>5RiCi。
电路中R、C为单稳态触发器的定时元件,其连接点的信号vc加到阈值输入TH(6脚)和放电管TD的集电极Q'(7脚)。
复位输入端
(4脚)接高电平,即不允许其复位;控制端VM通过电容0.01μF接地,以保证555定时器上下比较器的参考电压为2/3VCC、1/3VCC不变。
输出端可引出此单稳的输出信号VO。
2.工作原理
电源接通后,若未加负脉冲,V1输入保持高电平,在稳定的状态下Ri、Ci微分环节的充放电已完成,Ci相当处于开路状态,因此触发端输入电压V2也为高电平。
若基本RS触发器的初态为“0”,Q'=1,放电管TD饱和导通,定时电容C上即使原先有电荷,也会经放电管TD流失,因此VC为0V,此时比较器C2输出VC2=1,比较器C1输出VC1=1,因此555定时器内部RS触发器可维持“0”状态不变;若电源刚接通时,RS触发器为“1”,Q'=0,放电管TD处于截止状态,电源VCC经电阻R向电容C充电,VC电压因充电而上升,当VC上升
到2/3VCC时,比较器C1输出VC1=0,由于此时V2=VCC。
因此比较器C2的输出VC2=1,555定时器内部的触发器就会产生由“1”到“0”的跳变,其输出也由“1”变“0”,使放电管TD饱和导通,电容C上的电荷会通过TD释放,VC电压逐渐降低最后变成0V,于是电路进入稳定状态,输出VO为低电平。
由上述分析可知,按图12.8连接的555定时器只要一接通电源,不管电路原来处于什么状态,经过一段时间,在没有外界触发信号作用的情况下,它总能处于稳态,使输出VO为低电平。
下面对图12.8555定时器构成的单稳态触发器,作具体的分析:
在V1输入为高电平,未加触发脉冲的情况下,V2为高电平,RS触发器处于“0”状态,电容器C上电荷已放完。
VC及VO均输出低电平。
在V1输入端加负脉冲,触发输入端
就得到了输入V1负脉冲的微分信号如图12.9所示。
在V1负脉冲的下跳沿,由于电容Ci两端电压不会突变;V2也产生同样幅度的下跳,其值低于1/3VCC,因此比较器C2的输出VC2=0,此时VC仍为0V,VC1=1,因此基本RS触发器由“0”翻转为“1”,输出VO由低电平变高电平。
同时放电管TD截止,电路时入暂稳态,定时开始。
在这段时间内RS触发器为1状态,输出VO为高电平。
因TD管截止电容C开始充电,电容充电的回路为VCC→R→C→地,充电时间常数τ=RC,VC按指数规律上升,趋向VCC值。
当电容C充电电压VC上升到2/3VCC时,比较器C1输出VC1=0,而此时Ri、Ci微分环节输出信号V2的窄负脉冲已消失,V2为高电平,使比较器C2输出VC2=1,所以555内部RS触发器就会置“0”,输出VO由高电平变为低电平,放电管TD饱和导通,定时阶段结束,即暂稳态结束。
由上述分析可看出,若输入V1负脉冲宽度tPI小于暂稳态时间(即输出正脉冲宽度tPO),那么不加微分环节Ri、Ci电路出可以正常工作。
最后是恢复阶段,在此阶段开始时,电容C上电压VC约为2/3VCC,由于放电管TD饱和导通定时电容C经TD管放电,经过3~5
(
=RCESC),VC迅速减小接近0V,在这阶段过程结束后电路返回稳态。
在此阶段内输出VO始终为低电平。
恢复阶段结束后,当第二个触发信号到来时,又重复上述过程,电路中V1、V2、VO和VC的波形详见图12.9。
需要注意:
①在这个阶段内,V2虽因V1正跳变而微分产生正有尖脉冲,但因其电平值比VCC还高,下比较器C2的输出VC2状态不会因其变化而变化,仍维持在“0”状态,因此不会影响电路和恢复过程,也就是说
的正尖脉冲不会触发此单稳电路。
②由于TD放电管的饱和电阻RCES很小,因此放电时间常数
很小。
由555定时器构成的单稳态触发器的输出脉冲宽度tPO也就是电路的暂稳态时间,它也是用RC瞬态过程的计算方法来计算的,但在实际应用中常常用估算法公式先进行估算,然后构成电路进行调试和修正。
经验估算公式为:
tPO=RCln3≈1.1RC
这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟,精度可达0.1%。
12.3.2单稳态触发器的应用
单稳态触发器是常用的基本单元电路,用途很广。
经常可用作脉冲波形的整形、定时和延时。
现将其叙述如下:
1.整形
由单稳态触发器的介绍可知,它一经触发,其输出电平的高低就不再与输入信号电平高低有关,暂稳态的时间tPO也是可以控制的。
如图12.10所示将输入信号VI的波形加到一个下降沿触发的单稳态触发器,就可得到相应的定宽、定幅且边沿陡峭的矩形波,达就起到了对输入信号整形的作用。
2.定时
由于单稳态发器能产生一个tPO定宽的矩形输出脉冲,因此利用它可起到起定时控制作用。
图中利用单稳态发器的正脉冲去控制一个与门,在输出脉冲宽度为tPO这段时间内能让频率很高的VA脉冲信号通过。
