第9章脉冲产生电路LJ

U C ( ∞) U C (0 + ) TW = RC1n = RC1n 3 = 1.1RC U C ( ∞) U T
图 9-4(a)所示电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求, 它必须小于TW .若输入触发脉冲宽度大于TW 时,应在U2 输 入端加RiCi微分电路.
3) 单稳触发电路的用途 ① 延时,将输入信号延迟一定时间(一般为脉宽 TW)后输出. ② 定时, 产生一定宽度的脉冲信号.
表 9-1 555定时器功能表 定时器功能表
8
UDD R
4
R 1 ≥1 1 1 OUT 3
TH CO
6 5 R
+ A -
∞
+
TR 2 R D 7 1 U
-
△ △
UA
≥1
Q
∞
B
UBΒιβλιοθήκη ≥1 QV触发器由或非门构成的555 定时器 触发器由或非门构成的
(a)
比较器A,B是两个结构完全相同的高精度电压比较
2 当电容C上的电压UC略微超过 U CC 时(即U6和U2均大于等 3 2 于 U CC 时), RS触发器置 0,使输出电压Uo从原来的高电平 3 翻转到低电平,即Uo=0,V1 导通饱和,此时电容C通过R2 和 V1放电.随着电容C放电,UC下降,但只要 2 U CC > U C > 1 U CC, 3 3 Uo就一直保持低电平不变,这就是第二个暂稳态. 1 当UC下降到略微低于 U CC 时,RS触发器置 1,电路输 3 出又变为Uo=1,V1 截止,电容C再次充电,又重复上述过程,
x (t ) = x (∞ ) + [ x (0+ ) x ( ∞)]e t /τ
如果U(tM)=UT,它是U(0+)和U(∞)之间的某一转换值, 那么从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM(见图 9-2)可用下式计算:
U ( ∞) U (0+ ) tM = RC1n U (∞) U T
1 2 入端UCO悬空时, = U , R 2 = U CC ; U U R1 CC 3 3
若UCO外接固定电压,则U
1 = U CO ,U = U CO . R1 R2 2
3,比较器:比较器C1的输入端U6(接引脚 6)称为阈值输入端, 手册上用TH标注,比较器C2 的输入端U2(接引脚2)称触发输 入端,手册上用TR标注.C1 和C2 的参考电压(电压比较的基 准)UR1和UR2由电源UCC经三个5k 的电阻分压给出.
9.2.2 555 定时器的典型应用
1. 单稳态触发器
V CC R 7 V CC RD 8 4 3 555 2 1 5 0.01F C1
0 2 U 3 CC 0 UC UCC 1 U 3 CC 0 t Ui T
vC
vI1 vI2
C
vO
Uo TW TW t
6
t (b)
图 9-4 用 555 定时器构成的单稳触发器 (a) 电路图; (b) 波形图 电路图;
③ 恢复期:V1导通后,电容C通过V1迅速放电,使 UC≈0,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. 输出电压Uo和电容C上电压UC的工作波形如图 94(b)所示.
2) 输出脉冲宽度TW 输出脉冲宽度TW是暂稳态的停留时间,根据电容C的充 电过程可知: C (0+ ) = 0,U C ( ∞) = U CC ,U T = U C (TW ) = 2 U CC ,τ = RC , U 3 因而代入式(9-2)可得
9.1.2 脉冲电路的基本分析方法
R S
+ ②
C uO
①
-
图 9-1 RC开关电路
① 开关转至1的一瞬间,电容器上电压不能突变,满足 开关定理UC(0+)=UC(0-). ② 暂态过程结束后,流过电容器的电流iC(∞)为0,即电 容器相当于开路. ③ 电路的时常数τ=RC, τ决定了暂态时间的长短.根据 三要素公式,可以得到电压(或电流)随时间变化的方程为
UCC
R 1A 7 R 2A
4
8 3 Uo1 Rd
R1B 7 R2B
4
8 Uo2 5 8Ω 0.01
C
A 6 555 2 5 1
C 0.01 (a)
B 3 6 555 2 1 5
Uo1
图 9-7 用 555 定时器构成的模拟声响发生器 (a) 电路图; (b) 波形图
Uo2 (b)
3. 施密特触发器 施密特触发器 1) 施密特触发器的构成与工作原理
U(t)
U(∞ ) UT
U(0+) 0
tM t
图 9-2 从U(0+)到UT所经历的时间tM
④开关转至2,电容放电.整个过程就是个积分电路.
