2020/2/28TH称为高触发端，TR称为低触发端。2020/2/29（3）基本RS触发器其置0和置1端为低电平有效触发。R是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使R处于高电平。2020/2/210（4）放电管TT是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。2020/2/211（5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力。2020/2/2122.工作原理TH接至反相输入端，当TH＞UR1时，UC1输出低电平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；TR接至同相输入端，当TR＜UR2时，UC2输出低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置1）。表6-2555定时器的功能表2020/2/2136.1.2用555定时器组成单稳态触发器电路（1）得到负脉冲外触发：使高触发置0端TH有效→暂稳态0自动返回：通过电容C的充放电使低触发置1端TR有效→稳态1思路：外触发→自动返回（2）得到正脉冲外触发：使低触发置1端TR有效→暂稳态1自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端TH有效→稳态02020/2/214图6-30555定时器构成的单稳态触发器（a）电路（b）工作波形工作原理：稳态为0低触发有效置1T截止，C充电自动高触发返0提高基准电压稳定性的滤波电容输出脉冲的宽度tw≈1.1RC。当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电，当TH=uC≥2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此时，放电管导通，C放电，TH=uC=0。稳态为0状态。此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。当TH=uC≥2/3VCC时，使高触发端TH有效，置0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电，使电路迅速恢复到初始状态。2020/2/215工作原理：当触发脉冲uI下降沿到来时，低触发端TR有效置1状态，电路进入暂稳态。当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电，当TH=uC≥2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此时，放电管导通，C放电，TH=uC=0。稳态为0状态。此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。当TH=uC≥2/3VCC时，使高触发端TH有效，置0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电，使电路迅速恢复到初始状态。2020/2/2166.1.3用555定时器组成的施密特触发器1.构成施密特触发器思考：施密特触发器的特点？回差特性：上升过程和下降过程有不同的转换电平UT＋和UT－。如何与555定时器发生联系？内部比较器有两个不同的基准电压UR1和UR2。2020/2/2171.构成施密特触发器图6-29555定时器构成的施密特触发器（a）电路（b）工作波形如果在UIC加上控制电压，则可以改变电路的UT+和UT－。2020/2/2186.1.4用555定时器组成的多谐振荡器设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变TH=TR，则交替置0、置1。图6-29555定时器构成的多谐振荡器（a）电路（b）工作波形电容C充电τ充=(R1+R2)C电容C放电τ放=R2C振荡器输出脉冲uO的工作周期为：T≈0.7(R1+2R2)C2020/2/2196.2.1微分型单稳态触发器6.2集成和其它单稳态触发器6.2.2集成单稳态触发器6.2.3单稳态触发器的应用结束放映6.2.1微分型单稳态触发器1.电路组成及工作原理暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，故该电路又称为微分型单稳态触发器。图6-14集成门电路构成的单稳态触发器2020/2/221（1）输入信号uI为0时，电路处于稳态。uI2=VDD，uO=UOL=0，uO1＝UOH=VDD。（2）外加触发信号，电路翻转到暂稳态。当uI产生正跳变时，uO1产生负跳变，经过电容C耦合，使uI2产生负跳变，G2输出uO产生正跳变；uO的正跳变反馈到G1输入端，从而导致如下正反馈过程：2020/2/222使电路迅速变为G1导通、G2截止的状态，此时，电路处于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的状态。然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。2020/2/223（3）电容C充电，电路由暂稳态自动返回稳态。在暂稳态期间，VDD经R对C充电，使uI2上升。当uI2上升达到G2的UTH时，电路会发生如下正反馈过程：2020/2/224使电路迅速由暂稳态返回稳态，uO1=UOH、uO=uO2=UOL。从暂稳态自动返回稳态之后，电容C将通过电阻R放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。2020/2/225图6-15单稳态触发器工作波形2020/2/2262.主要参数（1）输出脉冲宽度tw输出脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间。根据uI2的波形可以计算出：tw≈0.7RC（2）恢复时间tre暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间tre为（3~5）放电时间常数（通常放电时间常数远小于RC）。2020/2/227设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能够正常工作，应当满足T＞tw+tre的条件，即Tmin=tw+tre。因此，单稳态触发器的最高工作频率为fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1＜tw，否则电路不能正常工作。如出现tw1＞tw的情况时，可在触发信号源uI和G1输入端之间接入一个RC微分电路。3.对输入触发脉冲宽度的要求（3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）2020/2/2286.2.2集成单稳态触发器用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。1.输入脉冲触发方式上升沿触发下降沿触发2020/2/2292.不可重复触发型与可重复触发型图（a）为不可重复型触发单稳态触发器该电路在触发进入暂稳态期间如再次受到触发，对原暂稳态时间没有影响，输出脉冲宽度tw仍从第一次触发开始计算。图（b）为可重复触发型单稳态触发器该电路在触发进入暂稳态期间如再次被触发，则输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tw。因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。2020/2/2303.TTL集成单稳态触发器电路74121的功能及其应用74121是一种不可重复触发的单稳态触发器，它既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻Rint(约为2kΩ)。表6-174121电路的功能表图6-1674121的电路符号触发输入端输出端外接定时元件引脚内部电阻引脚2020/2/231功能：（1）触发方式：2020/2/232图6-1774121应用电路（2）定时元件接法：输出脉冲uO的宽度：tw≈0.7RCext外接电容Cext一般取值范围为10pF～10μF，在要求不高的情况下最大值可达1000μF。图(a)：外接电阻R=Rext（1.4~40kΩ）。图(b)：用内部电阻R＝Rint(约为2kΩ)。2020/2/2336.2.3单稳态触发器的应用1.脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。图6-18单稳电路的延时作用如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。2020/2/2342.脉冲定时单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。图6-19脉冲定时2020/2/2356.3集成施密特触发器6.3.1用集成门电路构成的施密特触发器6.3.2集成施密特触发器6.3.3施密特触发器的应用结束放映2020/2/2366.3施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。2020/2/2376.3.1用集成门电路构成的施密特触发器1.电路组成两个CMOS反相器，两个分压电阻。图6-7用集成门电路构成的施密特触发器（a）电路（b）逻辑符号2020/2/2382.工作原理（1）工作过程设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入信号uI为三角波。2020/2/239当uI=0V时，G1截止、G2导通，输出为UOL，即uO=0V。只要满足uI1＜UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。当uI上升，使得uI1=UTH时，电路会产生如下正反馈过程：2020/2/240电路会迅速转换为G1导通、G2截止，输出为UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然，uI继续上升，电路的状态不会改变。2020/2/241如果uI下降，uI1也会下降。当uI1下降到UTH时，电路又会产生以下的正反馈过程：电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平UT－。uI再下降，电路将保持状态不变。2020/2/242（2）工作波形与电压传输特性施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。图6-8施密特触发器的工作波形及电压传输特性（a）工作波形（b）电压传输特性3.重要参数上限触发转换电平UT+下限触发转换电平UT－回差ΔUT=UT+－UT－（通常UT+＞UT－）改变R1和R2的大小可以改变回差ΔUT2020/2/243集成施密特触发器的UT+和UT－的具体数值可从集成电路手册中查到。如CT74132的UT+＝1.7V、UT－＝0.9V，所以，ΔUT＝UT+—UT－＝1.7V—0.9V＝0.8V。6.3.2集成施密特触发器1.施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密特触发的反相器。下面以CC40106为例说明其功能。2020/2/244图6-9施密特触发反相器(a)原理框图(b)电压传输特性(c)逻辑符号为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础上，增加了整形级和输出级。整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭，输出级可以提高电路的负载能力。2020/2/2452.施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特触发的与非门电路。图6