第 13章 脉冲产生电路和定时电路第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.1 概述
13.2 555集成定时器电路
13.3 单稳态触发器
13.4 多谐振荡器
13.5 施密特触发器第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.1 概述
13.1.1常见的几种脉冲信号波形
,脉冲,是指脉动和短促的意思 。 我们所讨论的脉冲信号是指在短暂时间间隔内作用于电路的电压或电流 。 从广义来说,各种非正弦信号统称为脉冲信号 。 脉冲信号的波形多种多样,图 13.1给出了几种常见的脉冲信号波形 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
( a ) ( b )
( c ) ( d )
( e ) ( f )
图 13.1
(a)矩形波； (b)方波； (c)尖脉冲； (d)锯齿波； (e)三角波； (f)阶梯波第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.1.2
为了表征脉冲波形的特性,以便对它进行分析,我们仅以矩形脉冲波形为例,介绍脉冲波形的参数 。 如图
13.2所示的矩形脉冲波形,可用以下几个主要参数表示,
(1)脉冲幅度 Um—— 脉冲电压的最大变化幅度；
(2)脉冲宽度 tw——从脉冲前沿 0.5Um至脉冲后沿
0.5Um的时间间隔；
(3)上升时间 tr——脉冲前沿从 0.1Um上升到 0.9Um所需
(4)下降时间 tf—— 脉冲后沿从 0.9Um下降到 0.1Um所需要的时间；
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
r
t
f
T
U
m
t
w
0,9 U
m
0,5 U
m
0,1 U
m
图 13.2 矩形脉冲波形的参数第 13章 脉冲产生电路和定时电路
(5)脉冲周期 T——周期性重复的脉冲中,两个相邻脉冲上相对应点之间的时间间隔 。
有时也用脉冲重复频率 f=1/T表示,f表示单位时间内脉冲重复变化的次数。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2 555集成定时器电路
555定时器电路是一种中规模集成定时器,目前应用十分广泛 。 通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器,单稳态触发器以及施密特触发器等 。
555定时电路有 TTL集成定时电路和 CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同 。 我们以 CMOS集成定时器 CC7555为例进行介绍 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2.1
图 13.3所示为 CC7555的电路和外引线排列图 。 由图 13.3(a)可以看出,电路由电阻分压器,电压比较器,
基本触发器,MOS管构成的放电开关和输出驱动电路等几部分组成 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
1.电阻分压器电阻分压器由 3个阻值相同的电阻串联构成 。 它为两个比较器 C1和 C2提供基准电平 。 如引脚 5悬空,则比较器 C1的基准电平为 （ 2/3） UDD,比较器 C2的基准电平为
（ 1/3） UDD。 如果在引脚 5外接电压,则可改变两个比较器 C1和 C2的基准电平 。 当引脚 5不外接电压时,通常接
0.01μF的电容,再接地,以抑制干扰,起稳定电阻上的分压比的作用 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.
比较器 C1和 C2是两个结构完全相同的高精度电压比较器 。 C1 的引脚 6称为高触发输入端 (也称阈值输入端 )TH,C2的引脚 2称为低触发输入端 TR。 当
U6>（ 2/3） UDD时,C1输出高电平,否则,C1输出低电平；当
U2>（ 1/3） UDD时,C2输出低电平,否则输出高电平 。 比较器 C1和 C2的输出直接控制基本 RS触发器的状态 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
1
R
＋
－
C
2
≥ 1 ≥ 1 1 1
R
＋
－
C
1
≥ 1
R
( 8 ) U
DD
( 4 ) R
Q
Q
O U T
( 3 )
( 6 )
TH
( 5 )
CO
B
( 2 )
TR
( 7 )
D
( 1 )
U
SS
V
( a )
图 13.3 CC7555
(a)电路； (b)外引线排列图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.3 CC7555
(a)电路； (b)外引线排列图
SS
TR
O U T
R
D
TH
CO
1
2
3
4
8
7
6
5
( b )
U
