555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真分析

張學(xué)文，司佑全

( 湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真分析

張學(xué)文，司佑全

( 湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在低電平觸發(fā)端加入寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間的負(fù)脈沖信號時，觸發(fā)器輸出的波形會出現(xiàn)抖動。為解決這一問題，可在輸入電路中加入微分電路。經(jīng)Multisim8模擬驗證表明：加入了微分電路的555定時器，輸出狀態(tài)正常。

555定時器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；微分電路

555集成定時器是一種模擬、數(shù)字混合型的中規(guī)模集成電路，只要外接適當(dāng)?shù)碾娮琛㈦娙莸仍?，可方便地?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路[1]。本文利用Multisim8對555集成定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行仿真分析。

1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理

555集成定時器內(nèi)部邏輯圖如圖1所示。

依據(jù)555集成定時器的結(jié)構(gòu)特點，在圖2所示電路中，2(TRI)腳為觸發(fā)信號輸入端，電路處于初始穩(wěn)態(tài)時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出u0為低電平。若在2腳加一個具有一定幅度的負(fù)窄脈沖，當(dāng)電位小于Vcc/3，比較器A2觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器的輸出u。從低電平跳變?yōu)楦唠娖剑瑫悍€(wěn)態(tài)開始。電容C開始充電，uc按指數(shù)規(guī)律增加，當(dāng)uc上升到2Vcc/3時，比較器A1翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器的輸出u0從高電平返回低電平，暫穩(wěn)態(tài)終止。同時內(nèi)部電路使電容C放電，u0迅速下降到零，電路回到初始穩(wěn)態(tài)，為下一個觸發(fā)脈沖的到來做好準(zhǔn)備。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tW由外接元件R、C的大小決定，其表達(dá)式為

tW=1.1RC

(1)

圖1 555定時器內(nèi)部邏輯圖

圖2 單穩(wěn)態(tài)電路

改變上式中R、C的值可使tW在幾個us到幾十min之間變化。一般電阻取1kΩ～10MΩ，C>1000pF.[2]

2 單穩(wěn)態(tài)電路

2.1 低電平觸發(fā)端直接加入一定寬度的負(fù)脈沖信號

2.1.1 輸入信號負(fù)脈沖寬度小于暫穩(wěn)態(tài)時間

2.1.2 輸入信號負(fù)脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間

在圖2電路中，由式(1)可知，暫穩(wěn)態(tài)時間計算值為11ms，當(dāng)輸入信號負(fù)脈沖寬度大于11ms時，其仿真波形如圖4所示。

從圖4仿真圖可知，當(dāng)輸入信號負(fù)脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間時，輸出波形出現(xiàn)了抖動。

圖3 輸入信號負(fù)脈沖寬度小于暫穩(wěn)態(tài)時間仿真波形

圖4 輸入信號負(fù)脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間仿真波形

2.2 低電平觸發(fā)端加入周期性脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間的脈沖信號

由以上分析及仿真可知，當(dāng)輸入信號負(fù)脈沖寬度大于暫穩(wěn)態(tài)時間時，其輸出波形出現(xiàn)了抖動，故對以上電路進(jìn)行改進(jìn)，以避免此現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2.1 信號源輸出信號通過微分電路加入低電平觸發(fā)端

圖5 加入微分電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖6 加入微分電路脈沖寬度范圍大于暫穩(wěn)態(tài)時間的波形

此時輸入信號頻率不受限制，其仿真波形如圖6所示。

圖6中由上至下依次為輸入信號、輸入觸發(fā)、定時電容兩端電壓uc的波形、輸出信號波形。圖8、圖10、圖11類同。

2.2.2 改進(jìn)電路

圖7 加入微分電路和分壓電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖8 加入微分電路和分壓電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形

2.3 低電平觸發(fā)端加入周期小于暫穩(wěn)態(tài)時間的脈沖信號

在圖2中，R=10kΩ，C=1uF，當(dāng)輸入脈沖信號周期小于暫穩(wěn)態(tài)時間時，1

圖9 6分頻電路波形

圖10 加入微分電路6分頻電路波形

由圖9可見輸出信號在輸入信號的上升沿處均出現(xiàn)了抖動。

在圖2中如圖5那樣，在低電平觸發(fā)端加入微分電路，輸入周期為2ms(占空比為50%)的連續(xù)脈沖，得到圖10所示信號。

圖10所示，在輸入端加入微分電路后分頻電路波形不再出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，波形非常好。但是可以很清楚地看到在輸入信號正脈沖部分2腳也有負(fù)尖脈沖。圖2所示電路，如圖7那樣在輸入端加入微分電路和分壓電路，得到分頻電路波形如圖11所示。

圖11 加入微分電路和分壓電路的6分頻電路波形

這樣輸出信號不會出現(xiàn)誤觸發(fā)，也不會出現(xiàn)抖動。可以確保實現(xiàn)預(yù)定的分頻倍數(shù)。

3 總結(jié)

信號源輸出信號通過微分電路加入低電平觸發(fā)端，可以加入脈沖寬度范圍大于暫穩(wěn)態(tài)時間的脈沖信號，輸出波形穩(wěn)定；若在正脈沖處低電平觸發(fā)端出現(xiàn)負(fù)跳變，則在低電平觸發(fā)端和地之間接入一個電阻構(gòu)成分壓電路能很好地解決了這一問題。當(dāng)在低電平觸發(fā)端加入周期小于暫穩(wěn)態(tài)時間的脈沖信號時，輸出信號周期是輸入信號周期的整數(shù)倍，構(gòu)成分頻電路，在輸入端加入微分電路和分壓電路能確保實現(xiàn)所需分頻。

[1]電工電子實驗教程編寫組. 電工電子實驗教程[M].長春：東北師范大學(xué)出版社，2011,3:234～238.

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Simulationanalysisofmonostabletriggerbasedon555timers

ZHANG Xue-wen，SI You-quan

(College of Physics and Electronic Science, Hubei Normal University, Huangshi 435002,China)

For the monostable trigger composed of 555 timers, its output waveform will form dithering when a negative pulse signal with a width greater than the transient time is added to the low-level trigger. To solve this problem, a differential circuit can be added to the input circuit. The simulation by Multisim 8 shows that the 555 timer added the differential circuit output normally and no jitter occurs.

555 timer; monostable multivibrator; differential circuit

TN79+1

A

2096-3149(2017)04- 0073-04

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.04.015

2017—06—21

湖北師范學(xué)院校級教研項目(JH201129，ZD201121)

張學(xué)文(1965— )，女，湖北黃岡人，高級實驗師，從事電子技術(shù)實驗研究.