第39讲第二十三章脉冲电路(二)(2010年新版).docVIP

23.2 集成定时器组成的脉冲电路 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。 电路结构图如下： 图 555定时器的电路结构图 包括电阻分压器，比较器C1和C2，RS触发器，放电管V。 ① Vss－接地端，②－触发端，③OUT－输出端，④－复位端，⑤C-V－电压控制端，⑥TH－阈值输入端，⑦D－放电端，⑧VDD－电源端。 （1）电阻分压器：由3个阻值相同的电阻R串联构成分压电路，提供两个参考电压，一个是C1的反相输入端电压，为VDD，一个是C2的同相输入端电压，为VDD。 （2）电压比较器C1和C2： 当U+U-时，比较器的输出为高电平1。 当U+U-时，比较器的输出为低电平0。 （3）RS触发器： 基本RS触发器又两个或非门组成，电压比较器的输出是基本RS触发器的输入信号，触发器的输出信号Q和将随着比较器输出的改变而改变。 （4）复位电路： 是复位端，低电平有效。当为低电平时，输出端OUT为0。 （5）放电管V和输出缓冲器： 当复位端是高电平时，若基本RS触发器的＝0，则放电管V截止；若＝1，则放电管V导通，通过放电端D与外接电路形成放电回路。输出部分由反相器构成输出缓冲器，以提高输出驱动能力。 555集成定时器功能状态表＝０，t＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端＝＝０ＶDD，比较器C1输出为高电平，C２输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置１，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源ＶDD经，向电容Ｃ充电，逐渐升高。当上升到ＶDD时，C２输出由０翻转为１，这时，触发顺保持状态不变。所以0t期间，定时器输出为高电平１。 时刻，上升到ＶDD，比较器C1的输出由１变为０，这时，，触发器复０，定时器输出。 期间，，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过放电。按指数规律下降，当ＶDD，比较器C1输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的，Ｑ的状态不变，的状态仍为低电平。 时刻，下降到ＶDD时，C２输出由1变为0，R---S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波， 其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。 由右图可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。 充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期 因此改变、和 电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。 对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数： 占空比q，q=（脉宽）/（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。 左图所示电路输出矩形波的占空比。 23.2.3 5G555构成单稳态触发器 利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形，脉冲定时等功能。如图所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度。Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi5RiCi，通过微分环节，可使Vi的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度t。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于t，则微分环节可省略。定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。 工作原理 当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。 结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。 单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析触发翻转阶段： 输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。 暂态维持阶段： 由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到