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1、第7章 脉冲产生与变换电路第7章 脉冲产生与变换电路7.1 概述7.2 555定时器7.3 555定时器的基本应用电路本章小结习题返回主目录第7章 脉冲产生与变换电路第 7 章 脉冲产生与变换电路 7.1概述在数字系统中， 除了有数字信号“1”和“0”以外，一般还存在同步脉冲控制信号（CP信号），它是具有一定幅度和频率的矩形波。通常得到矩形波的方法很多， 目前应用较多的是利用555定时器来实现。 第7章 脉冲产生与变换电路图7.1 晶体管简易测试仪第7章 脉冲产生与变换电路7.2 555定时器7.2.1 555定时器分类7.2.2 555定时器的电路组成7.2.3 555定时器的功能7.2.4
2、 555定时器的主要参数第7章 脉冲产生与变换电路 7.2 555定时器7.2.1 555定时器分类555定时器又称时基电路。 555定时器按照内部元件为双极型（又称TTL型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型内部采用的则是场效应管。555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为单时基定时器和双时基定时器。 常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器5G556和单极型定时器CC7556。 第7章 脉冲产生与变换电路图7.3 5G555定时器内部电路7.2.2 555定时器的电路组成 5G555定时器内部
3、电路如图7.3所示, 一般由分压器、 比较器、触发器和开关及输出等四部分组成。第7章 脉冲产生与变换电路1. 分压器分压器由三个等值的电阻串联而成，将电源电压UDD分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压UR1、UR2，若控制端S悬空或通过电容接地，则:若控制端S外加控制电压US则: UR1=US第7章 脉冲产生与变换电路2. 比较器比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成。A1用来比较参考电压UR1和高电平触发端电压UTH: 当UTH UR1，集成运放A1输出Uo1=0; 当UTH 0与地导通1 保持原状态不 变保持原状态不变1 1与地断开第7章 脉冲产生与变换电路表7.2 5G55
4、5和CC7555的主要参数7.2.4 555定时器的主要参数 5G555(单时基双极型定时器）和CC7555（单时基CMOS型定时器）的主要参数对比如表7.2所示。 参数单位CMOS型CC7555TTL型 5G555 电源电压 UDDV 3184.516静态电 源电流IDDmA01210定时精度%21 高电平触发断电压 UTHV高电平触发端电流ITHuA0000 0501 低电平触发端电压V第7章 脉冲产生与变换电路续表（2）参数单位CMOS型CC7555TTL型 5G555 复位端复位电压V 11复位端复位电流uA01400放电端放电电 流mA1050200 输出端驱动电 流mA120200
5、最高工作频率kHz500500第7章 脉冲产生与变换电路从表7.2可见： (1) 二者的工作电源电压范围不同。 (2) 双极型定时器输入输出电流较大，驱动能力强，可直接驱动负载，适宜于有稳定电源的场合使用。 (3) 单极型定时器输入阻抗高，工作电流小，功耗低且精度高，多用于需要节省功耗的领域。 第7章 脉冲产生与变换电路【思考题】1. 555定时器主要由哪几部分组成？每部分各起什么作用？2. 双极型定时器与CMOS型定时器有什么异同？第7章 脉冲产生与变换电路7.3 555定时器的基本应用电路7.3.1 施密特触发器7.3.2 单稳态触发器7.3.3 多谐振荡器第7章 脉冲产生与变换电路7.3
6、 555定时器的基本应用电路7.3.1 施密特触发器 施密特触发器是一种脉冲号变换电路，用来实现整形和鉴波。它可以将符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波，这个特定条件是：输入信号的最大幅度Umax要大于施密特触发器中555定时器的参考电压UR1。当定时器控制端S悬空或通过电容接地时，UR1= ；当定时器控制端S外接控制电压US时，则UR1=US。 第7章 脉冲产生与变换电路1. 电路结构由555定时器构成的施密特触发器如图7.4所示, 定时器外接直流电源和地; 高电平触发端TH和低电平触发端TR直接连接，作为信号输入端；外部复位端 接直流电源UDD（即 接高电平），控制端S通过滤波电容接地。
7、第7章 脉冲产生与变换电路图7.4 施密特触发器第7章 脉冲产生与变换电路图7.5 施密特触发器输入输出波形第7章 脉冲产生与变换电路2. 工作原理设输入信号ui为最常见的正弦波，正弦波幅度大于555定时器的参考电压UR1= （控制端S通过滤波电容接地），电路输入输出波形如图7.5所示。输入信号Ui从零时刻起，信号幅度开始从零逐渐增加并呈正弦形变化。当ui处于0ui 上升区间时，根据555定时器功能表7.1可知OUT = “1”。 当ui处于 ui 上升区间时， 根据555定时器功能表7.1可知OUT 仍保持原状态“1”不变。 第7章 脉冲产生与变换电路当ui一旦处于ui 区间时，根据555定
