1、第6章 脉冲产生与变换电路 第第6 6章章 脉冲产生与变换电路脉冲产生与变换电路 6.1 概述概述 6.2 555定时器定时器 6.3 555定时器的基本应用电路定时器的基本应用电路 第6章 脉冲产生与变换电路6.1 6.1 概概 述述 555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。第6章 脉冲产生与变换电路图6.1 晶体管简易测试
2、仪UDDR1R2UDDDTHTRCROUT555定时器地R555定时器应用举例第6章 脉冲产生与变换电路6.2 5556.2 555定时器定时器 6.2.1 555定时器分类定时器分类 555定时器又称时基电路。555定时器按照内部元件为双极型（又称TTL型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型内部采用的则是场效应管。555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为单时基定时器和双时基定时器。第6章 脉冲产生与变换电路图6.35G555定时器内部电路 6.2.2 555定时器的电路组成定时器的电路组成 5G555定时器分压器、比较器、触发器和放电开关管等四部分组成。5 kWTH(高电平触
3、发端)S(控制端)A15 kWTR(低电平触发端)5 kWD(放电端)A2（R）Uo1&Q（S）Uo2&G2QOUT UOO UDDR（外部复位端）100 WG1UR1UR2触发器放电管比较器分压器第6章 脉冲产生与变换电路1.分压器分压器 分压器由三个等值的电阻串联而成，将电源电压UDD分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压UR1、UR2，若控制端S悬空或通过电容接地，则:若控制端S外加控制电压US则:UR1=USDDRUU321DDRUU31222SRUU第6章 脉冲产生与变换电路 2.比较器比较器 比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成。A1用来比较参考电压UR1和高电平触发
4、端电压UTH:当UTH UR1，集成运放A1输出Uo1=0;当UTH 0 导通 1 保持原状态不变 保持原状态不变 1 1 截止TRUDDU32DDU31DDU32DDU31DDU32DDU31第6章 脉冲产生与变换电路6.3 555定时器的基本应用电路定时器的基本应用电路 6.3.1 施密特触发器施密特触发器1.电路结构电路结构和工作波形和工作波形OUTUDDCTHTRui8436215uo6.4 施密特触发器施密特触发器第6章 脉冲产生与变换电路图6.5 施密特触发器输入输出波形UDDUDDUDDotto3132uoui第6章 脉冲产生与变换电路 输入信号Ui从零时刻起，信号幅度开始从零逐
5、渐增加并呈正弦形变化。当ui处于0ui 上升区间时，OUT=“1”。当ui处于ui上升区间时，OUT 仍保持原状态“1”不变。DDU31DDU32DDU312.工作原理工作原理第6章 脉冲产生与变换电路 当ui一旦处于ui 区间时，根据555定时器功能表6.1可知OUT 将由“1”状态变为“0”状态，此刻对应的Ui值称为复位电平或上限阈值电压。当ui处于 ui 下降区间时，OUT 保持原来状态“0”不变。当ui一旦处于Ui 区间时，根据555定时器功能表6.1可知OUT 又将“0”状态变为“1”状态，此时对应的ui值称为置位电平或下限阈值电压。DDU32DDU31DDU32DDU31第6章 脉
6、冲产生与变换电路 从图6.5输入输出波形分析中，可以发现置位电平和复位电平二者是不等的，二者之间的电压差称为回差电回差电压压用UT表示，即UT=UR1-UR2。若控制端S悬空或通过电容接地,UR1=,UR2=，则 UT=UR1UR2=若控制端S外接控制电压US，UR1=US而UR2=，则 UT=UR1-UR2=DDU32DDU31DDU31SU21SU21第6章 脉冲产生与变换电路 图6.6所示为S端悬空或通过电容接地的施密特触发器电压传输特性，同时也反映了回差电压的存在，而这种现象称为电路传输滞后特性。回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强，但施密特触发器的灵敏度也会相应降低。当施密特触发
7、器输入一定时，其输出可以保持OUT为“0”或“1”的稳定状态，所以施密特触发器又称为双稳态电路。第6章 脉冲产生与变换电路图6.6 施密特触发器电压传输特性ouoUDDUDD31UDD32ui第6章 脉冲产生与变换电路3.典型应用典型应用(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波输出信号。图6.7波形变换UR1UR2第6章 脉冲产生与变换电路图6.7 利用施密特触发器进行幅度鉴别ototuouiUTH(2)幅度 鉴别第6章 脉冲产生与变换电路图6.8 利用施密特触发器进行脉冲整形ttoououiUTHUTR干扰(3)脉冲整形第6章 脉冲产生与变换电路 6.3.2 单稳态触发器
8、单稳态触发器 单稳态触发器也有两个状态：一个是稳定状态，另一个是暂稳状态。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定状态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后，能够自动返回到稳定状态。第6章 脉冲产生与变换电路图6.9 单稳态触发器（a）电路；（b）输入输出波形84R762355515C0uo UDD0.01 mFDTHTRuiR(a)CtPuiUDDUDD31ototto(b)uoUDDuCUDD32tW 1.电路结构和工作波形电路结构和工作波形第6章 脉冲产生与变换电路2.工作原理工作原理1)稳态稳态：触发信号没有来到，Ui为高电平。电源刚接通时，