否则,VA就会被单稳输出的低电平所禁止,如图12.11是单稳态触发器用于定时的电路图。
3.延时
如图12.11所示,利用单稳态触发器的输出脉冲宽度tPO可将输入信号VI的下降沿延时了tPO这段时间,这个延时作用可用于信号传输的时间配合上。
12.4多谐振荡器
多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器,由于形波中除基波外,包括许多高次谐波,因此这类振器被称作多谐振荡器。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳电路。
12.4.1用555定时电路构成的多谐振荡器
1.电路的组成
用555定时器能很方便地构成的多谐振荡器,如图12.12(a)所示。
方法是将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端,就构成了多谐振荡器。
在此电路中,定时元件除电容C外,还有两个电阻RA和RB,它们串接在一起,电容C和RB的连接点接到两个比较器C1和C2的输入端TH和
,RA和RB的连接点接到放电管TD的输出端Q'。
2.工作原理
接通电源的瞬间,电容C来不及充电,VC为0电平,此时VC1=1,VC2=0触发器置1,输出VO为高电平。
同时,由于放电管TD截止,电容C开始充电,进入了暂稳态I。
电容C充电所需的时间为
(12-1)
电容C由回路VCC→(RA+RB)→C→地充电,τ1=(RA+RB)C为充电时间常数,电容C上电位VC随时间t按指数规律上升,趋向VCC值,在此阶段内.输出电压VO暂时稳定在高电平。
当电容上电位VC上升到2/3VCC时,由于VC1=0,VC2=1,使触发器置“0”。
Q由1→“0”,输出电压VO则由高电平跳转为低电平,电容C的充电过程结束。
同时,因放电管TD饱和导通,电容C通过回路C→RB→放电管TD→地放电,放电需要时间为
(12-2)
放电时间常数τ2=RBC(忽略了TD管饱和和电阻RCES1),电容上电位VC按指数规律下降,趋向0V,同时使输出VO暂稳在低电平。
当电容上电位VC下降到1/3VCC时,VC1=1,VC2=0,使触发器置“1”。
Q由“0”→“1”,输出电压VO由低电平跳转为高电平,电容C的放电过程结束。
且放电管TD截止,电容C又开始充电,进入暂稳态Ⅰ。
以后,电路重复上述过程,来回振荡,其工作波形如图8.12(b)。
由于555内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式,它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
图12.12(a)所示电路的占空比(指q=tph/T)固定不变。
若将上图改为图12.13利用二极管D1和D2将电容器C的充放电回路分开,再加上电位器的调节就可构成占空比可调的方波发生器。
电路中的充电回路是:
VCC→RA→D1→C→GND,充电时间为:
tph=0.7RAC(12-3)
电容器C通过D2→RB→T1放电,放电时间为:
tpl=0.7RBC(12-4)
因此振荡周期为
T=tph+tpl(12-5)
可见,这种振荡器输出波形的占空比为
q=RA/(RA+RB)(12-6)
12.4.2多谐振荡器的应用
用两个多谐振荡器构成的模拟响声发生器的电路及工作波形如图12.14所示。
如果调节定时组件RA1﹑RB1和C1,使第Ⅰ片振荡器的频率为f=1Hz,调节RA2﹑RB2和C2使第Ⅱ片振荡器的频率为f=10KHz,由于VO1与第Ⅱ片的复位端
相连接,因此,当VO1=1时,允许第Ⅱ片振荡;VO1=0时,第Ⅱ片振荡器被复位(VO2=0),停止振荡。
习题
题12-1如图12.3所示由555定时器构成的施密特触发器中,若电源VCC=9V,VM不加电压时,正、负向阈值电平VT+和VT-及回差ΔV各为何值。
题12-2上题中,若VM=5V,正、负向阈值电平VT+和VT-及回差ΔV各为何值。
题12-3如图12.11所示的555定时器构成的单稳态触发器中,Ri和Ci是什么环节,它起什么作用?
在什么情况下可不用此环节?
题12-4请用两个555定时器构成的单稳态触发器设计一个能实现图12-4所示输入VI和输出VO波形关系的电路。
并请提出定时电阻和电容的数值。
题12-5在555定时器构成的单稳态触发器中,若VCC=5V,RL=16KΩ,R=10KΩ,C=0.1μF,则在图示输入脉冲VI作用下,其电容上电压VC及输出电压VO的波形是怎样的?
请画出波形图,并计算出这个单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo为何值?