单稳态电路如图11-49所示。当电源接通后,VCC通过电阻R向电容C充电,待电容上电压Uc上升到2VCC/3时,RS触发器置0,即输出Uo为低电平,同时电容C通过晶体管T放电。当触发端2的外接输入信号电压Ui<VCC/3时,RS触发器置1,即输出Uo为高电平,同时,晶体管T截止。电源VCC再次通过R向C充电。输出电压维持高电平的时间取决于RC的充电时间,t=tω时,电容上的充电时间:
所以输出电压的脉宽tω=RCln3≈1.1RC (11-2)
图11-49 单稳态电路
一般取R=1kΩ~10MΩ,C>1000pF
值得注意的是:Ui的重复周期必须大于tω,才能保证每一个正倒置脉冲起作用。单稳态的暂态时间与VCC无关。因此用555定时器组成的单稳电路可以作为较精确定时器。
555组成的单稳态触发器的应用十分广泛,以下为几种典型的应用实例:
1.触摸开关电路
555组成的单稳态触发器可以用作触摸开关,电路如图11-50所示。其中M为触摸金属片(或导线)。静态时无触发脉冲输入,555的输出为低电平,即Uo=0,发光二极管VD不亮;当用手触摸金属片M时,相当于2端输入一负脉冲,555的内部比较器CA2翻转,使输出变为高电平,即Uo=1,发光二极管亮,直到电容C上的电压充到UC=2VCC/3,由式(11-2)可得,发光二极管亮的时间为tω=1.1,RC=1.1s。
图11-50 触摸开关电路
该触摸开关电路可以用触摸报警、触摸报时、触摸控制等方面。
电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼容。图中C1为高频滤波电容,以保持的基准电压稳定,一般取0.01μF。C2用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰,一般取0.01~0.1μF。
2.脉冲宽度检测器
图11-51为脉冲宽度检测仪电路,可用来检测输入脉冲的宽度t1。其中555与R2C2组成基本的单稳态触发器,晶体管VT1、VT2工作在开关状态。电路工作原理:输入脉冲A未来到时,VT1截止,555的输出C为低电平,VT2亦截止,因此电路的输出端D为低电平。输入脉冲A的正跳变来到,VT1导通,B点变为低电平,C变为高电平,VT2导通,输出D仍为低电平。低电平的持续时间由单稳态触发器的延迟时间t2决定,t2=1.1R2C2,如果被测脉冲的宽度t1大于t2,当C变为低电平时,VT2截止,由于A仍为高电平,所以D变为高电平。D的高电平持续时间t3由t1决定,即A变为低电平时,D也变为低电平,由图11-51b可知,输入脉冲的宽度
t1=t2+t3=1.1R2C2+t3
上式表明,只有当触发脉冲的宽度t1大于延迟时间t2时,电路的输出脉冲D才有可能产生。
图11-51 脉冲宽度检测器电路及波形
a)脉冲宽度检测器电路 b)波形
由于接入了隔离二极管,使电路中定时电容CT充放电路分开。
电源接通VCC时,UCT=0,定时电路处于置位状态,Uo=“1”,放电管VT截止。由+VCC经R1、VD1对CT充电,UCT上升,当UCT=Uth1=2VCC/3时,定时电路转为复位状态,Uo=“0”,放电管VT导通,CT经D2、R2及放电管VT放电,UCT下降,至UCT=Uth2=VCC/3时,定时电路又转到置位状态,Uo=“1”,VT截止,CT又开始被充放电循环而形成振荡。
图11-52 多谐振荡器方波电路
a)多谐振荡器电路图 b)多谐振荡器方波发生波形(www.xing528.com)
振荡稳定后,Uo=“1”=VCC时,CT从Uth2=VCC/3充电到Uth1=2VCC/3,充电时间常数τ1=R1CT,设t1为充电时间。Uo=“0”=0V时,CT从Uth1=2VCC/3放电到Uth2=VCC/3放电时间常数τ2=R2CT,设t2为放电时间。
由充电方程式:
可得:t1=τ1ln2≈0.693τ1=0.693R1CT
同理:t2=τ2ln2≈0.693τ2=0.693R2CT振荡周期和频率分别为
电路输出方波信号的占空比系数
调节电路中的电位器可得占空系数调节范围:8.3%~91.3%
(2)可编程多谐振荡器 如图11-53所示。当开关接通时,其两端电阻应尽可能的小:RON=240~1050Ω。断开时,两端电阻尽可能大:ROFF>几百千欧。电子开关功耗低,速度高,电源电压范围为±15V,否则会使RON增加,ROFF减小,容易损坏开关。
图中利用模拟电子开关4016,选用1.5MΩ定时电阻R∗t1,当控制输入端为高电平时,S1导通,输出100Hz的负脉冲;当控制输入端为低电平时,S2导通,选择1.2MΩ的定时电阻R∗t2,输出120Hz的脉冲。
由上面A中的555充放电方程式可得:
S1导通时:
τ′1=R1C2,t′1=τ′1ln2=0.693τ′1
式中,τ1、t1代表充电,τ′1、t′1代表放电。
所以振荡频率和周期:
同理可得S2导通时的周期和频率:
如果选通开关用4选1,8选1,就可输出更多的频率。
(3)模拟声响电路 图11-54是用两个多谐振荡器构成的模拟声响电路。这种模拟声响发生器是由两个多谐振荡器组成。一个振荡频率较低,另一个振荡频率受其控制。例如可调节定时元件RA1、RB1、C1,使振荡器1的f=1Hz,调节RA2、RB2、C2,使振荡器2的f=1kHz,那么扬声器就会发出呜呜…的声音。
图11-53 可编程多谐振荡器
a)可编程多谐振荡器电路图 b)可编程多谐振荡器波形
图11-54 模拟声响电路
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