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1、25 九月 2024117-1. 555集成定时器电路集成定时器电路17-2. 555电路的应用举电路的应用举例例25 九月 20242 概述概述 一、常见的几种脉冲信号波形一、常见的几种脉冲信号波形 “脉脉冲冲”是是指指脉脉动动和和短短促促的的意意思思。我我们们所所讨讨论论的的脉脉冲冲信信号号是是指指在在短短暂暂时时间间间间隔隔内内作作用用于于电电路路的的电电压压或或电电流流。从从广广义义来来说说,各各种种非非正正弦弦信信号号统统称称为为脉脉冲冲信信号号。脉脉冲冲信信号号的的波波形形多多种种多多样样,图图给给出出了了几几种种常常见见的的脉脉冲冲信信号号波形。波形。 25 九月 20243 图
2、17.1 几种常见的脉冲信号波形(a)矩形波；(b)方波；(c)尖脉冲；(d)锯齿波；(e)三角波；(f)阶梯波25 九月 20244 二、二、 脉冲波形参数脉冲波形参数 为为了了表表征征脉脉冲冲波波形形的的特特性性,以以便便对对它它进进行行分分析析,我我们们仅仅以以矩矩形形脉脉冲冲波波形形为为例例,介介绍绍脉脉冲冲波波形形的的参参数数。如如图图所所示示的的矩矩形形脉脉冲冲波波形形,可可用用以以下下几几个个主主要要参参数数表表示示: (1)脉冲幅度脉冲幅度Um脉冲电压的最大变化幅度；脉冲电压的最大变化幅度； (2)脉脉冲冲宽宽度度tw从从脉脉冲冲前前沿沿Um至至脉脉冲冲后后沿沿的的时间间隔；时
3、间间隔； (3)上上升升时时间间tr脉脉冲冲前前沿沿从从Um上上升升到到Um所所需需要要的时间；的时间； (4)下下降降时时间间tf脉脉冲冲后后沿沿从从Um下下降降到到Um所所需需要要的时间；的时间； 25 九月 20245 图17.2 矩形脉冲波形的参数 25 九月 20246 (5)脉脉冲冲周周期期T周周期期性性重重复复的的脉脉冲冲中中,两两个个相相邻邻脉冲上相对应点之间的时间间隔。脉冲上相对应点之间的时间间隔。 有时也用脉冲重复频率有时也用脉冲重复频率f=1/T表示，表示，f表示单位时表示单位时间内脉冲重复变化的次数。间内脉冲重复变化的次数。 25 九月 20247 17.1 555集成
4、定时器电路集成定时器电路 555定定时时器器电电路路是是一一种种中中规规模模集集成成定定时时器器，目目前前应应用用十十分分广广泛泛。通通常常只只需需外外接接几几个个阻阻容容元元件件,就就可可以以构构成成各各种种不不同同用用途途的的脉脉冲冲电电路路,如如多多谐谐振振荡荡器器、单单稳稳态态触触发器以及施密特触发器等。发器以及施密特触发器等。 555定定时时电电路路有有TTL集集成成定定时时电电路路和和CMOS集集成成定定时时电电路路,它它们们的的逻逻辑辑功功能能与与外外引引线线排排列列都都完完全全相相同同。我们以我们以CMOS集成定时器集成定时器CC7555为例进行介绍。为例进行介绍。 25 九月
5、 20248 一、电路组成一、电路组成 图图所所示示为为CC7555的的电电路路和和外外引引线线排排列列图图。由由图图17.1.1(a)可可以以看看出出,电电路路由由电电阻阻分分压压器器、电电压压比比较较器器、基基本本触触发发器器、MOS管管构构成成的的放放电电开开关关和和输输出出驱驱动动电电路路等几部分组成。等几部分组成。25 九月 20249 1.电阻分压器 电电阻阻分分压压器器由由3个个阻阻值值相相同同的的电电阻阻串串联联构构成成。它它为为两两个个比比较较器器C1和和C2提提供供基基准准电电平平。如如引引脚脚5悬悬空空,则则比比较较器器C1的的基基准准电电平平为为（2/3）UDD,比比较