9、电路有一个暂态过程，即电源通过电阻R向电容C充电，当UC上升到 时，RS触发器置 0，Uo=0，放电管导通，因此电容C又通过放电管迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态。这时如果Ui一直没有触发信号来到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。DDU32第6章 脉冲产生与变换电路 2）暂稳态暂稳态:当单稳态触发器有触发脉冲信号（即Ui ）时，由于 ，并且UTH 则触发器输出由“0”变为“1”，放电三极管由导通变为截止，直流电源+UDD通过电阻R向电容C充电，电容两端电压按指数规律从零开始增加（充电时间常数=RC）；经过一个脉冲宽度时间，负脉冲消失，输入端Ui恢复为“1”，即 ，由于电容两端电压UC
10、，而UTH=UC ，所以输出保持原状态“1”不变，这种状态即是单稳态触发器的暂稳状态。TRUDDU31DDU31DDU32TRUDDU31DDU32DDU32第6章 脉冲产生与变换电路 3）由暂稳态自动回到稳态由暂稳态自动回到稳态 当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，又有 ，那么输出就由暂稳状态“1”自动返回稳定状态“0”。DDU31DDU32DDU32TRU4）恢复期恢复期：放电管导通后，电容C通过放电管迅速放电，使UC0，电路又恢复到稳态，第二个触发信号到来时，又重复上述过程。第6章 脉冲产生与变换电路3.暂稳状态时间（输出脉冲宽度）暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用tW表示。它由
11、电路中电容两端的电压来决定，可以用三要素法求得 tW1.1RC 当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳定状态以后，tW时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用。第6章 脉冲产生与变换电路图6.10 定时电路 1）定时电路 84762355515R2RW10 kW1 MWR11 MW0.01 mFCSBDKAuo UDDHL220 V6 V4.典型应用第6章 脉冲产生与变换电路图6.11 延时电路2）延时电路 UDD84623150.01 mF50 mFCSAR2 MWDKA第6章 脉冲产生与变换电路图6.12 分频电路847623150.01 m
12、FC2C10.01 mFR210 kWR110 kWDC2000 pF UDDuo(f/n)ui(f)3)分频电路第6章 脉冲产生与变换电路 多谐振荡器的功能是产生一定频率和一定幅度的矩形波信号。其输出状态不断在“1”和“0”之间变换，所以它又称为无稳态电路。7.3.3 多谐振荡器多谐振荡器第6章 脉冲产生与变换电路图6.13 多谐振荡器(a)电路;(b)输入输出波形84762315555ROUTUDDuo0.01 mFDTHTRR1R2C(a)t2t1UDDoottUDDUDD31UDD32(b)1)电路结构和工作波形第6章 脉冲产生与变换电路 2)工作原理 如图6.13（b）所示，假定零时
13、刻电容初始电压为零，零时刻接通电源后，因电容两端电压不能突变，则有UTH=UC=0 ，OUT=“1”，放电端D与地断路，直流电源通过电阻R1、R2向电容充电，电容电压开始上升；当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，那么输出就由一种暂稳状态（OUT=“1”而放电端D与地断路）自动返回另一种暂稳状态（OUT=“0”而放电端D接），由于充电电流从放电端D入地，电容不再充电，反而通过电阻R2和放电端D向地放电，电容电压开始下降；当电容两端电压UC 时，UTH=UC ，那么输出就由OUT=“0”变为OUT=“1”，同时放电端D由接地变为与地断路；电源通过R1、R2重新向C充电，重复上述过程。TRUTH
14、UDDU31DDU32DDU32DDU31THUDDU31第6章 脉冲产生与变换电路 3)振荡周期 振荡周期：T=t1+t2。t1充电时间 t10.7(R1+R2)C t2放电时间 t20.7R2C T=t1+t2 0.7(R1+2R2)C 占空比.221212111RRRRtttTtq第6章 脉冲产生与变换电路 4)改进电路 图6.14所示电路可以产生占空比处于0和1之间可调的矩形波。这是因为它的充放电的路径不同，图6.14 可调占空比的多谐振荡器84762315555 UDDuoC2D2C1D1RARBRW第6章 脉冲产生与变换电路【思考题【思考题】1.555定时器应用电路的基本形式有哪几
15、种？2.如何区分555定时器实际应用电路属于哪一种基本形式？第6章 脉冲产生与变换电路本章小结本章小结 1.555定时器主要由比较器、基本RS触发器、门电路构成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。2.施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参考电压UR1和UR2之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。第6章 脉冲产生与变换电路 3.在单稳态触发器中，输入触发脉冲只决定暂稳态的开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的RC电路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。4.多谐振荡器又称无稳态电路。在状态的变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的RC电路提供状态的持续时间也由RC电路决定。
