脉冲产生与整形电路ppt课件

1、第第 9 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： 理解理解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。定时器的电路结构，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 555 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。它电源电压范围宽(双极型双

2、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，还可输数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号的最后单定时器型号的最后 3 位数字为位数字为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；CMOS 单定时器的最后单定时器的最后 4 位数为位数为 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555 定时器的电路结构与符

3、号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k5 k5 kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS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构成电阻分构成电阻分压器，为比较器压器，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 = 1/3VCC。 输出缓冲器输出缓冲器

4、OUT = Q构成基本构成基本 RS 触发触发器，决定电路输出。器，决定电路输出。 放电管，其输入为放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成电压比构成电压比较器，比较较器，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 k5 k5 kUR1UR23OUT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 UR

5、1UR2Q555 定时器的工作原理与逻辑功能定时器的工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 5G555 的功能的功能表表 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 低低电平有效，优先级最高。电平有效，优先级最高。不用时应使其为不用时应使其为 1。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

6、 CC31V CC32V 定时器定时器 5G555 5G555 的功能的功能表表 01导通导通0110555 定时器的工作原理与逻辑功能定时器的工作原理与逻辑功能555 定时器的工作原理与逻辑功能定时器的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 5G555 的功能的功能表表 10截止截止1001555 定时器的工作原理与逻辑功能定时器的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0

7、0V 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 5G555 的功能的功能表表 11简化功能表简化功能表 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 (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，为了提高电路工作稳定性，端，为了提高电路工作

8、稳定性，将其通过将其通过 0.01 F 电容接地。电容接地。(3) TR (3) TR 低电平有效，低电平有效，TH TH 高电平高电平 有效，因而，有效，因而，TH TH 加低电平、加低电平、 TR 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)(4)输出输出 0 0 时，时，Q = 1Q = 1，因而，因而 V V 导通；输出导通；输出 1 1 时，时， Q = 0Q = 0，故，故 V V 截止。截止。(5)(5)注意：注意： TH TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 2/3VCC 相比较，相比较，TR TR 电平高低是电平高低是与与

9、 1/3VCC 1/3VCC 相比较。相比较。若控制输入端若控制输入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO ，那么，那么 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 (2)TH 和和 TR TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1 1。二、用二、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

10、回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC 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,因而因而 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电导通，电容容 C 经放电管经放电管 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 保持低电平不变。因而，稳态时保持低电平不变。因而，稳

11、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 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLUIH 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，因而，因而 uO 跃变为高电平，进入暂稳态，这时

12、放跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升。上升。UILUOH充电充电 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 )，因而，

13、因而 uO 重新跃重新跃变为低电平。同时，放电管导通，变为低电平。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，放电完毕后，电路返回稳态。毕后，电路返回稳态。 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 1 s 的正脉冲，的正脉冲，R = 27 R = 27 k k，试确定定时元件，试确定定时元件 C 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 即为暂稳态维持即为暂稳态维持时间

14、，主要取决于充放电元件时间，主要取决于充放电元件 R、C。 该单稳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 tWO 1.1 RC 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 33 F F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 555 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 DISV

15、CCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -+R2( (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 充电充电UOHTH = TR = uC 很很小小接通接通 VCC 后，开始时后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，为高电平，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升，上升，这时电路处于暂稳态这时电路处于暂稳态。 工作原理工作原理 ( (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 uCOtOuOtUOL

16、UOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，同时放电跃变为低电平，同时放电管管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降，下降，电路进入暂稳态电路进入暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后，开始时后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，为高电平，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升，上升，这时电路处于暂稳态这时电路处于暂稳态。 放电放电当当 uC 下降到下降到 TH = T

17、R = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平，同重新跃变为高电平，同时放电管时放电管 V 截止，截止，C 又被充电，又被充电，uC 上上升，电路又返回到暂稳态升，电路又返回到暂稳态。( (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，同时放电跃变为低电平，同时放电管管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降，下降，电路进入暂稳态电路进入暂

18、稳态 。接通接通 VCC 后，开始时后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，为高电平，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升，上升，这时电路处于暂稳态这时电路处于暂稳态。 ( (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 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 + tW

19、L 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 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。，

20、因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。与否，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，使扬声器鸣响。使扬声器鸣响。RP1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。双音门铃电路设计

21、分析 当按钮开关AN按下时，开关闭合，VCC经Dz向充电，P点(4脚)电位迅速充至VCC ，复位解除，电路起振。由于D1将R3旁路，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。 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。但此时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，喇叭发出低音。 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

22、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。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知知 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()wtRCmsuCOtOuOtUOLUOHtW8VOtUIH4VuI题9-7 图图P9-4P9-4所示为所示为10DDV15RK0.01CuF知知 V、, ,试求试求CuOu(3) 并画出并画出的波形。的波形。多谐振荡器的振荡周期和振荡频率为多少？多谐振荡器的振荡周期和振荡频率为多少？输出脉冲宽度和占空比为多少？输出脉冲宽度和占空比为多少？36110.70.