DD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.基本 RS触发器基本 RS触发器由两个或非门组成,它的状态由两个比较器的输出控制 。 根据基本 RS触发器的工作原理,
就可以决定触发器输出端的状态 。
端 （ 引脚 4） 是专门设置的可由外电路置,0”的复位端 。 当 =0时,Q=0。 平时 =1,即 端可接
+UDD端 。
R
R R R
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
4.放电开关管和输出缓冲级放电开关管是 N沟道增强型 MOS管,其栅极受基本 RS触发器 端状态的控制 。 若 Q=0,=1时,放电管 V导通；若 Q=1,=0,放电管 V截止 。
两级反相器构成输出缓冲级 。 采用反相器是为了提高电流驱动能力,同时隔离负载对定时器的影响 。
根据上面介绍,现将 555定时器引出端的功能列于表 13.1。
Q Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路表 13.1 555定时器引出端功能说明符号 功能 符号 功能
TH 高触发断 OUT 输出底触发断 复位
D 放电端 CO 控制电压
TR R
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2.2
综上所述,可以列出 CC7555集成定时器的功能表,
如表 13.2所示 。 CC7555定时器是一种功能强,电路简单,使用十分灵活,便于调节的电路,具有功耗低,
电源电压范围宽,输入阻抗极高,定时元件的选择范围大等特点,但输出电流比双极型 (如 5G555)小 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路表 13.2 CC7555定时器功能表第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3
单稳态触发器是一种只有一个稳定状态的电路,它的另一个状态是暂稳态 。 在外加触发脉冲作用下,电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态,经过一段时间后,靠电路自身的作用,将自动返回到稳定状态,并在输出端获得一个脉冲宽度为 tw的矩形波 。 在单稳态触发器中,输出的脉冲宽度 tw就是暂稳态的维持时间,其长短取决于电路自身的参数,而与触发脉冲无关 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.1
图 13.4(a)是用 CC7555构成的单稳态触发器 。 图中,
R,C为外接定时元件,输入触发信号 ui接在低触发端 。TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
i
C
u
C
R
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
图 13.4 CC7555
(a)电路； (b)工作波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.4 CC7555
(a)电路； (b)工作波形图
( b )
t
U
DD
1
3
u
i
( S )
o
t
u
o
o
t
u
C
o
t
w
U
DD
U
DD
2
3
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.2
1.
静态时,触发器信号 ui为高电平,因电容未充电,故 TH
端为低电平 。 根据 555定时电路工作原理可知,基本 RS触发器处于保持状态 。 接通电源时,可能 Q=0,也可能 Q=1。
如果 Q=0,=1,放电管 V导通,电容 C被旁路而无法充电 。
因此电路就稳定在 Q=0,=1的状态,输出 uo为低电平；
如果 Q=1,=0,那么放电管 V截止,因此接通电源后,电路有一个逐渐稳定的过程：即电源 +UDD经电阻 R对电容 C
充电,电容两端电压 uC上升 。
Q
Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.在外加触发信号作用下,电路从稳态翻转到暂在触发脉冲 ui<（ 1/3） UDD作用下,由于电容未被充电,uC=0,故基本 RS触发器翻转为 1态,即 Q=1，
Q=0,输出 uo为高电平,放电管 V截止,电路进入暂稳态,定时开始 。
,电源 +UDD→ R→ C→ 地,对电容充电,充电时间常数 τ=RC,uC按指数规律上升,趋向
+UDD值 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.
当电容两端电压 uC上升到 (2/3)UDD后,TH端为高电平,（ 此时触发脉冲已消失,TR端为高电平 ）,则基本 RS触发器又被置 0（ Q=0,=1）,输出 uo变为低电平,放电管 V导通,定时电容 C充电结束,即暂稳态结束 。
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
4.
