第39講第二十三章：脈沖電路二年新版

1、精品文檔23.2集成定時(shí)器組成的脈沖電路555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。電路結(jié)構(gòu)圖如下：R 48VDD3OUTVss圖555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖包括電阻分壓器，比較器C1和C2,RS觸發(fā)器，放電管VVss接地端，諾觸發(fā)端，OU輸出端，R復(fù)位端，C-V電壓控制端，TH閾值輸入端，D放電端，Vdd電源端。(1)電阻分壓器：由3個(gè)阻值相同的電阻R串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，提供兩個(gè)參考電壓，

2、一個(gè)是C1的反相輸入端電壓，為2Vdd,一個(gè)是C2的同相輸入端電壓，為-Vdd,33(2)電壓比較器C1和C2:當(dāng)U+>UM,比較器的輸出為高電平1。當(dāng)u+<uM,比較器的輸出為低電平0。(3)RS觸發(fā)器：基本RS觸發(fā)器又兩個(gè)或非門組成，電壓比較器的輸出是基本RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)，觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q和Q將隨著比較器輸出的改變而改變。(4)復(fù)位電路：R是復(fù)位端，低電平有效。當(dāng)R為低電平時(shí)，輸出端OU偽0(5)放電管V和輸出緩沖器：當(dāng)復(fù)位端R是高電平時(shí)，若基本RS觸發(fā)器的Q=0,則放電管V截止；若Q=1,則放電管V導(dǎo)通，通過放電端D與外接電路形成放電回路。輸出部分由反相器構(gòu)成輸出緩沖器

3、，以提高輸出驅(qū)動(dòng)能力。555集成定時(shí)器功能狀態(tài)表出TH71工Q口OiJT0XXXX0101>C0101011110011%11保持原狀會(huì)23.2.25G555構(gòu)成多諧振蕩器由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如左圖所示，其中R、R和電容C為外接元件。其工作波如右圖所示RiR28Jo設(shè)電容的初始電壓Uc=0,t=0時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端VTH=VTL=0V1VDD,比較器。輸出為高電平，C2輸出為低電平，即Rd=1,Sd=0(1表示高電位，0表示低電位)，3R-S觸發(fā)器置1,定時(shí)器輸出U0=1此時(shí)Q=0,定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源VDD經(jīng)R1,R2向電容C1 _充

4、電，Uc逐漸升高。當(dāng)Uc上升到1VDD時(shí)，C2輸出由0翻轉(zhuǎn)為1,這時(shí)Rd=Sd=1,R-S觸發(fā)順保持狀態(tài)3不變。所以0<t<t1期間，定時(shí)器輸出u0為高電平1。2 _t=t1時(shí)亥Luc上升到一Vdd,比較器Ci的輸出由1變?yōu)閛,這時(shí)Rd=0,sd=i,rS觸發(fā)器復(fù)o,3定時(shí)器輸出u0=0。_2ti<t<t2期間，Q=1,放電三極管T導(dǎo)通，電容C通過R放電。Uc按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)Uc<£vdd,3比較器Ci輸出由。變?yōu)?,RS觸發(fā)器的Rd=sd=i,Q的狀態(tài)不變，U0的狀態(tài)仍為低電平。1_t=t2時(shí)刻，uc下降到-Vdd時(shí)，C2輸出由1變?yōu)?,R-S觸發(fā)器

5、的Rd=1,Sd=0,觸發(fā)器處于1,定3時(shí)器輸出u0=1。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出u0=1,電容放電時(shí)，u0=0,電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。由右圖可知，振蕩周期T=T1+T2。T1為電容充電時(shí)間，T2為電容放電時(shí)間。充電時(shí)間T1=(R1R2)Cln2：0.7(R1RJC放電時(shí)間T2=RCIn20.7R2C矩形波的振蕩周期T=T1T2=In2(R12R2)C0.7(R12R,)C因此改變R、R2和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。

6、對(duì)于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個(gè)參數(shù)：占空比q,q=(脈寬tw)/(周期T),tw指輸出一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間。左圖所示電路輸出矩形波的占空比qR也。TT1T2R12R223.2.35G555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性可以實(shí)現(xiàn)脈沖整形，脈沖定時(shí)等功能。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形（1）如圖所示，其中R、C為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)元件，它們的連接點(diǎn)Vc與定時(shí)器的閥值輸入端（6腳）及輸出端Vo'（7腳）相連。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tw=RClnVCC_0=RCin3=1.1RC。w2VCC-VCC3Ri、Ci構(gòu)成輸入回路的微分環(huán)節(jié)，用以使輸入信號(hào)Vi的負(fù)脈沖寬度

