第9章_脉冲产生与整形电路

1、EXIT第第 9 章脉冲信号的产生与整形章脉冲信号的产生与整形555 定时器及其应用定时器及其应用 本章小结本章小结EXIT掌握用掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态定时器构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。触发器和多谐振荡器的方法。主要要求：主要要求： 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。9.4 555 定时器及其应用定时器及其应用 EXIT555 定时器简介定时器简介 555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽广泛的多功能电路。它电源

2、电压范围宽( (双极型双极型 555 定定时器为时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为定时器为 3 18 V) )，可提可提供与供与 TTL 及及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还数字电路兼容的接口电平，还可输可输出一定功率出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号单定时器型号的最后的最后 3 位数字位数字为为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；CMOS 单定时器单定时器的最后的最后 4 位数位数为为 7555，双定时器的为双定时器的为 7556。 一、一、555 定时器的工作原理和逻辑功能定时器的工作原理和逻辑功能E

3、XIT555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 集电极开路输出端集电极开路输出端UR1UR2构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两提供两个参考电压，个参考电压，UR1 = 2/3VCC，UR2

4、= 1/3VCC。 输出缓冲器输出缓冲器OUT = Q构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。 放电管放电管，其输入为，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输

5、入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 UR1UR2QEXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 直接置直接置 0 端端 RD 低电低电平有效，平有效，优先级最高。优先级最高。不用时应使其为不用时应使其为 1。EXIT不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输

6、入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 01导通导通0110555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能EXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止1001EXIT555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不

7、变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT = QRDTRTH输输 出出 输输 入入CC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 11EXIT简化简化功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTHCC32V CC32V CC31V CC31V CC31V CC32V 使用要点使用要点 ( (1) ) RD 低电平有效低电平有效,优先级最高，优先级最高， 不用时应接高电平。不用时应接高电平。通常不用通常不用 CO 端，为了提高电路工作

8、稳定性，端，为了提高电路工作稳定性，将其通过将其通过 0.01 F 电容接地。电容接地。( (3) ) TR 低电平有效，低电平有效，TH 高电平高电平 有效，因此，有效，因此，TH 加低电平、加低电平、 TR 加高电平时为非有效电加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。平，电路状态不变。( (4) )输出输出 0 时，时，Q = 1，因此，因此 V 导通；输出导通；输出 1 时，时， Q = 0，故，故 V 截止。截止。( (5) )注意：注意： TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 相比较，相比较，TR 电平高低是与电平高低是与 1/3VCC 相比较。相比较。 若控制输入端若控制输

9、入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO ，则，则 UR1 = uCO UR2 = uCO/2，故，故 TH 和和 TR 电平高低的比较值将变成电平高低的比较值将变成 uCO 和和 uCO/2。( (2) )TH 和和 TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1。EXIT二、二、用用 555 定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当当TH=TR=uI2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC

10、 TH=TR=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，由高电平逐渐下降，且且1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放经放电管电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通

11、导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIHEXIT 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，V

12、CC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电EXIT 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低

13、电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。EXIT 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。 该单稳

14、态触发器为不可重复触发器，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RCEXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 ( (一一) )电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2EXIT( (二二) )

15、工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 工作原理工作原理 EXIT( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当

16、 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 放电放电EXIT当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高

17、电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0

18、0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 EXIT( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq

19、EXITGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右图中指出右图中控制扬声器鸣响与否和控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何欲提高音调，又该如何调节？调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD

20、 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1EXIT触摸定时开关电路设计 图中555定时器构成的单稳态触发器，只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在低电平触发端(管脚2)加入一个负脉冲，电路进入暂稳态，输出高电平，灯泡发光，当暂稳态时间结束后，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。EXIT双音门铃电路设计分析 1. 当按钮开关AN按下时，开关闭

21、合， VCC经D2向C4充电，P点(4脚)电位迅速充至VCC ，复位解除，电路起振。 D1将R3短路，故充电时间常数为(R1+R2)C1，放电时间常数为R2C1，多 谐振荡器产生高频振荡，喇叭发出高音。 2. 当按钮开关AN松开时，开关断开，由于电容C4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。 Vcc经R3、R2、R1向C充电，充电时间常数增加为(R3 + R2 + R1)C1，放电时间常数仍为R2C1, 多谐振荡器产生低频振荡，发出低音。 3. 当电容持续放电，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。调节高频、低频振荡相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持时间。EXIT题9-6 图图P9-3P9-3所示为所示为555555定时器构成的单稳态触发器。定时器构成的单稳态触发器。 12DDV10RK0.01CuFWtIuCuOu已知已知V、, ,试求输出脉冲宽度试求输出脉冲宽度并画出并画出的波形。的波形。361.11.1 10 100.01 100.11()wtRCmsuCOtOuOtUOLUOHtW8VOtUIH4VuIEXIT题9-7 图图P9-4P9-4所示为所示为10DDV15RK0.01CuF已知已