脉冲波形发生器与整形电路-555定时器

脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路555定时器及其应用集成和其它单稳态触发器集成施密特触发器第6章脉冲波形发生器与整形电路其它多谐振荡器电路脉冲产生与整形电路的应用脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路本章教学基本要求:熟悉:(1)555定时器电路的结构、工作原理和引脚功能.(2)由555定时器组成的单稳态触发器、多谐振荡和施密特触发器的电路、工作波形和参数的计算。（3）集成单稳态触发器和集成施特触以器的应用电路。了解：石英晶体和门电路构成的方波发生器的基本电路。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路555定时器是中规模集成电路。只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器、和施密特触发器。根据内部器件类型可分为双极型(TTL型)和单极型(CMOS型),双极型型号为555(单)和556(双)，电压使用范围为5到16V，输出最大负载电流可达到200mA。单极型型号为7555(单)和7556(双)，电压使用范围为3到18V。输出最大负载电流为4mA。6.1555定时器用其应用脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路下图为:双极型555定时器内部逻辑电路结构图和逻辑符号图。三个5kΩ电阻构成分压器当u+u-时，输出uc为高电平（1态）。当u+u-时，输出uc为高电平（0态）。当VC悬空时，u1+=2/3VCCu2-=1/3VCC脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路6.1.1555定时器的结构及工作原理不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V导通110定时器5G555的功能表直接置0端RD低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1.0脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路555定时器的工作原理与逻辑功能定时器5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V010101导通脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路555定时器的工作原理与逻辑功能定时器5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V截止101010脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路555定时器的工作原理与逻辑功能定时器5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT=QRDTRTH输出输入××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V11脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路简化功能表1110RD输入不变不变截止1导通0导通0V状态OUT输出TRTH××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V100110归纳出：TH、TR和Q：1、1出0；0、0出1；0、1不变。使用要点(1)RD低电平有效,优先级最高，不用时应接高电平。通常不用VC端，为了提高电路工作稳定性，将其通过0.01F电容接地。(3)TR低电平有效，TH高电平有效，因此，TH加低电平、TR加高电平时为非有效电平，电路状态不变。(4)输出0时，Q=1，因此V导通；输出1时，Q=0，故V截止。(5)注意：①TH电平高低是与2/3VCC相比较，TR电平高低是与1/3VCC相比较。②若控制输入端VC加输入电压uCO，则UR1=uCOUR2=uCO/2，故TH和TR电平高低的比较值将变成uCO和uCO/2。(2)TH和TR均为高电平时输出0，均为低电平时输出1。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路6.1.2用555定时器组成单稳态触发器电路电路在无外加触发信号作用时，处于一种稳定工作状态，称之为稳态。当输入端有外加触发脉冲信号的上升沿或下降沿(由电路而定)作用时，输出状态立即发生跳变。此后，电路进入暂时稳定状态，称为暂稳态。过一段时间，电路自动恢复原先的稳态。暂稳态的时间与电路的阈值电压及外接R、C参数有关。这种电路只有一种稳定状态，称为单稳态触发器。本节介绍555定时器组成单稳态触发器的电路。单稳态触发电路只存在一种稳定工作状态，它有以下特点：脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路一、电路的组成及工作原理“6”号引脚为电容电压uC“2”号引脚为输入电压uI脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路一、555定时器的电路结构及符号C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端8VCC电源端4RD直接复位DIS7放电端TH6复位控制TR2置位控制VC5控制电压GND1接地端集电极开路输出端UR1UR2输出缓冲器OUT=Q构成基本RS触发器，决定电路输出。放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。Q构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与UR2的大小。构成电阻分压器，为比较器C1、C2提供两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+三、用555定时器组成单稳态触发器(一)电路结构DISTHVCCRR、C为定时元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路(二)工作原理、工作波形与参数估算1.稳定状态接通电源后VCC经R向C充电，使uC上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应1/3VCC)。当uC≥2/3VCC时，满足TR=uI1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC0V。