8、时器功能表7.1可知OUT 将由 “1”状态变为 “0”状态，此刻对应的Ui值称为复位电平或上限阈值电压。 当ui处于 ui 下降区间时， 根据555定时器功能表7.1可知OUT 保持原来状态 “0”不变。 当ui一旦处于Ui 区间时，根据555定时器功能表7.1可知OUT 又将 “0”状态变为 “1”状态，此时对应的ui值称为置位电平或下限阈值电压。 第7章 脉冲产生与变换电路从图7.5输入输出波形分析中，可以发现置位电平和复位电平二者是不等的， 二者之间的电压差称为回差电压用UT表示，即UT=UR1-UR2 。 若控制端S悬空或通过电容接地, UR1= 而UR2= ，则 UT=UR1-UR
9、2=若控制端S外接控制电压US，UR1=US而UR2= ，则 UT=UR1-UR2=第7章 脉冲产生与变换电路图7.6所示为S端悬空或通过电容接地的施密特触发器电压传输特性， 同时也反映了回差电压的存在，而这种现象称为电路传输滞后特性。回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强，但施密特触发器的灵敏度也会相应降低。 同理，若施密特触发器输入其他波形的信号，只要输入信号的最大幅度Umax大于施密特触发器核心555定时器的参考电压UR1，那么总能在输出端得到对应的矩形波。 第7章 脉冲产生与变换电路图7.6 施密特触发器电压传输特性第7章 脉冲产生与变换电路当施密特触发器输入一定时， 其输出可以保持
10、OUT为“0”或“1”的稳定状态，所以施密特触发器又称为双稳态电路。 3. 典型应用(1) 波形变换。将任何符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波输出信号。 (2) 幅度鉴别。 如图7.7所示。 (3) 脉冲整形。 如图 7.8 所示。第7章 脉冲产生与变换电路图7.7 利用施密特触发器进行幅度鉴别第7章 脉冲产生与变换电路图7.8 利用施密特触发器进行脉冲整形第7章 脉冲产生与变换电路7.3.2 单稳态触发器单稳态触发器也有两个状态：一个是稳定状态，另一个是暂稳状态。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器处于稳定状态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后
11、，能够自动返回到稳定状态。 1. 电路结构单稳态触发器如图7.9（a）所示。第7章 脉冲产生与变换电路图7.9 单稳态触发器 （a） 电路；（b） 输入输出波形第7章 脉冲产生与变换电路2. 工作原理当单稳态触发器无触发脉冲信号时，输入端Ui=“1”，当直流电源+UDD接通以后，电路经过一段过渡时间后，OUT端最后稳定输出“0”，放电端D通过导通的三极管接地，电容C两端电压为零。因高电平触发端TH和放电端D直接连接，所以高电平触发端TH接地，即UTH=0UR1= ，而UTR=Ui=“1” ，根据555定时器功能可知，此时电路保持原态“0”不变，这种状态即是单稳态触发器的稳定状态，如图7.9（b
12、）所示。 第7章 脉冲产生与变换电路当单稳态触发器有触发脉冲信号（即Ui=“0” ）时，由于 =Ui=“0” ，并且UTH=0 UR1= 则触发器输出由“0”变为“1”，三极管由导通变为截止，放电端D与地断开；直流电源+UDD通过电阻R向电容C充电，电容两端电压按指数规律从零开始增加（充电时间常数=RC）；经过一个脉冲宽度时间，负脉冲消失，输入端Ui恢复为“1”，即 =Ui=“1”，由于电容两端电压UC ， 而UTH=UC ， 所以输出保持原状态“1”不变， 这种状态即是单稳态触发器的暂稳状态。 第7章 脉冲产生与变换电路当电容两端电压UC 时， UTH=UC ， 又有 ， 那么输出就由暂稳状
13、态“1”自动返回稳定状态“0”。如果继续有触发脉冲输入，就会重复上面的过程，如图7.9（b）所示。 3. 暂稳状态时间（输出脉冲宽度）暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用tW表示 。它由电路中电容两端的电压来决定，可以用三要素法求得tW1.1RC。 当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳定状态以后，tW时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用 。 第7章 脉冲产生与变换电路图7.10 定时电路1） 定时单稳态触发器可以构成定时电路；与继电器或驱动放大电路配合， 可实现自动控制、定时开关的功能，一个典型定时电路如图7.10所示。 第7章 脉冲产生
14、与变换电路当电路接通+6 V电源后，经过一段时间进入稳定状态，定时器输出OUT为低电平，继电器KA（当继电器无电流通过时，常开接点处于断路状态）无通过电流，故形不成导电回路，灯泡HL不亮。当按下按钮SB时，低电平触发端TR（外部信号输入端Ui）由接+6V电源变为接地，相当于输入一个负脉冲，使电路由稳定状态转入暂稳状态，输出OUT为高电平，继电器KA通过电流，使常开接点闭合，形成导电回路，灯泡HL发亮；暂稳定状态的出现时刻是由按钮SB何时按下决定的，它的持续时间tW（也是灯亮时间）则是由电路参数决定，若改变电路中的电阻RW或C，均可改变tW。 第7章 脉冲产生与变换电路典型延时电路如图7.11所示，与定时电路相比，其电路的主要区别是电阻和电容连接的位置不同。电路中的继电器KA为常断继电器，二极管D的作用是限幅保护。当开关SA闭合，直流电源接通，555定时器开始工作，若电容初始电压为零， 因电容两端电压不能突变，而UDD=UC+UR，所以UTH= =UR=UDD-UC=UDD，OUT = “0”，继电器常开接点保持断开；同时电源开始向电容充电，电容两端电压不断上升，而电阻两端电压对应下降，当UC ，第7章 脉冲产生与变换电路图7.11 延时电路即UTH= =UR 时，OUT = “1”，继电器常开接点闭合；电容充电至UC=UDD时结束，此