由于放电管 V导通,电容 C经放电管放电,uC迅速下降到 0。 这时,TH端为低电平,端为高电平,基本 RS
触发器状态不变,保持 Q=0,=1,输出 uo为低电平 。 电路恢复到稳态时的 uC=0,uo为低电平的状态 。
个触发脉冲到来时,又重复上述过程 。 工作波形图如图
13.4（ b） 所示 。
TR
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.3 输出脉冲宽度 tw
RCRC
UU
U
RCt
UtuuUu
tuu
uu
t
DDDD
DD
W
DDWCCDDC
WCC
CC
W
1.13ln
)3/2(
0
ln
3
2
)(,0)0(,)(
)()(
)0()(
ln
式中,τ>RC。
代入上式求得第 13章 脉冲产生电路和定时电路输出脉冲宽度 tw与定时元件 R,C大小有关,而与电源电压,输入脉冲宽度无关,改变定时元件 R和 C可改变输出脉宽 tw。 如果利用外接电路改变 CO端 (5号端 )的电位,则可以改变单稳态电路的翻转电平,使暂稳态持续时间 tw改变 。
注意,为了使电路正常工作,要求外加触发脉冲 ui的宽度应小于输出脉宽 tw,且负脉冲 ui的数值一定要低于
（ 1/3） UDD。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.4单稳态触发器的应用单稳态触发器是常见的脉冲基本单元电路之一,它被广泛的用作脉冲的定时和延时 。
1.脉冲的定时由于单稳态触发器能产生一定宽度 tw的矩形输出脉冲,利用这个矩形脉冲去控制某电路,使它在 tw时间内动作 (或不动作 ),这就是脉冲的定时 。 如图 13.5(a)所示是利用输出宽度为 tw的矩形脉冲作为与门输入信号之一,只有在 tw时间内,与门才开门,信号 A才能通过与门,如图 1
３,5(b)所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路单稳态电路
&
A
B
u
i
u
o
( a )
图 13.5
(a)逻辑图； (b)波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.5
(a)逻辑图； (b)波形图
( b )
t
A
o
t
w
t
u
o
o
t
B
o
t
u
i
o
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.脉冲的延时图 13.6(a)所示电路利用单稳态电路的输出 uo作为其它电路的触发信号 。 由图 13.6(b)可见,uo的下降沿比输入触发信号 ui的下降沿延迟了 tw。 因此,利用 uo下降沿去触发其它电路 (例如 JK触发器 ),比用 ui下降沿触发时延迟了 tw时间,这就是单稳态电路的延时作用 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
i
R
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
C
1
1
1
1
Q
Q
S
1J
C1
1K
R
图 13.6
(a)逻辑图 ； (b)波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.6
(a)逻辑图 ； (b)波形图( b )
t
u
i
o
t
w
t
u
o
o
t
o
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4 多谐振荡器在数字电路中,常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波的电路 。 由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波成分,因此我们称这种电路为多谐振荡器 。 它常常用作脉冲信号源 。
,只具有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.1
图 13.7(a)所示为由 CC7555集成定时器构成的多谐振荡器 。 电路中将高电平触发端 TH和低电平触发端短接,并在放电回路中串入电阻 R2。 这里的 R1、
R2和 C为外接电阻和电容,它们均是定时元件 。 图 13.7(b)
为工作波形 。
TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
C
C
R
1
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
R
2
图 13.7 CC7555构成的多谐振荡器
(a)电路； (b)工作波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.7 CC7555构成的多谐振荡器
(a)电路； (b)工作波形图
( b )
t
u
o
o
t
u
C
o
t
2
U
DD
U
DD
1
3
t
1
2
3
U
DD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.2 工作原理由于接通电源后,电容器两端电压 uC=0,故 TH端与端均为低电平,RS触发器置 1(Q=1,=0),输出 uo为高电平,放电管 V截止 。 当电源刚接通时,电源经 R1,R2对电容 C充电,使其电压 uC 按指数规律上升,当 uC 上升到
(2/3)UDD时,则 RS触发器置 0(Q=0,=1),输出 uo为低电平,
放电管 V导通,我们把 uC从 (1/3)UDD上升到 (2/3)UDD这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间 t1的长短与电容的充电时间有关 。 充电时间常数 τ充 =(R1+R2)C。
TR Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路由于放电管 V导通,电容 C通过电阻 R2和放电管放电,
电路进入第二暂稳态 。 放电时间常数 τ放 =R2C。 随着 C
的放电,uC下降,当 uC下降到 （ 1/3） UDD时,RS触发器置
1(Q=1,=0),输出 uo高电平,放电管 V截止,电容 C放电结束,UDD再次对电容 C充电,电路又翻转到第一暂稳态 。
如此反复,则输出可得矩形波形 。
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路由以上分析可知：电路靠电容 C充电来维持第一暂稳态,其持续时间即为 t1。 电路靠电容 C放电来维持第二暂稳态,其持续时间为 t2。 电路一旦起振后,uC电压总是在 (1/3~2/3)UDD之间变化 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.3 电路振荡周期 T