6、较器器C2的的基基准准电电平平为为（1/3）UDD。如如果果在在引引脚脚5外外接接电电压压,则则可可改改变变两两个个比比较较器器C1和和C2的的基基准准电电平平。当当引引脚脚5不不外外接接电电压压时时,通通常常接接的的电电容容，再再接接地地,以以抑抑制制干干扰扰,起起稳稳定定电电阻阻上上的的分分压压比的作用。比的作用。 25 九月 202410 2.比较器 比比较较器器C1和和C2是是两两个个结结构构完完全全相相同同的的高高精精度度电电压压比比较较器器。C1的的引引脚脚6称称为为高高触触发发输输入入端端(也也称称阈阈值值输输入入端端)TH,C2的引脚的引脚2称为低触发输入端称为低触发输入端TR
7、。当。当 U6（2/3）UDD时时,C1输输出出高高电电平平,否否则则,C1输输出出低低电电平平；当当U2（1/3）UDD时时,C2输输出出低低电电平平,否否则则输输出出高高电电平平。比比较器较器C1和和C2的输出直接控制基本的输出直接控制基本RS触发器的状态。触发器的状态。 25 九月 202411图17.1.1 CC7555集成定时电路 (a)电路；(b)外引线排列图 25 九月 202412 图17.1.1 CC7555集成定时电路 (a)电路； (b)外引线排列图 25 九月 202413 3.基本RS触发器 基基本本RS触触发发器器由由两两个个或或非非门门组组成成，它它的的状状态态由
8、由两两个个比比较较器器的的输输出出控控制制。根根据据基基本本RS触触发发器器的的工工作作原原理理，就可以决定触发器输出端的状态。就可以决定触发器输出端的状态。 端端（引引脚脚4）是是专专门门设设置置的的可可由由外外电电路路置置“0”的的复复位位端端。当当 =0时时，Q=0。平平时时 =1,即即 端端可可接接+UDD端。端。 25 九月 202414 4.放电开关管和输出缓冲级 放放电电开开关关管管是是N沟沟道道增增强强型型MOS管管，其其栅栅极极受受基基本本RS触触发发器器 端端状状态态的的控控制制。若若Q=0， =1时时，放放电电管管V导通；若导通；若Q=1， =0，放电管，放电管V截止。截
9、止。 两两级级反反相相器器构构成成输输出出缓缓冲冲级级。采采用用反反相相器器是是为为了了提高电流驱动能力，同时隔离负载对定时器的影响。提高电流驱动能力，同时隔离负载对定时器的影响。 根根据据上上面面介介绍绍，现现将将555定定时时器器引引出出端端的的功功能能列列于表。于表。 25 九月 202415 表17.1.1 555定时器引出端功能说明 符号符号功能功能符号符号功能功能TH高触发断高触发断OUT输出输出底触发断底触发断复位复位D放电端放电端CO控制电压控制电压25 九月 202416 二、工作原理及特点二、工作原理及特点 综综上上所所述述，可可以以列列出出CC7555集集成成定定时时器器
10、的的功功能能表表，如如表表所所示示。CC7555定定时时器器是是一一种种功功能能强强、电电路路简简单单、使使用用十十分分灵灵活活、便便于于调调节节的的电电路路，具具有有功功耗耗低低、电电源源电电压压范范围围宽宽、输输入入阻阻抗抗极极高高、定定时时元元件件的的选选择择范范围大等特点，但输出电流比双极型围大等特点，但输出电流比双极型(如如5G555)小。小。 25 九月 202417表17.1.2 CC7555定时器功能表 25 九月 202418、单稳态触发器、单稳态触发器 单单稳稳态态触触发发器器是是一一种种只只有有一一个个稳稳定定状状态态的的电电路路,它它的的另另一一个个状状态态是是暂暂稳稳