这时TR=UIH1/3VCC，TH=uC02/3VCC，uO保持低电平不变。因此，稳态时uC0V，uO为低电平。充电工作原理导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路2.触发进入暂稳态uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入uI由高电平跃变为低电平(应1/3VCC)时，使TR=UIL1/3VCC而TH=uC0V2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC上升。UILUOH充电脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路3.自动返回稳定状态uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC2.触发进入暂稳态UIHUOLTH≥2/3VCC放电V当输入uI由高电平跃变为低电平(应1/3VCC)时，使TR=UIL1/3VCC而TH=uC0V2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC上升。这时uI必须已恢复为高电平当uC上升到uC≥2/3VCC时，TH=uC≥2/3VCC，而TR=uI=UIH(1/3VCC)，因此uO重新跃变为低电平。同时，放电管导通，C经V迅速放电uC0V，放电完毕后，电路返回稳态。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路[例]用上述单稳态电路输出定时时间为1s的正脉冲，R=27k，试确定定时元件C的取值。uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度tW即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件R、C。该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽tWI小于输出脉宽tWO。解：因为tWO1.1RC故可取标称值33F。F33.7k271.1S11.1WORtC估算公式tWO1.1RC脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路三.应用举例1、脉宽的定时由于单稳态电路能产生一定宽度tW的矩形脉冲，利用这个脉冲可以控制某电路在tW时间内动作，这就是脉宽的定时作用。如左图所示，定时电路只有在输入uI下跳沿触发下，使单稳态电路产生脉冲定时信号uB，在tW的时间内，信号uA才通过与门输出。通过脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路2、脉冲宽度调制器由于555定时器内部比较器C1的参考电压u1+按uIC正弦规律变化，因此在uCP的下跳沿触发下，电容C开始充电，这样要求uC使电路恢复稳态所需阈值电压和暂稳态持续时间tW也随正弦电压高、低而变。因而在输出端为一串宽度受正弦波调制的脉冲波形。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路6.1.3用555定时器组成施密特触发器施密特触发器的特性和符号。UT+：正向阈值电压UT-：负向阈值电压回差电压:UH=UT+-UT-施密特触发器(a)反相输出的传输特性(b)反相输出的符号图(C)同相输出的传输特性.脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当TH=TR=uI2/3VCC时电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当TH=TR=uI1/3VCC时1/3VCC0当1/3VCCTH=TR=uI2/3VCC时当uI1/3VCC时当uI由高电平逐渐下降，且1/3VCCuI1/3VCC时不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××CC32VCC32VCC31VCC31VCC31VCC32V0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-=1/3VCCUT=UT+-UT-=1/3VCC脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路一．电路组成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未达到2/3VCC之前，6号、2号引脚状态为0、0和0、1，故3号引脚输出uO1为1态；当uI达到b点为UT+=2/3VCC时，6号、2号引脚状态为1、1，输出uO1翻转为0；在uI为b-c-d期间，6号、2号引脚状态为1、1，0、1，输出uO1仍维持为0；脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路一．电路组成及工作原理当uI达到d点为UT-=1/3VCC时，6号、2号引脚状态为0、0，输出又翻转为1态．在d-e-f期间，6号，2号引脚状态为0、0和0、1，输出uO1仍维持为1，直到uI达到f点为2/3VCC，uO1又变为1态。这样将输入uI的三角波转为方波输出，因此又称为整形。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路二、应用举例１．波形的变换或整形．回差电压△UH=UT+-UT-较小时，抗干扰能力较差，输出uo也受输入干扰影响．如果将回差电压扩大为△U’H=UT+-U’T-，则输出u’0可不受干扰影响。脉宽tw可由△UH控制，可将不规则的波形整形成矩形波。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路２．幅度鉴别利用施密特触发器，从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大的信号鉴别出来，称为幅度鉴别，其波形如下图示．当输入脉冲幅度大于UT+时，有信号输出，小于UT-时，无信号输出．脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路6.1.4用555定时器组成的多谐振荡器多谐振荡器是产生矩形波的自激振荡器。由于矩形波包含基波和高次谐波等较多成分，因此称为多谐振荡器。另外，这类电路不存在稳态，故又称无稳态电路。脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路一、电路的组成及工作原理用555定时器组成的多谐振荡器电路和工作波形分别如下图所示：脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLCC32VCC31