电路振荡周期 T按下式计算：
CRR
CRR
UU
UU
CRRt
CRR
Uu
Uu
ttT
DDDD
DDDD
DDC
DDC
）（
）（
）（
）（
充
21
21
211
21
21
7.0
2ln
3/2
3/1
ln
)(
3
1
)0(
t1由电容 C充电过程来决定。其中,
则第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t2由电容 C放电过程来决定。其中,
CR
u
Uu
C
DDC
2
0)(
3
2
)0(
放
则
CRRCRR
Tf
CRRCRCRRttT
CRCR
U
U
CRt
DD
DD
)2(
43.1
)2(7.0
1
/1
)2(7.07.0)(7.0
7.02ln
3/10
3/20
ln
2121
2122121
2222
电路振荡频率第 13章 脉冲产生电路和定时电路显然,改变 R1,R2和 C的值,就可以改变振荡器的频率 。 如果利用外接电路改变 CO端 (5号端 )的电位,则可以改变多谐振荡器高触发端的电平,从而改变振荡周期
T。
图 13.7所示的多谐振荡器电路,由于电容充,放电途径不同,因而 C的充电和放电时间常数不同,使输出脉冲的宽度 t1和 t2也不同 。 在实际应用中,常常需要调节 t1和 t2。
在此,引进占空比的概念 。 输出脉冲的占空比为
21
21
21
1
2 RR
RR
tt
tD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路将图 13.7所示电路稍加改动,就可得到占空比可调的多谐振荡器,如图 13.8所示 。 在图 13.8中加了位器 Rw,
并利用二极管 V1和 V2将电容 C的充电回路分开,充电回路为 R1,V1和 C,放电回路为 C,V2和 R2。 该电路的振荡周期为
21
1
21
1
2121 7.07.07.0
RR
R
tt
t
D
CRRttT
）（放充
调节电位器 Ｒ 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 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
C
R
A
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
V
1
V
2
R
w
R
B
R
1
R
2
图 13.8 占空比可调的振荡器第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5 施密特触发器施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲 。
施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此它的触发方式是电平触发 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.1电路组成图 13.9(a)是用 CC7555构成的施密特触发器 。 它将高触发端 TH和低触发端 连接在一起作为电路输入端 。TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.2工作原理当输入信号 ui<（ 1/3） UDD时,基本 RS触发器置 1,即
=0,Q=1,输出 uo为高电平 ;若 ui增加,使得 (1/3)UDD＜ ui
＜ (2/3)UDD时,电路维持原态不变,输出 uo仍为高电平 ;如果输入信号增加到 ui≥(2/3)UDD时,RS触发器置 0,即 Q=0,
=1,输出 uo为低电平 ;ui再增加,只要满足
ui≥(2/3)UDD,电路维持该状态不变 。 若 ui下降,只要满足
（ 1/3） UDD＜ ui＜ (2/3)UDD,电路状态仍然维持不变 ;只有当 ui=(1/3)UDD时,触发器再次置 1,电路又翻转回输出为高电平的状态,工作波形如图 13.9(b)所示 。
Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
( a )
U
DD
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
u
i
图 13.9 CC7555构成的施密特触发器
(a)电路； (b)工作波形； (c)电压传输特性曲线第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.9 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
( b )
t
u
o
o
U
DD
U
DD
1
3
2
3
t
u
i
o
U
T ＋
U
T －
第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.9 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
( c )
u
i
u
o
o
U
T ＋
U
T －
第 13章 脉冲产生电路和定时电路显然,555定时器构成的施密特触发器,ui上升时引起电路状态改变,由输出高电平翻转为输出低电平的输入电压称为上限触发门坎电平 UT+=（ 2/3） UDD;下降时引起电路由输出低电平翻转为输出高电平的输入电压称为下限触发电平 UT-=（ 1/3） UDD。 两者之差称为回差电压,即第 13章 脉冲产生电路和定时电路施密特触发器的电压传输特性称为回差特性,如图 13.9(c)所示 。 回差特性是施密特触发器的固有特性 。
在实际应用中,可根据实际需要增大或减小回差电压
ΔUT。 在图 13.9所示电路中,如在控制电压端 (引脚 5)外加一电压,则可达到改变回差电压的目的 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.3施密特触发器的应用施密特触发器的用途十分广泛,它主要用于波形变化,脉冲波形的整形及脉冲幅度鉴别等 。
1.
将变化缓慢的非矩形波变换为矩形波，如图 13.10
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
U
T ＋
U
T －
u
i
o
t
u
o
o
图 13.10 波形变换图 13.11波形的整形第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.