11、态态。在在外外加加触触发发脉脉冲冲作作用用下下,电电路路能能够够从从稳稳定定状状态态翻翻转转到到暂暂稳稳状状态态,经经过过一一段段时时间间后后,靠靠电电路路自自身身的的作作用用,将将自自动动返返回回到到稳稳定定状状态态,并并在在输输出出端端获获得得一一个个脉脉冲冲宽宽度度为为tw的的矩矩形形波波。在在单单稳稳态态触触发发器器中中,输输出出的的脉脉冲冲宽宽度度tw就就是是暂暂稳稳态态的的维维持持时时间间,其其长长短短取取决决于于电电路自身的参数路自身的参数,而与触发脉冲无关。而与触发脉冲无关。 17.2 55517.2 555电路的应用举例电路的应用举例25 九月 202419 一、电路组成 图
12、图17.2.1(a)是是用用CC7555构构成成的的单单稳稳态态触触发发器器。图图中中，R、C为为外外接接定定时时元元件件,输输入入触触发发信信号号ui接接在在低低触触发发 端。端。 25 九月 202420图17.2.1 CC7555构成的单稳态触发器 (a)电路； (b)工作波形图25 九月 202421图17.2.1 CC7555构成的单稳态触发器 (a)电路； (b)工作波形图25 九月 202422 二、二、工作原理 1.电路的稳态 静静态态时时,触触发发器器信信号号ui为为高高电电平平,因因电电容容未未充充电电,故故TH端端为为低低电电平平。根根据据555定定时时电电路路工工作作原
13、原理理可可知知,基基本本RS触触发发器器处处于于保保持持状状态态。接接通通电电源源时时,可可能能Q=0,也也可可能能Q=1。如如果果Q=0， =1,放放电电管管V导导通通,电电容容C被被旁旁路路而而无无法法充充电电。因因此此电电路路就就稳稳定定在在Q=0, =1的的状状态态,输输出出uo为为低低电电平平；如如果果Q=1, =0,那那么么放放电电管管V截截止止,因因此此接接通通电电源源后后,电电路路有有一一个个逐逐渐渐稳稳定定的的过过程程：即即电电源源+UDD经经电电阻阻R对对电电容容C充电，电容两端电压充电，电容两端电压uC上升。上升。 25 九月 202423 2.在外加触发信号作用下，电路
14、从稳态翻转到暂稳态 在在触触发发脉脉冲冲uiRC。 代入上式求得代入上式求得 25 九月 202427 输输出出脉脉冲冲宽宽度度tw与与定定时时元元件件R、C大大小小有有关关,而而与与电电源源电电压压、输输入入脉脉冲冲宽宽度度无无关关,改改变变定定时时元元件件R和和C可可改改变变输输出出脉脉宽宽tw。如如果果利利用用外外接接电电路路改改变变CO端端(5号号端端)的的电电位位，则则可可以以改改变变单单稳稳态态电电路路的的翻翻转转电电平平，使使暂暂稳稳态态持持续时间续时间tw改变。改变。 注注意意,为为了了使使电电路路正正常常工工作作,要要求求外外加加触触发发脉脉冲冲ui的的宽宽度度应应小小于于输
15、输出出脉脉宽宽tw，且且负负脉脉冲冲ui的的数数值值一一定定要要低低于于（1/3）UDD。 25 九月 202428 四、四、单稳态触发器的应用 单单稳稳态态触触发发器器是是常常见见的的脉脉冲冲基基本本单单元元电电路路之之一一,它它被被广泛的用作脉冲的定时和延时。广泛的用作脉冲的定时和延时。 1.脉冲的定时 由由于于单单稳稳态态触触发发器器能能产产生生一一定定宽宽度度tw的的矩矩形形输输出出脉脉冲冲,利利用用这这个个矩矩形形脉脉冲冲去去控控制制某某电电路路，使使它它在在tw时时间间内内动动作作(或或不不动动作作),这这就就是是脉脉冲冲的的定定时时。如如图图17.2.2(a)所所示示是是利利用用
16、输输出出宽宽度度为为tw的的矩矩形形脉脉冲冲作作为为与与门门输输入入信信号号之之一一,只只有有在在tw时时间间内内,与与门门才才开开门门,信信号号A才才能能通通过过与与门门，如如图图17.2.2(b)所示。所示。 25 九月 202429图17.2.2 单稳态电路的定时作用 (a)逻辑图；(b)波形图 25 九月 202430图17.2.2 单稳态电路的定时作用 (a)逻辑图；(b)波形图 25 九月 202431 2.脉冲的延时 图图17.2.3(a)所所示示电电路路利利用用单单稳稳态态电电路路的的输输出出uo作作为为其其它它电电路路的的触触发发信信号号。由由图图17.2.3(b)可可见见,