RC << S T
脉冲产生电路由惰性元件和开关两部分,开关是用来破 坏稳态,产生暂态.开关可以用不同器件完成:运放, 三极管,场效应管,门电路,目前用得最多的是555定时 器.
vO
触发输入 5k
, vO (7)
T
(1)
放电端
定时器 图 9-3 555 定时器 (a) 电路结构; (b) 引脚图 电路结构;
1,触发器:RD为异步置 0 端,只要在RD端加入低电平,则 基本RS触发器就置 0, 输出vo为低电平,平时RD处于高电平. 2,分压器:电源UCC经三个5k 的电阻分压,当控制电压输
定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器 和放电管V1状态的控制. 2 1 U 当 6 > U CC,U 2 > U CC 时,比较器C1输出为 0,C2输出 3 3 为 1,基本RS触发器被置 0,V1导通,Uo输出为低电平. 当 2 U ,U < 1 U 时,C1输出为 1,C2 输出为 0, U6 < CC 2 CC 3 3 基本RS触发器被置 1,V1截止,Uo输出高电平. 当U < 2 U ,U > 1 U 时,C1和C2输出均为 1,则基本 6 CC 2 CC 3 3 RS触发器的状态保持不变,因而V1和Uo的状态也维持不变. 4,放电管和输出缓冲级 反向器构成输出缓冲级,有较大的电流驱动能力(即带负 载能力强,还起隔离负载对定时器的影响作用.
9.2 555 定时器及其应用
9.2.1 555 定时器的组成与功能
V 电源 CC
(8)
RD 复位
(4)
5k 控制电压
电路符号
C1 R &
V CC RD 4
vIC vI1
(5) (6)
阈值输入 5k & C2 S &
G 1
vIC
(3)
8 5 6 2 7 1
vO
vI1 vI2 vO
,
vI2
(2)
555 3
UCC Ui U+ U- 0 555 2 1 5 0.01 3 Uo Uo UoH UoL 0 (b) t 2 U 3 CC 1 U 3 CC t Uo
8 Ui 6
4
0
(a)
U- (c)
U+
Ui
定时器构成的施密特触发器 图 9-9 用 555 定时器构成的施密特触发器 (a) 电路图; (b) 波形图; (c) 电压传输特性 电路图; 波形图;
3,典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路,单稳态触发 电路和多谐振荡电路三种类型. (1)双稳态触发电路具有两个稳定状态,两个稳定状态的转 换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成. (2)单稳态触发电路只有一个稳定状态,另一个是暂时稳定 状态,从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发, 从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的,暂稳态的持续时间 取决于电路本身的参数. (3)多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形,它的状态转换不 需要外加触发信号触发,而完全由电路自身完成.因此它没有 稳定状态,只有两个暂稳态.
电路输出便得到周期性的矩形脉冲.其工作波形如图9-5(b)所
2) 振荡周期T的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间, T=T1+T2.由图 9-5(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和 放电时间T2各为
1 U CC U CC 3 T1 = ( R1 + R2 )C 1n = ( R1 + R2 )C 1n 2 = 0.7( R1 + R2 )C 2 U CC U CC 3 2 0 U CC 3 T2 = R2C 1n = R2C 1n 2 = 0.7 R2C 1 0 U CC 3
2. 多谐振荡器
V CC R1 P R2 7 V CC RD 8 4 3 6 555 2 1 5 0.01F C1
vc
2/3VCC 1/3VCC
vI1 vI2
vO
0 vo
t
vC
C
0
t
定时器构成的多谐振荡器 图 9-5 用 555 定时器构成的多谐振荡器 (a) 电路图; (b) 波形图 电路图;
1) 工作原理 多谐振荡器只有两个暂稳态.假设当电源接通后, 1 电路处于某一暂稳态,电容C上电压UC略低于 U CC ,Uo 3 输出高电平,V1截止,电源UCC通过R1,R2 给电容C充电. 随着充电的进行UC逐渐增高,但只要 1U < U < 2, U CC CC C 3 3 输出电压Uo 就一直保持高电平不变,这就是第一个暂稳 态.
T = T1 + T2 = 0.7( R1 + R2 )C
占空比为
T1 R1 D= = T R1 + R2
4) 多谐振荡器应用举例 用两个多谐振荡器可以组成如图9-7(a)所示的模拟声 响电路.适当选择定时元件,使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz, 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz.由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚),当Uo1输出高 电平时,B振荡器才能振荡,Uo1输出低电平时, B振荡器 被复位,停止振荡,因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响. 其工作波形如图 9-7(b)所示.