将一个不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路,可以得到良好的波形,
这就是施密特电路的整形功能,如图 13.11所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
U
T ＋
U
T －
u
i
o
t
u
o
o
图 13.11 波形的整形第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.脉冲幅度鉴别利用施密特电路,可以从输入幅度不等的一串脉冲中,去掉幅度较小的脉冲,保留幅度超过 UT+的脉冲,这就是幅度鉴别,如图 13.12所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
u
o
o
t
u
i
o
图 13.12 脉冲幅度鉴别
13.1 概述
13.2 555集成定时器电路
13.3 单稳态触发器
13.4 多谐振荡器
13.5 施密特触发器第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.1 概述
13.1.1常见的几种脉冲信号波形
,脉冲,是指脉动和短促的意思 。 我们所讨论的脉冲信号是指在短暂时间间隔内作用于电路的电压或电流 。 从广义来说,各种非正弦信号统称为脉冲信号 。 脉冲信号的波形多种多样,图 13.1给出了几种常见的脉冲信号波形 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
( a ) ( b )
( c ) ( d )
( e ) ( f )
图 13.1
(a)矩形波； (b)方波； (c)尖脉冲； (d)锯齿波； (e)三角波； (f)阶梯波第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.1.2
为了表征脉冲波形的特性,以便对它进行分析,我们仅以矩形脉冲波形为例,介绍脉冲波形的参数 。 如图
13.2所示的矩形脉冲波形,可用以下几个主要参数表示,
(1)脉冲幅度 Um—— 脉冲电压的最大变化幅度；
(2)脉冲宽度 tw——从脉冲前沿 0.5Um至脉冲后沿
0.5Um的时间间隔；
(3)上升时间 tr——脉冲前沿从 0.1Um上升到 0.9Um所需
(4)下降时间 tf—— 脉冲后沿从 0.9Um下降到 0.1Um所需要的时间；
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
r
t
f
T
U
m
t
w
0,9 U
m
0,5 U
m
0,1 U
m
图 13.2 矩形脉冲波形的参数第 13章 脉冲产生电路和定时电路
(5)脉冲周期 T——周期性重复的脉冲中,两个相邻脉冲上相对应点之间的时间间隔 。
有时也用脉冲重复频率 f=1/T表示,f表示单位时间内脉冲重复变化的次数。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2 555集成定时器电路
555定时器电路是一种中规模集成定时器,目前应用十分广泛 。 通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器,单稳态触发器以及施密特触发器等 。
555定时电路有 TTL集成定时电路和 CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同 。 我们以 CMOS集成定时器 CC7555为例进行介绍 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2.1
图 13.3所示为 CC7555的电路和外引线排列图 。 由图 13.3(a)可以看出,电路由电阻分压器,电压比较器,
基本触发器,MOS管构成的放电开关和输出驱动电路等几部分组成 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
1.电阻分压器电阻分压器由 3个阻值相同的电阻串联构成 。 它为两个比较器 C1和 C2提供基准电平 。 如引脚 5悬空,则比较器 C1的基准电平为 （ 2/3） UDD,比较器 C2的基准电平为
（ 1/3） UDD。 如果在引脚 5外接电压,则可改变两个比较器 C1和 C2的基准电平 。 当引脚 5不外接电压时,通常接
0.01μF的电容,再接地,以抑制干扰,起稳定电阻上的分压比的作用 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.
比较器 C1和 C2是两个结构完全相同的高精度电压比较器 。 C1 的引脚 6称为高触发输入端 (也称阈值输入端 )TH,C2的引脚 2称为低触发输入端 TR。 当
U6>（ 2/3） UDD时,C1输出高电平,否则,C1输出低电平；当
U2>（ 1/3） UDD时,C2输出低电平,否则输出高电平 。 比较器 C1和 C2的输出直接控制基本 RS触发器的状态 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
1
R
＋
－
C
2
≥ 1 ≥ 1 1 1
R
＋
－
C
1
≥ 1
R
( 8 ) U
DD
( 4 ) R
Q
Q
O U T
( 3 )
( 6 )
TH
( 5 )
CO
B
( 2 )
TR
( 7 )
D
( 1 )
U
SS
V
( a )
图 13.3 CC7555
(a)电路； (b)外引线排列图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.3 CC7555
(a)电路； (b)外引线排列图
SS
TR
O U T
R
D
TH
CO
1
2
3
4
8
7
6
5
( b )
U
DD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.基本 RS触发器基本 RS触发器由两个或非门组成,它的状态由两个比较器的输出控制 。 根据基本 RS触发器的工作原理,
就可以决定触发器输出端的状态 。
端 （ 引脚 4） 是专门设置的可由外电路置,0”的复位端 。 当 =0时,Q=0。 平时 =1,即 端可接
