用555定时器构成的单稳态触发器、多谢振荡器、施密特触发器

1目录1.集成555定时器内部原理图及引脚排列........................................................22.用555定时器构成的单稳态触发器................................................................32.1单稳态触发器电路图及输出波形..........................................................32.2单稳态触发器的应用..............................................................................63.用555定时器组成多谐振荡器......................................................................73.1多谐振荡器电路图及输出波形..............................................................73.2多谐振荡器的应用................................................................................104.用555定时器构成施密特触发器................................................................114.1施密特触发器电路图及输出波形........................................................114.2施密特触发器的应用............................................................................13个人小结..............................................................................................................142555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的设计和仿真1.集成555定时器内部原理图及引脚排列集成定时器555电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，是一种能够产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，应用十分广泛。555可构成多谐振荡器、模拟声响电路、大范围可变占空比方波发生器电路、数字逻辑笔测试电路、接近开关电路和简单的汽车防盗报警电路与计算机仿真设计方法。集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有CMOS的产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC＝+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V。555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管VT，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。图1555定时器内部原理图图2555定时器引脚排列3它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为23𝑉𝐶𝐶和13𝑉𝐶𝐶A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入，即高电平触发输入并超过参考电平23𝑉𝐶𝐶时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于13𝑉𝐶𝐶时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RST是复位端（4脚），当RST＝0，555输出低电平。平时RST端开路或接VCC。CON是控制电压端（5脚），平时输出23𝑉𝐶𝐶作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。VT为放电管，当VT导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。2.用555定时器构成的单稳态触发器2.1单稳态触发器电路图及输出波形如下图所示为555定时器电路及其仿真输出结果。其中tw=RC1n3≈1.1RCVCCvIRvO0.01FCvC84555762351vIOvCOvOO23VCCtWttt4（1）函数信号发生器产生频率为1kHz，占空比为90%，幅度为10VPP的矩形波作为输入信号，用四通道示波器观察输出波形。tw1（理论）=RC1n3≈1.1RC=5.493mstw1（实验）=5.502ms5（2）信号发生器频率为1KHz，占空比为90%，幅度为10VPP，R=2k,C=1uF，其输入、THR、输出波形如下图。Tw2（理论）=RC1n3≈1.1RC=2.197mstw2（实验）=2.215ms（3）信号发生器频率为1KHz，占空比为90%，幅度为10VPP，R=1k,C=2uF，其输入、THR、输出波形如下图。6Tw3（理论）=RC1n3≈1.1RC=2.197mstw3（实验）=2.180ms序号RC暂稳态时间实验值计算值（1）5.0K1uF5.502ms5.493ms（2）2.0K1uF2.197ms2.215ms（3）1.0K2uF2.197ms2.180ms由以上分析可知，暂稳态时间与R、C有关，改变R、C的值可以改变暂稳态时间，但如果R、C选取不合理，则可能一次脉冲内有多次暂稳态，也有可能暂稳态持续数次脉冲。2.2单稳态触发器的应用由上图可知，单稳态触发器可以调制脉冲宽度，也可延迟脉冲的触发时间。其次，单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。73.用555定时器组成多谐振荡器3.1多谐振荡器电路图及输出波形电路第一暂态，输出为1。电容充电，电路转换到第二暂态，输出为0。电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态。其中tPL=R2C1n2≈0.7R2C；tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C；f=1𝑡𝑃𝐿+𝑡𝑃𝐻≈1.43(𝑅1+𝑅2)𝐶（1）R1=5.1KΩ，R2=1.0KΩ时：vCVCC23VCC13OvOOtPLtPHtt8理论值：tPL=R2C1n2≈0.7R2C=63.1us；tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C=327.9us；f=1𝑡𝑃𝐿+𝑡𝑃𝐻≈1.43(𝑅1+𝑅2)𝐶=2576HZq=𝑅1𝑅1+𝑅2=83.6%实验值：tPL=62.284ustPH=387.543usq=83.9%（2）R1=510Ω，R2=1.0KΩ时：理论值：tPL=R2C1n2≈0.7R2C=63.1us；tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C=95.2us；f=1𝑡𝑃𝐿+𝑡𝑃𝐻≈1.43(𝑅1+𝑅2)𝐶=10.4KHZq=𝑅1𝑅1+𝑅2=33.8%实验值：tPL=63.149ustPH=92.561usq=31.8%9（3）R1=510Ω，R2=510Ω时：10理论值：tPL=R2C1n2≈0.7R2C=321.7us；tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C=643.4us；f=1𝑡𝑃𝐿+𝑡𝑃𝐻≈1.43(𝑅1+𝑅2)𝐶=10.4KHZq=𝑅1𝑅1+𝑅2=50.0%实验值：tPL=328.72ustPH=640.138usq=48.7%序号R1R2tPLtpHq（1）5.1K1.0K62.284us387.543us83.9%（2）5101.0K63.149us92.561us31.8%（3）510510328.72us640.138us48.7%实验证明，R1、R2的比值与q密切相关，因此可以调节R1、R2的比值来调节占空比。3.2多谐振荡器的应用用555定时器组成占空比可调的多谐振荡器，电路图如下：114.用555定时器构成施密特触发器4.1施密特触发器电路图及输出波形在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。用555定时器构成的施密特触发器的电路图及其输出波形如下：t13VCC23VCCvI0tvO1VOH0ovIvO1VOHVOLVT+VT_12134.2施密特触发器的应用（1）如上所示，将正弦波转化为矩形波（2）脉冲整形14（3）消除干扰信号（4）脉冲鉴幅个人小结个人认为本次仿真实验具有十分的实践意义，它紧密地把数电课程内容与工程运用结合在一起，使得我们更深入地了解了工程设计与调试过程。知识的巩固总是在实践过程中得以体现的。同时，在这份报告的撰写过程中，我对数字电路的设计也产生了更加浓厚的兴趣，希望在以后的学习与实践过程中有更多的设计性内容的接触。合理选择回差电压，可消除干扰信号。将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。