17、uo的的下下降降沿沿比比输输入入触触发发信信号号ui的的下下降降沿沿延延迟迟了了tw。因因此此，利利用用uo下下降降沿沿去去触触发发其其它它电电路路(例例如如JK触触发发器器),比比用用ui下下降降沿沿触触发发时时延延迟迟了了tw时时间间,这这就就是是单单稳稳态态电电路路的的延延时时作作用用。 25 九月 202432图单稳态电路的延时作用 (a)逻辑图 ；(b)波形图 25 九月 202433图单稳态电路的延时作用 (a)逻辑图 ；(b)波形图 25 九月 20243417.2.2 多谐振荡器 在在数数字字电电路路中中,常常常常需需要要一一种种不不需需外外加加触触发发脉脉冲冲就就能能够够产产
18、生生具具有有一一定定频频率率和和幅幅度度的的矩矩形形波波的的电电路路。由由于于矩矩形形波波中中除除基基波波外外,还还含含有有丰丰富富的的高高次次谐谐波波成成分分,因因此此我我们们称称这这种种电电路路为为多多谐谐振振荡荡器器。它它常常常常用用作作脉脉冲冲信信号号源源。多多谐谐振振荡荡器器没没有有稳稳态态,只只具具有有两两个个暂暂稳稳态态,在在自自身身因因素素的作用下的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换。电路就在两个暂稳态之间来回转换。 25 九月 202435 一、一、 电路组成 图图17.2.4(a)所所示示为为由由CC7555集集成成定定时时器器构构成成的的多多谐谐振振荡荡器器。电电路路
19、中中将将高高电电平平触触发发端端TH和和低低电电平平触触发发端端 短短接接，并并在在放放电电回回路路中中串串入入电电阻阻R2。这这里里的的R1、R2和和C为为外外接接电电阻阻和和电电容容,它它们们均均是是定定时时元元件件。图图17.2.4(b)为工作波形。为工作波形。 25 九月 202436图17.2.4 CC7555构成的多谐振荡器 (a)电路；(b)工作波形图25 九月 202437图构成的多谐振荡器 (a)电路；(b)工作波形图25 九月 202438 二、二、 工作原理 由于接通电源后由于接通电源后,电容器两端电压电容器两端电压uC=0,故故TH端与端与 端端均均为为低低电电平平,R
20、S触触发发器器置置1(Q=1， =0),输输出出uo为为高高电电平平,放放电电管管V截截止止。当当电电源源刚刚接接通通时时,电电源源经经R1、R2对对电电容容C充充电电,使使其其电电压压uC按按指指数数规规律律上上升升,当当uC上上升升到到(2/3)UDD时时,则则RS触触发发器器置置0(Q=0, =1),输输出出uo为为低低电电平平,放放电电管管V导导通通,我我们们把把uC从从(1/3)UDD上上升升到到(2/3)UDD这这段段时时间间内内电电路路的的状状态态称称为为第第一一暂暂稳稳态态,其其维维持持时时间间t1的的长长短与电容的充电时间有关。充电时间常数短与电容的充电时间有关。充电时间常数
21、充充=(R1+R2)C。 25 九月 202439 由由于于放放电电管管V导导通通,电电容容C通通过过电电阻阻R2和和放放电电管管放放电电,电电路路进进入入第第二二暂暂稳稳态态。放放电电时时间间常常数数放放=R2C。随随着着C的的放放电电,uC下下降降,当当uC下下降降到到（1/3）UDD时时,RS触触发发器器置置1(Q=1， =0),输输出出uo高高电电平平,放放电电管管V截截止止,电电容容C放放电电结结束束,UDD再再次次对对电电容容C充充电电,电电路路又又翻翻转转到到第第一一暂暂稳态。如此反复稳态。如此反复,则输出可得矩形波形。则输出可得矩形波形。 25 九月 202440 由由以以上上