+UDD端 。
R
R R R
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
4.放电开关管和输出缓冲级放电开关管是 N沟道增强型 MOS管,其栅极受基本 RS触发器 端状态的控制 。 若 Q=0,=1时,放电管 V导通；若 Q=1,=0,放电管 V截止 。
两级反相器构成输出缓冲级 。 采用反相器是为了提高电流驱动能力,同时隔离负载对定时器的影响 。
根据上面介绍,现将 555定时器引出端的功能列于表 13.1。
Q Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路表 13.1 555定时器引出端功能说明符号 功能 符号 功能
TH 高触发断 OUT 输出底触发断 复位
D 放电端 CO 控制电压
TR R
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.2.2
综上所述,可以列出 CC7555集成定时器的功能表,
如表 13.2所示 。 CC7555定时器是一种功能强,电路简单,使用十分灵活,便于调节的电路,具有功耗低,
电源电压范围宽,输入阻抗极高,定时元件的选择范围大等特点,但输出电流比双极型 (如 5G555)小 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路表 13.2 CC7555定时器功能表第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3
单稳态触发器是一种只有一个稳定状态的电路,它的另一个状态是暂稳态 。 在外加触发脉冲作用下,电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态,经过一段时间后,靠电路自身的作用,将自动返回到稳定状态,并在输出端获得一个脉冲宽度为 tw的矩形波 。 在单稳态触发器中,输出的脉冲宽度 tw就是暂稳态的维持时间,其长短取决于电路自身的参数,而与触发脉冲无关 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.1
图 13.4(a)是用 CC7555构成的单稳态触发器 。 图中,
R,C为外接定时元件,输入触发信号 ui接在低触发端 。TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
i
C
u
C
R
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
图 13.4 CC7555
(a)电路； (b)工作波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.4 CC7555
(a)电路； (b)工作波形图
( b )
t
U
DD
1
3
u
i
( S )
o
t
u
o
o
t
u
C
o
t
w
U
DD
U
DD
2
3
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.2
1.
静态时,触发器信号 ui为高电平,因电容未充电,故 TH
端为低电平 。 根据 555定时电路工作原理可知,基本 RS触发器处于保持状态 。 接通电源时,可能 Q=0,也可能 Q=1。
如果 Q=0,=1,放电管 V导通,电容 C被旁路而无法充电 。
因此电路就稳定在 Q=0,=1的状态,输出 uo为低电平；
如果 Q=1,=0,那么放电管 V截止,因此接通电源后,电路有一个逐渐稳定的过程：即电源 +UDD经电阻 R对电容 C
充电,电容两端电压 uC上升 。
Q
Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.在外加触发信号作用下,电路从稳态翻转到暂在触发脉冲 ui<（ 1/3） UDD作用下,由于电容未被充电,uC=0,故基本 RS触发器翻转为 1态,即 Q=1，
Q=0,输出 uo为高电平,放电管 V截止,电路进入暂稳态,定时开始 。
,电源 +UDD→ R→ C→ 地,对电容充电,充电时间常数 τ=RC,uC按指数规律上升,趋向
+UDD值 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.
当电容两端电压 uC上升到 (2/3)UDD后,TH端为高电平,（ 此时触发脉冲已消失,TR端为高电平 ）,则基本 RS触发器又被置 0（ Q=0,=1）,输出 uo变为低电平,放电管 V导通,定时电容 C充电结束,即暂稳态结束 。
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
4.
由于放电管 V导通,电容 C经放电管放电,uC迅速下降到 0。 这时,TH端为低电平,端为高电平,基本 RS
触发器状态不变,保持 Q=0,=1,输出 uo为低电平 。 电路恢复到稳态时的 uC=0,uo为低电平的状态 。
个触发脉冲到来时,又重复上述过程 。 工作波形图如图
13.4（ b） 所示 。
TR
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.3 输出脉冲宽度 tw
RCRC
UU
U
RCt
UtuuUu
tuu
uu
t
DDDD
DD
W
DDWCCDDC
WCC
CC
W
1.13ln
)3/2(
0
ln
3
2
)(,0)0(,)(
)()(
)0()(
ln
式中,τ>RC。
代入上式求得第 13章 脉冲产生电路和定时电路输出脉冲宽度 tw与定时元件 R,C大小有关,而与电源电压,输入脉冲宽度无关,改变定时元件 R和 C可改变输出脉宽 tw。 如果利用外接电路改变 CO端 (5号端 )的电位,则可以改变单稳态电路的翻转电平,使暂稳态持续时间 tw改变 。
注意,为了使电路正常工作,要求外加触发脉冲 ui的宽度应小于输出脉宽 tw,且负脉冲 ui的数值一定要低于
（ 1/3） UDD。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.3.4单稳态触发器的应用单稳态触发器是常见的脉冲基本单元电路之一,它被广泛的用作脉冲的定时和延时 。