7、tpi限制在允許的范圍內(nèi)，一般tpi>5RiCi,通過微分環(huán)節(jié)，可使Vi的尖脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度two若輸入信號(hào)的負(fù)脈沖寬度tpi本來就小于tw,則微分環(huán)節(jié)可省略。定時(shí)器復(fù)位輸入端RD（4腳）接高電平，控制輸入端Vm（5腳）通過0.01uF接地，定時(shí)器輸出端Vo（3腳）作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)信號(hào)輸出端。（2）工作原理當(dāng)輸入Vi保持高電平時(shí)，Ci相當(dāng)于斷開。輸入Vi由于Ri的存在而為高電平Vcc。此時(shí)，若定時(shí)器原始狀態(tài)為0,則集電極輸出（7腳）導(dǎo)通接地，使電容C放電、Vc=0,即輸入6腳的信號(hào)低于2/3Vcc,止匕時(shí)定時(shí)器維持0不變。若定時(shí)器原始狀態(tài)為1,則集電極輸出（7

8、腳）對(duì)地?cái)嚅_，Vcc經(jīng)R向C充電，使Vc電位升高，待Vc值高于2/3Vcc時(shí)，定時(shí)器翻轉(zhuǎn)為0態(tài)。結(jié)論：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作時(shí)，若未加輸入負(fù)脈沖，即Vi保持高電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出Vo一定是低電平。（3）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過程分為下面三個(gè)階段來分析:觸發(fā)翻轉(zhuǎn)階段:輸入負(fù)脈沖Vi到來時(shí)，下降沿經(jīng)RiCi微分環(huán)節(jié)在Vi端產(chǎn)生下跳負(fù)向尖脈沖，其值低于負(fù)向閥值V(1/3Vcc)。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)Vc低于正向閥值V+(2/3Vcc),固定時(shí)器翻轉(zhuǎn)為1,輸出Vo為高電平，集電極輸出對(duì)地?cái)嚅_，此時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)。暫態(tài)維持階段：由于集電極開路輸出端(7腳)對(duì)地?cái)嚅_，Vcc通過R向C充電，Vc按指數(shù)規(guī)律上

9、升并趨向于Vcc。從暫穩(wěn)態(tài)開始到Vc值到達(dá)正向閥值/(2/3Vcc)之前的這段時(shí)間就是暫態(tài)維持時(shí)間two返回恢復(fù)階段：當(dāng)C充電使Vc值高于正向閥值V+(2/3Vcc)時(shí)，由于Vi'端負(fù)向尖脈沖已消失，Vi值高于負(fù)向閥值V(1/3Vcc),定時(shí)器翻轉(zhuǎn)為0,輸出低電平，集電極輸出端(7腳)對(duì)地導(dǎo)通，暫態(tài)階段結(jié)束。C通過7腳放電，使Vc值低于正向閥值V+(2/3Vcc),使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。23.2.45G555構(gòu)成斯密特觸發(fā)器(1)電路組成：將555定時(shí)器的閥值輸入端Vi1(6腳)、觸發(fā)輸入端Vi2(2腳)相連作為輸入端Vi,由Vo(3腳)或V。'(7腳)掛接上拉電阻Rl及電源

10、VDD乍為輸出端，便構(gòu)成了如圖所示的施密特觸發(fā)器電路。VccORLoVq?外加電壓園節(jié)電任11847-25553Vio-1-6I5(2)工作原理：如圖所示，輸入信號(hào)Vi,對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為V。，假設(shè)未接控制輸入Vm當(dāng)Vi=0V時(shí)，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此時(shí)Vo=1。以后Vi逐漸上升,只要不高于閥值電壓（2/3Vcc）,輸出Vo維才1不變。當(dāng)Vi上升至高于閥值電壓（2/3Vcc）時(shí)，則Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc,此時(shí)定時(shí)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為0,輸出Vo=0,此后Vi繼續(xù)上升，然后下降，只要不低于觸發(fā)電位（1/3Vcc）,輸出維持0不變。當(dāng)Vi繼續(xù)下降，一旦低于觸發(fā)電位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1