22、分分析析可可知知：电电路路靠靠电电容容C充充电电来来维维持持第第一一暂暂稳稳态态,其其持持续续时时间间即即为为t1。电电路路靠靠电电容容C放放电电来来维维持持第第二二暂暂稳稳态态,其其持持续续时时间间为为t2。电电路路一一旦旦起起振振后后,uC电电压压总总是在是在(1/32/3)UDD之间变化。之间变化。 25 九月 202441 三、 电路振荡周期T 电路振荡周期电路振荡周期T按下式计算：按下式计算： t1由电容由电容C充电过程来决定。其中充电过程来决定。其中: 则 25 九月 202442t2由电容由电容C放电过程来决定。其中放电过程来决定。其中: 则 电路振荡频率 25 九月 20244
23、3 显显然然，改改变变R1、R2和和C的的值值,就就可可以以改改变变振振荡荡器器的的频频率率。如如果果利利用用外外接接电电路路改改变变CO端端(5号号端端)的的电电位位，则则可可以以改改变变多多谐谐振振荡荡器器高高触触发发端端的的电电平平，从从而而改改变变振振荡荡周周期期T。 图图所所示示的的多多谐谐振振荡荡器器电电路路,由由于于电电容容充充、放放电电途途径径不不同同,因因而而C的的充充电电和和放放电电时时间间常常数数不不同同,使使输输出出脉脉冲冲的的宽宽度度t1和和t2也也不不同同。在在实实际际应应用用中中,常常常常需需要要调调节节t1和和t2。在在此此，引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为
24、引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为 25 九月 202444 将将图图所所示示电电路路稍稍加加改改动动,就就可可得得到到占占空空比比可可调调的的多多谐谐振振荡荡器器,如如图图所所示示。在在图图中中加加了了位位器器Rw,并并利利用用二二极极管管V1和和V2将将电电容容C的的充充电电回回路路分分开开,充充电电回回路路为为R1、V1和和C,放电回路为放电回路为C、V2和和R2。该电路的振荡周期为。该电路的振荡周期为 调节电位器w,即可改变R1和R2的值,并使占空比D得到调节,当R1=R2时,D=1/2(此时,t1=t2),电路输出方波。 25 九月 202445 图17.2.5 占空比可调的振荡器
25、 25 九月 20244617.2.3 施密特触发器施密特触发器 施施密密特特触触发发器器是是数数字字系系统统中中常常用用的的电电路路之之一一,它它可可以以把把变变化化缓缓慢慢的的脉脉冲冲波波形形变变换换成成为为数数字字电电路路所所需需要要的的矩形脉冲。矩形脉冲。 施施密密特特电电路路的的特特点点在在于于它它也也有有两两个个稳稳定定状状态态,但但与与一一般般触触发发器器的的区区别别在在于于这这两两个个稳稳定定状状态态的的转转换换需需要要外外加加触触发发信信号号,而而且且稳稳定定状状态态的的维维持持也也要要依依赖赖于于外外加加触触发发信号信号,因此它的触发方式是电平触发。因此它的触发方式是电平触
26、发。25 九月 202447 一、电路组成 图图17.2.6(a)是是用用CC7555构构成成的的施施密密特特触触发发器器。它它将将高高触触发发端端TH和和低低触触发发端端 连连接接在在一一起起作作为为电电路路输输入端。入端。 25 九月 202448 图17.2.6 CC7555构成的施密特触发器(a)电路；(b)工作波形；(c)电压传输特性曲线25 九月 202449 二、工作原理 当输入信号当输入信号ui（1/3）UDD时时,基本基本RS触发器置触发器置1,即即 =0,Q=1，输输出出uo为为高高电电平平;若若ui增增加加,使使得得(1/3)UDDui(2/3)UDD时时,电电路路维维持