1.脉冲的定时由于单稳态触发器能产生一定宽度 tw的矩形输出脉冲,利用这个矩形脉冲去控制某电路,使它在 tw时间内动作 (或不动作 ),这就是脉冲的定时 。 如图 13.5(a)所示是利用输出宽度为 tw的矩形脉冲作为与门输入信号之一,只有在 tw时间内,与门才开门,信号 A才能通过与门,如图 1
３,5(b)所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路单稳态电路
&
A
B
u
i
u
o
( a )
图 13.5
(a)逻辑图； (b)波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.5
(a)逻辑图； (b)波形图
( b )
t
A
o
t
w
t
u
o
o
t
B
o
t
u
i
o
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.脉冲的延时图 13.6(a)所示电路利用单稳态电路的输出 uo作为其它电路的触发信号 。 由图 13.6(b)可见,uo的下降沿比输入触发信号 ui的下降沿延迟了 tw。 因此,利用 uo下降沿去触发其它电路 (例如 JK触发器 ),比用 ui下降沿触发时延迟了 tw时间,这就是单稳态电路的延时作用 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
i
R
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
C
1
1
1
1
Q
Q
S
1J
C1
1K
R
图 13.6
(a)逻辑图 ； (b)波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.6
(a)逻辑图 ； (b)波形图( b )
t
u
i
o
t
w
t
u
o
o
t
o
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4 多谐振荡器在数字电路中,常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波的电路 。 由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波成分,因此我们称这种电路为多谐振荡器 。 它常常用作脉冲信号源 。
,只具有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.1
图 13.7(a)所示为由 CC7555集成定时器构成的多谐振荡器 。 电路中将高电平触发端 TH和低电平触发端短接,并在放电回路中串入电阻 R2。 这里的 R1、
R2和 C为外接电阻和电容,它们均是定时元件 。 图 13.7(b)
为工作波形 。
TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
u
C
C
R
1
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
( a )
R
2
图 13.7 CC7555构成的多谐振荡器
(a)电路； (b)工作波形图第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.7 CC7555构成的多谐振荡器
(a)电路； (b)工作波形图
( b )
t
u
o
o
t
u
C
o
t
2
U
DD
U
DD
1
3
t
1
2
3
U
DD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.2 工作原理由于接通电源后,电容器两端电压 uC=0,故 TH端与端均为低电平,RS触发器置 1(Q=1,=0),输出 uo为高电平,放电管 V截止 。 当电源刚接通时,电源经 R1,R2对电容 C充电,使其电压 uC 按指数规律上升,当 uC 上升到
(2/3)UDD时,则 RS触发器置 0(Q=0,=1),输出 uo为低电平,
放电管 V导通,我们把 uC从 (1/3)UDD上升到 (2/3)UDD这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间 t1的长短与电容的充电时间有关 。 充电时间常数 τ充 =(R1+R2)C。
TR Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路由于放电管 V导通,电容 C通过电阻 R2和放电管放电,
电路进入第二暂稳态 。 放电时间常数 τ放 =R2C。 随着 C
的放电,uC下降,当 uC下降到 （ 1/3） UDD时,RS触发器置
1(Q=1,=0),输出 uo高电平,放电管 V截止,电容 C放电结束,UDD再次对电容 C充电,电路又翻转到第一暂稳态 。
如此反复,则输出可得矩形波形 。
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路由以上分析可知：电路靠电容 C充电来维持第一暂稳态,其持续时间即为 t1。 电路靠电容 C放电来维持第二暂稳态,其持续时间为 t2。 电路一旦起振后,uC电压总是在 (1/3~2/3)UDD之间变化 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.4.3 电路振荡周期 T
电路振荡周期 T按下式计算：
CRR
CRR
UU
UU
CRRt
CRR
Uu
Uu
ttT
DDDD
DDDD
DDC
DDC
）（
）（
）（
）（
充
21
21
211
21
21
7.0
2ln
3/2
3/1
ln
)(
3
1
)0(
t1由电容 C充电过程来决定。其中,
则第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t2由电容 C放电过程来决定。其中,
CR
u
Uu
C
DDC
2
0)(
3
2
)0(
放
则
CRRCRR
Tf
CRRCRCRRttT
CRCR
U
U
CRt
DD
DD
)2(
43.1
)2(7.0
1
/1
)2(7.07.0)(7.0
