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555单稳态触发器设计与仿真
555单稳态触发器设计与仿真
一、实验目的
1、掌握PSpice软件对电子电路的绘制
2、熟练运用对仿真555定时器555定时器555定时器555定时器是一种将模拟功能与数字(逻辑)功能紧密结合在一起的中小规模单片集成电路。一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为 7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556555定时器的电源电压范围宽,可在516V工作,最大负载电流可达200mA555定时器成本低,性能可靠,功能多样,应用广泛只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
(1)、555定时器的图形符号及管脚图如图1所示图1 555定时器的图形符号及管脚图555定时器其中管脚1是公共端管脚2为触发端,管脚3为管脚4为
管脚5是控制电压输入端5端加控制电压时,可改变C1、C2的参考电压,该端不用时一般通过电容接地,以旁路高频干扰;
管脚6为
管脚7是内部三极管的放电端
管脚8是电源端。555定时器的内部电路方框图如图所示
图555定时器内部电路图该集成电路由五部分组成:电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲器和放电三极管当输入信号输入并超过2Vcc/3时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电,开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于Vcc/3时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时充电,开关管截止。当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01μF的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。555定时器2/3VCC 和1/3VCC 分别是比较器C1和C2
的比较电压。
UTH UTR RD 输出vo 放电管TD × × 0 0 导通 ﹤2/3VCC ﹤1/3VCC 1 1 截止 ﹥2/3VCC ﹥1/3VCC 1 0 导通 ﹤2/3VCC ﹥1/3VCC 1 不变 不变
图3 555定时器功能表
2、单稳态触发器
2.1、单稳态触发器概述
电路中只有一种稳定工作状态的触发器叫做单稳态触发器,其特点:在无外加触发信号作用时,电路处于一种稳定工作状态(0态或1态),称为稳态;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。电路进入暂时稳态状态,称为暂稳态。保持一段时间后又自动返回原来的稳态。
单稳态触发器的输出通常为宽度恒定的脉冲信号,而暂稳态的时间仅取决于电路阈值电压及外接R、C参数有关。按电路结构,单稳态触发器可分为微分型和积分型两种。前者适用于窄脉冲触发,后者适用于宽脉冲触发。无论哪种电路结构,其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。
2.2、单稳态触发器电路的工作原理
(1)初始状态(稳态)。
通电后,当电路无外加触发信号输入时,设定ui为低电平。反相器G2的输入电压ui1=VDD,输出uo也为低电平0。此时或非门G1的两个输入端全为0,则其输出uo1为高电平且其值约等于VDD,使得电容C的端电压接近为0,几乎没有电荷存储,电容相当于开路。这是电路的稳态。在触发信号到来之前,电路一直保持这一状态,即uo1 =1,uo =0。
(2)触发状态(暂稳态)。
如果在输入端外加一个正触发脉冲ui,G1的输出uo1变为低电平。由于电容两端电压不能突变,G2的输入ui1也随之跳变为低电平,使得电路输出uo跳变为高电平,uo再反馈到G1的输入端,此后即使ui的触发信号消失,仍可维持G1低电平输出。电路进入暂稳态过程,即uo1 =0,uo =1。与此同时,VDD开始通过电阻R向电容C充电。
(3)自动翻转
随着电容C的充电。ui1逐渐上升,经过tP时间后,ui1上升到反相器G2的阈值电平,G2翻转,输出电压uo跳变为低电平。暂稳态结束,电路又恢复到初始的稳态,即uo1=1,uo=0。
暂稳态结束后,电容C将通过电阻R、门G2等回路放电,C上的电压逐渐恢复到稳态时的初始值。
3、555定时器组成的单稳态电路
555定时器组成的单稳态电路由输入脉冲信号的下降沿触发,使其输出状态产生翻转,另外,在暂稳态过程结束前,u1必须恢复为1,否则电路内的RS触发器为不确定状态,输出不能维持0状态。因此这种单稳态电路只能用负窄脉冲触发。如果输入脉宽大于输出脉宽,则输入端可加RC微分电路,使输入脉宽变窄。
4、555 定时器单稳态电路输出脉冲宽度的计算
输出u0的脉冲宽度tW也就是暂稳态的持续时间,根据RC电路瞬态过程的分析,可得到: (1)
当式中t=tW和时间常数τ=RC时,可
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