第6章-555定时器.ppt

脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换,第六章脉冲波形的产生与变换,本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。,2、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理、外接参数及电路指标的计算。,1、掌握555定时器的工作原理。,教学基本要求,一、555定时器的电路结构由以下几部分组成：（1）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器C1和C2。,第二节集成555定时器,电压比较器的功能：v+v-，vO=1v+v-，vO=0（3）基本RS触发器、（4）放电三极管T及缓冲器G。,二工作原理,（1）4脚为直接复位输入端（RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。（3）2脚为触发输入端(置位端)，6脚为阈值输入端(复位端)，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,第三节脉冲波形产生电路,脉冲波形产生电路不需要外加输入信号，只要接通供电电源，就会自动产生矩形脉冲信号，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们做交替变化，输出连续的矩形脉冲信号，因此它又称作无稳态电路，常用来做脉冲信号源。由于含有丰富的谐波分量，故称多谐振荡器。,一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器,二、环形多谐振荡器,三、对称式多谐振荡器,四、非对称式多谐振荡器,一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器,五、石英晶体多谐振荡器,（一）电路结构,一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器,（二）工作原理,(三)振荡频率的估算,（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）,（2）电容放电时间T2,（3）电路振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率f,（5）输出波形占空比q,(四)占空比可调的多谐振荡器电路,利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,可计算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：,C充电路径:VccR1D1C地C放电路径:CR2D2放电管T地,二石英晶体多谐振荡器问题:上面介绍的多谐振荡器中，由于其工作频率取决于电容C充、放电过程中，电压到达转换值的时间，因此稳定度不够高。一般在对振荡器频率稳定度要求很高的场合，都需要采取稳频措施，其中最常用的一种方法，就是利用石英谐振器简称石英晶体或晶体，构成石英晶体多谐振荡器。1.石英晶体的选频特性,有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：fsfpf0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。,2.石英晶体多谐振荡器,R1、R2的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。对于TTL门，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率=f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。,三多谐振荡器应用实例1.简易温控报警器,图中晶体管T可选用锗管3AX31、3AX81或3AG类，也可选用3DU型光敏管。3AX31等锗管在常温下，集电极和发射极之间的穿透电流ICEO一般在1050，且随温度升高而增大较快。当温度低于设定温度值时，晶体管T的穿透电流ICEO较小，555复位端RD（4脚）的电压较低，电路工作在复位状态，多谐振荡器停振，扬声器不发声。当温度升高到设定温度值时，晶体管T的穿透电流ICEO较大，555复位端RD的电压升高到解除复位状态之电位，多谐振荡器开始振荡，扬声器发出报警声。,2.双音门铃。,当按钮开关AN按下时，开关闭合，VCC经D2向C3充电，P点（4脚）电位迅速充至VCC，复位解除；由于D1将R3旁路，VCC经D1、R1、R2向C充电，充电时间常数为（R1+R2）C，放电时间常数为R2C，多谐振荡器产生高频振荡，喇叭发出高音。当按钮开关AN松开时，开关断开，由于电容C3储存的电荷经R4放电要维持一段时间，在P点电位降至复位电平之前，电路将继续维持振荡；但此时VCC经R3、R1、R2向C充电，充电时间常数增加为（R3+R1+R2）C，放电时间常数仍为R2C，多谐振荡器产生低频振荡，喇叭发出低音。当电容C3持续放电，使P点电位降至555的复位电平以下时，多谐振荡器停止振荡，喇叭停止发声。调节相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持时间。,第四节脉冲波形整形电路,脉冲波形整形电路是对已有的波形进行整形和变换,使之符合系统的要求。脉冲波形整形电路主要有施密特触发器和单稳态触发器.,施密特触发器主要用以将变化缓慢的或快速变化的非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器则主要用于将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。,一.用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理,R、VCC2构成另一输出端vo2，其高电平可以通过改变VCC2进行调节。,一、施密特触发器,2.电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性,（2）主要静态参数（a）上限阈值电压VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VTvI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压VTVT=VT+VT=1/3VCC若在电压控制端VIC（5脚）外加电压VS，则将有VT+=VS、VT=VS/2、VT=VS/2，而且当改变VS时，它们的值也随之改变。,、输出信号的电平变换,uo1为高电平，放电管T截止，uo2=+Vcc2uo1为低电平，放电管T导通，uo2=,如何改变电路的阈值电压和回差电压?,控制电压端（5脚）接VIC,二施密特触发器的应用举例,1.用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。,2.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,3用作波形变换正弦波、三角波锯形波,.用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。,4利用施密特触发器构成多谐振荡器,二.单稳态触发器,特点:1.有一个稳态和一个暂稳态；2.在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；3.暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。,（一）由555定时器构成的单稳态触发器,1.电路组成及工作原理,外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1,触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0,说明,需要指出的是，在图所示电路中，输入触发信号vI的脉冲宽度（低电平的保持时间），必须小于电路输出vO的脉冲宽度（暂稳态维持时间tW），否则电路将不能正常工作。因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后，如果vI端的低电平一直保持不变，那么555定时器的输出端将一直保持高电平不变。解决这一问题的一个简单方法，就是在电路的输入端加一个RC微分电路，即当vI为宽脉冲时，让vI经RC微分电路之后再接到vI2端。不过微分电路的电阻应接到VCC，以保证在vI下降沿未到来时，vI2端为高电平。,2.主要参数估算,(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）,上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间tretre=（35）2（3）最高工作频率fmaxvI周期的最小值：Tmin=tWtre因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:,(二)单稳态触发器的应用,1.延时与定时（1）延时,图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时,当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,2.整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。,1.触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。,(三)举例,例2图题是用两个555定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后，扬声器开始发声。如果在延迟时间内开关S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。图中G1是CMOS反相器，输出的高、低电平分别为VOH=12V，VOL0V。,解：1.工作原理：图题由两级555电路构成，第一级是施密特触发器，第二级是多谐振荡器。施密特触发器的输入由R1、C1充放电回路和开关S控制，当S闭合时，VC=0V，施密特触发器输出高电平。施密特触发器的输出经反相器去控制多谐振荡器的RD端，当施密特触发器的输出为高电平时，RD=0，多谐振荡器复位，扬声器不会发出声音。当开关S断开后，R1、C1充放电回路开始充电，VC随之上升，但在达到之前，施密特触发器的输出仍为高电平时，RD=0，扬声器仍不会发出声音。这一段时间即为延迟时间。一旦VC达到Vt+=2/3Vcc，施密特触发器触发翻转，输出低电平，RD=1，多谐振荡器工作，扬声器开始发声报警。,2.求延迟时间：延迟时间由R1、C1充放电回路的充电过程决定：将=0Vt=R1C1代入上式，得：t=t1时，代入上式，整理得延迟时间：t1=R1C1ln31.1R1C1=1.1106+1010-6=11S扬声器发声频率：,举例3：间歇振荡器,两级555电路均构成多谐振荡器，由第一级的输出去控制第二级的5端。而第一级多谐振荡器的充放电时间常数远大于第二级，这意味着第一级的振荡周期远大于第二级。当第一级电路的输出为低电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较高，扬声器发出高音。当第一级电路的输出为高电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较低，扬声器发出低音。扬声器发出低音的持续时间：0.7(R1+R2)C1=1.12S扬声器发出高音的持续时间：0.7R2C1=1.05S,本章小结,1多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形