555定時器構成的單穩態觸發器仿真分析

張學文，司佑全

( 湖北師范大學 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

555定時器構成的單穩態觸發器仿真分析

張學文，司佑全

( 湖北師范大學 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

由555定時器構成的單穩態觸發器，在低電平觸發端加入寬度大于暫穩態時間的負脈沖信號時，觸發器輸出的波形會出現抖動。為解決這一問題，可在輸入電路中加入微分電路。經Multisim8模擬驗證表明：加入了微分電路的555定時器，輸出狀態正常。

555定時器；單穩態觸發器；微分電路

555集成定時器是一種模擬、數字混合型的中規模集成電路，只要外接適當的電阻、電容等元件，可方便地構成單穩態觸發器、多諧振蕩器、施密特觸發器等脈沖產生或波形變換電路[1]。本文利用Multisim8對555集成定時器構成的單穩態觸發器進行仿真分析。

1 內部結構、原理

555集成定時器內部邏輯圖如圖1所示。

依據555集成定時器的結構特點，在圖2所示電路中，2(TRI)腳為觸發信號輸入端，電路處于初始穩態時，單穩態觸發器的輸出u0為低電平。若在2腳加一個具有一定幅度的負窄脈沖，當電位小于Vcc/3，比較器A2觸發翻轉，觸發器的輸出u。從低電平跳變為高電平，暫穩態開始。電容C開始充電，uc按指數規律增加，當uc上升到2Vcc/3時，比較器A1翻轉，觸發器的輸出u0從高電平返回低電平，暫穩態終止。同時內部電路使電容C放電，u0迅速下降到零，電路回到初始穩態，為下一個觸發脈沖的到來做好準備。 暫穩態的持續時間tW由外接元件R、C的大小決定，其表達式為

tW=1.1RC

(1)

圖1 555定時器內部邏輯圖

圖2 單穩態電路

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 單穩態電路

2.1 低電平觸發端直接加入一定寬度的負脈沖信號

2.1.1 輸入信號負脈沖寬度小于暫穩態時間

2.1.2 輸入信號負脈沖寬度大于暫穩態時間

在圖2電路中，由式(1)可知，暫穩態時間計算值為11ms，當輸入信號負脈沖寬度大于11ms時，其仿真波形如圖4所示。

從圖4仿真圖可知，當輸入信號負脈沖寬度大于暫穩態時間時，輸出波形出現了抖動。

圖3 輸入信號負脈沖寬度小于暫穩態時間仿真波形

圖4 輸入信號負脈沖寬度大于暫穩態時間仿真波形

2.2 低電平觸發端加入周期性脈沖寬度大于暫穩態時間的脈沖信號

由以上分析及仿真可知，當輸入信號負脈沖寬度大于暫穩態時間時，其輸出波形出現了抖動，故對以上電路進行改進，以避免此現象的發生。

2.2.1 信號源輸出信號通過微分電路加入低電平觸發端

圖5 加入微分電路的單穩態觸發器

圖6 加入微分電路脈沖寬度范圍大于暫穩態時間的波形

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、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 改進電路

圖7 加入微分電路和分壓電路的單穩態觸發器

圖8 加入微分電路和分壓電路的單穩態觸發器波形

2.3 低電平觸發端加入周期小于暫穩態時間的脈沖信號

在圖2中，R=10kΩ，C=1uF，當輸入脈沖信號周期小于暫穩態時間時，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了抖動。

在圖2中如圖5那樣，在低電平觸發端加入微分電路，輸入周期為2ms(占空比為50%)的連續脈沖，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抖動現象，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誤觸發，也不會出現抖動。可以確保實現預定的分頻倍數。

3 總結

信號源輸出信號通過微分電路加入低電平觸發端，可以加入脈沖寬度范圍大于暫穩態時間的脈沖信號，輸出波形穩定；若在正脈沖處低電平觸發端出現負跳變，則在低電平觸發端和地之間接入一個電阻構成分壓電路能很好地解決了這一問題。當在低電平觸發端加入周期小于暫穩態時間的脈沖信號時，輸出信號周期是輸入信號周期的整數倍，構成分頻電路，在輸入端加入微分電路和分壓電路能確保實現所需分頻。

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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

湖北師范學院校級教研項目(JH201129，ZD201121)

張學文(1965— )，女，湖北黃岡人，高級實驗師，從事電子技術實驗研究.