第十六章 数字电路的应用 教学讲义 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理（高教版·第3版）《电工电子技术与技能》

16数字电路的应用 【课题】 16.1集成555定时器及其应用 【教学目标】 知道555定时器的工作特点及用于脉冲波形的产生与变换的原理。 【教学重点】 1.集成555定时器。 2.单稳态触发器。 3.施密特触发器。 【教学难点】 1.电容器充、放电规律。 2.截止和导通的概念。 【教学过程】 【一、复习】 1.电容器的充、放电规律。 2,截止和导通的概念。 【二、引入新课】 集成555定时器是一种数字与模拟混合、中规模集成电路。利用它的“导通”和“截止”特性， 可以方便地组成各种功能电路。 【三、讲授新课】 16.1.1集成555定时器 图16.1为555定时器的外引脚排列图，其各引脚名称如表16.1所示。 表161555定时器的外引脚 引脚 名 称 引脚 名称 接地端(Uss) 5 电压控制端(CO) 2 触发端(UR) 6 闵值端(U:) 3 输出端(。) 1 放电端(D) 复位端(R) P 电源端(UoD) UDD D UTH CO 口口口▣ 8765 555 1234 ▣口U Uss UIR4o瓦 图16.1集成555定时器引脚样列图 表162为555定时器的逻辑功能表。表中“×”表示任意情况，“保持”表示555定时器保持原 来的状态，“导通”和“截止”指555定时器内晶体管VT的工作状态。VT的集电极和发射极分别接 在7脚和1脚间。 表16.2555定时器的逻辑功能表 U UTR R uo D × X 0 0 导通 o 0 导通 3 < 1 保持 3 保持 × 1 截止 复位端R=0时，不论U、UR取什么值，则定时器输出为0，VT饱和导通。 当R=1时，若Um> 则定时器输出为0，VT管饱和导通。 当R=1时，若UT<Um则定时器输出为1，VT管截止。 3 当R-1时，若Unm<号nn>e 则定时器输出和VT管也继续保持原来状态。 16.1.2555定时器的典型应用 1.多谐振荡器 多谐振满器又称为无稳态触发器：它没有稳定状态，也不需要外加触发信号，接通电源就能输出 定频率和幅度的矩形脉冲信号，由于矩形脉冲波形含有丰富的谐波，所以称为多谐振荡器。 图162所示为555定时器组成的多谐振荡器和它的工作波形。 0 5553 0.01uF (a) (b) 图16.2555定时器组成的多挡振荡器及工作被形 电路工作原理为：刚接通电源时，若电容C1两端电压c=0,555定时器的输出4。=1，晶体管 VT截止，7脚和1脚间相当于开关断开。电源通过R1、R2向C充电，充电时间常数t充=(R1+R2)C。 当c略大于V。时，定时器的状态发生翻转，输出电压跳变为低电平，即。=0，VT饱和导通， 相当于开关闭合，电容器C通过风对地放电，放电时间常数做≈风·G。当e下降到略小于U如 时，定时器的状态再次发生翻转，输出电压跳变为高电平，即。=1，VT截止，相当于开关断开。 电源再次通过R1、Rz向C1充电，重复前而的过程，形成振荡。其波形如图162(b)所示。 2.单稳态触发器 图16.3是用555定时器所构成的单稳态触发器和它的工作波形。R、C为外接的定时元件，单稳 态电路有一个触发信号输入端。 0.01μF 图16.3555定时器构成的单稳态触发器及工作波形 电路工作原理为：刚接通电源时，若电容C两端电压e=0,4=1(6>U。,VT饱和导 3 通，相当于开关闭合，电路经过一个充放电过程后稳定下来。电源通过R向电容C充电，当。增大 到略大于Um时，定时器输出低电平，放电管VT导通，电容C通过放电管T放电，使e=0,定 时器输出低电平，电路维持这种状态不变。 当4下降沿到来时，因(<U定时器输出跳变为高电平，放电管截止，电路进入暂稳态， 31 定时开始。电源通过R向C充电，充电时间常数t统=RC。当上升到略大于Um时，定时器输出 低电平，放电管导通，定时结束。电容C经放电后，再回到稳态。当下一个触发脉冲到来时，重复上 述过程。 3.施密特触发器 图16.4是用555定时器所构成的施密特触发器。 若输入信号如图164所示，当<时，定时器输出为高电平，随着%上升，当不。 >心时，定时器保持原状态不变，输出仍为商电平，当>。时，定时器状态改变，输出 变为低电平。随着4下降，当。>“>时，定时器保持原状态不变，输出仍为低电平，当 4<时，定时器状态政变，输出变为高电平，对应输出波形如图164所示。 0 555 0.01μF 图16.4施密特触发器 【四、小结】 1.555定时器是一种数、模混合集成电路，其内部既有运放又有触发器。通过外部电路的不同 组合，可构成多谐振荡器、单稳态触发器等。 2.多谐振荡器 (1)不需外加输入信号。 (2)输出信号没有稳定的状态，只有两个暂稳态。 (3)暂稳状态维持时间的长短主要取决于电路本身的定时元件R1、R2