27、持原原态态不不变变,输输出出uo仍仍为为高高电电平平;如如果果 输输 入入 信信 号号 增增 加加 到到 ui(2/3)UDD时时 ,RS触触 发发 器器 置置 0,即即 Q=0, =1,输出输出uo为低电平为低电平;ui再增加再增加,只要满足只要满足 ui(2/3)UDD,电电路路维维持持该该状状态态不不变变。若若ui下下降降，只只要要满满足足（1/3）UDDui(2/3)UDD,电电路路状状态态仍仍然然维维持持不不变变;只只有有当当ui=(1/3)UDD时时,触触发发器器再再次次置置1,电电路路又又翻翻转转回回输输出出为为高高电平的状态电平的状态,工作波形如图工作波形如图17.2.6(b)
28、所示。所示。 25 九月 202450 图17.2.6 CC7555构成的施密特触发器(a)电路；(b)工作波形；(c)电压传输特性曲线25 九月 202451 图17.2.6 CC7555构成的施密特触发器(a)电路；(b)工作波形；(c)电压传输特性曲线25 九月 202452 显显然然,555定定时时器器构构成成的的施施密密特特触触发发器器,ui上上升升时时引引起起电电路路状状态态改改变变,由由输输出出高高电电平平翻翻转转为为输输出出低低电电平平的的输输入入电电压压称称为为上上限限触触发发门门坎坎电电平平UT+=（2/3）UDD;下下降降时时引引起起电电路路由由输输出出低低电电平平翻翻转
29、转为为输输出出高高电电平平的的输输入入电电压压称称为为下下限限触触发电平发电平UT-=（1/3）UDD。两者之差称为回差电压，即。两者之差称为回差电压，即 25 九月 202453 施施密密特特触触发发器器的的电电压压传传输输特特性性称称为为回回差差特特性性，如如图图17.2.6(c)所所示示。回回差差特特性性是是施施密密特特触触发发器器的的固固有有特特性性。在在实实际际应应用用中中,可可根根据据实实际际需需要要增增大大或或减减小小回回差差电电压压UT。在在图图所所示示电电路路中中,如如在在控控制制电电压压端端(引引脚脚5)外外加加一电压，则可达到改变回差电压的目的。一电压，则可达到改变回差电
30、压的目的。 25 九月 202454 三、施密特触发器的应用 施施密密特特触触发发器器的的用用途途十十分分广广泛泛,它它主主要要用用于于波波形形变变化、脉冲波形的整形及脉冲幅度鉴别等。化、脉冲波形的整形及脉冲幅度鉴别等。 1.波形变换 将变化缓慢的非矩形波变换为矩形波，如图所示。将变化缓慢的非矩形波变换为矩形波，如图所示。 25 九月 202455图17.2.7 波形变换图波形的整形 25 九月 202456 2.脉冲整形 将将一一个个不不规规则则的的或或者者在在信信号号传传送送过过程程中中受受到到干干扰扰而而变变坏坏的的波波形形经经过过施施密密特特电电路路，可可以以得得到到良良好好的的波波形形,这就是施密特电路的整形功能，如图所示。这就是施密特电路的整形功能，如图所示。25 九月 202457 图17.2.8 波形的整形 25 九月 202458 3.脉冲幅度鉴别 利利用用施施密密特特电电路路,可可以以从从输输入入幅幅度度不不等等的的一一串串脉脉冲冲中中,去去掉掉幅幅度度较较小小的的脉脉冲冲,保保留留幅幅度度超超过过UT+的的脉脉冲冲,这这就就是幅度鉴别，如图所示。是幅度鉴别，如图所示。 25 九月 202459 图脉冲幅度鉴别 25 九月 202460l作业：作业：P277