7.02ln
3/10
3/20
ln
2121
2122121
2222
电路振荡频率第 13章 脉冲产生电路和定时电路显然,改变 R1,R2和 C的值,就可以改变振荡器的频率 。 如果利用外接电路改变 CO端 (5号端 )的电位,则可以改变多谐振荡器高触发端的电平,从而改变振荡周期
T。
图 13.7所示的多谐振荡器电路,由于电容充,放电途径不同,因而 C的充电和放电时间常数不同,使输出脉冲的宽度 t1和 t2也不同 。 在实际应用中,常常需要调节 t1和 t2。
在此,引进占空比的概念 。 输出脉冲的占空比为
21
21
21
1
2 RR
RR
tt
tD
第 13章 脉冲产生电路和定时电路将图 13.7所示电路稍加改动,就可得到占空比可调的多谐振荡器,如图 13.8所示 。 在图 13.8中加了位器 Rw,
并利用二极管 V1和 V2将电容 C的充电回路分开,充电回路为 R1,V1和 C,放电回路为 C,V2和 R2。 该电路的振荡周期为
21
1
21
1
2121 7.07.07.0
RR
R
tt
t
D
CRRttT
）（放充
调节电位器 Ｒ 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 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
C
R
A
＋ U
DD
7
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
V
1
V
2
R
w
R
B
R
1
R
2
图 13.8 占空比可调的振荡器第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5 施密特触发器施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲 。
施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此它的触发方式是电平触发 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.1电路组成图 13.9(a)是用 CC7555构成的施密特触发器 。 它将高触发端 TH和低触发端 连接在一起作为电路输入端 。TR
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.2工作原理当输入信号 ui<（ 1/3） UDD时,基本 RS触发器置 1,即
=0,Q=1,输出 uo为高电平 ;若 ui增加,使得 (1/3)UDD＜ ui
＜ (2/3)UDD时,电路维持原态不变,输出 uo仍为高电平 ;如果输入信号增加到 ui≥(2/3)UDD时,RS触发器置 0,即 Q=0,
=1,输出 uo为低电平 ;ui再增加,只要满足
ui≥(2/3)UDD,电路维持该状态不变 。 若 ui下降,只要满足
（ 1/3） UDD＜ ui＜ (2/3)UDD,电路状态仍然维持不变 ;只有当 ui=(1/3)UDD时,触发器再次置 1,电路又翻转回输出为高电平的状态,工作波形如图 13.9(b)所示 。
Q
Q
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
( a )
U
DD
6
2
1
5
3
48
u
o
0,0 1? F
u
i
图 13.9 CC7555构成的施密特触发器
(a)电路； (b)工作波形； (c)电压传输特性曲线第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.9 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
( b )
t
u
o
o
U
DD
U
DD
1
3
2
3
t
u
i
o
U
T ＋
U
T －
第 13章 脉冲产生电路和定时电路图 13.9 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
( c )
u
i
u
o
o
U
T ＋
U
T －
第 13章 脉冲产生电路和定时电路显然,555定时器构成的施密特触发器,ui上升时引起电路状态改变,由输出高电平翻转为输出低电平的输入电压称为上限触发门坎电平 UT+=（ 2/3） UDD;下降时引起电路由输出低电平翻转为输出高电平的输入电压称为下限触发电平 UT-=（ 1/3） UDD。 两者之差称为回差电压,即第 13章 脉冲产生电路和定时电路施密特触发器的电压传输特性称为回差特性,如图 13.9(c)所示 。 回差特性是施密特触发器的固有特性 。
在实际应用中,可根据实际需要增大或减小回差电压
ΔUT。 在图 13.9所示电路中,如在控制电压端 (引脚 5)外加一电压,则可达到改变回差电压的目的 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
13.5.3施密特触发器的应用施密特触发器的用途十分广泛,它主要用于波形变化,脉冲波形的整形及脉冲幅度鉴别等 。
1.
将变化缓慢的非矩形波变换为矩形波，如图 13.10
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
U
T ＋
U
T －
u
i
o
t
u
o
o
图 13.10 波形变换图 13.11波形的整形第 13章 脉冲产生电路和定时电路
2.
将一个不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路,可以得到良好的波形,
这就是施密特电路的整形功能,如图 13.11所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
U
T ＋
U
T －
u
i
o
t
u
o
o
图 13.11 波形的整形第 13章 脉冲产生电路和定时电路
3.脉冲幅度鉴别利用施密特电路,可以从输入幅度不等的一串脉冲中,去掉幅度较小的脉冲,保留幅度超过 UT+的脉冲,这就是幅度鉴别,如图 13.12所示 。
第 13章 脉冲产生电路和定时电路
t
u
o
o
t
u
i
o
图 13.12 脉冲幅度鉴别
