第八章 脉冲波形的变换与产生

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第八章 脉冲波形的变换与产生

第二十六讲 教学内容：①555 集成定时器的电路组成及功能；②常施密特触发器的电路组成及应用；③利用 555 集成定时器 组成的单稳态触发器 。

教学要求：①掌握 555 集成定时器的组成及功能；②掌握 施密特触发器的

电路组成及应用；③了解 单稳态触发器的工作原理。

教学难点：单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理，555定

时器的电路结构及其工作原理，用555定时器实现单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的方法。

在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。

本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。

8.1 集成555定时器

555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。

一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。

一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构：

（1）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C1和C2： v+＞v－，vo=1； v+＜v－，vo=0。 （3）基本RS触发器；

（4）放电三极管T及缓冲器G。 2．工作原理。

21VccVcc

当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为3和3。

21

VccVcc33（1）当vI1>，vI2>时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发

器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。 21VccVcc33（2）当vI1<，vI2<时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发

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器被置1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。

21VccVcc

（3）当vI1<3，vI2>3时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

复位

vIC

vI1

vO

vI2

vICvI1

VCC85627

1

RD4

,vO

vI2

,v5553

vO

(a)(b)

图8.1—1 555定时器的电气原理图和电路符号

(a)原理图 （b）电路符号

2Vcc

由于阈值输入端(vI1) 为高电平（>3）时，定时器输出低电平，因此也将该端称为

高触发端（TH）。

1

Vcc3因为触发输入端(vI2)为低电平（<）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低

触发端（TL）。

如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。

另外，RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即RD的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。

二．555定时器的功能表

表8.1—1 555定时器功能表

阈值输入(vI1) 触发输入(vI2) 复位(RD) 输出(vO) 放电管T

× × 0 0 导通

21

VccVcc<3 <3 1 1 截止

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21VccVcc>3 >3 1 0 导通 21VccVcc33< > 1 不变 不变

8.2 施密特触发器

施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。

一． 用555定时器构成的施密特触发器 1. 电路组成及工作原理

vI

3CC13CC

vI

O2vO1

vO1

t

(a)电路图

(b)波形图

图8.2—1 555定时器构成的施密特触发器

（1） vI =0V时，vo1输出高电平。

22VccVcc

（2）当vI上升到3时，vo1输出低电平。当vI由3继续上升，vo1保持不变。

1Vcc

（3）当vI下降到3时，电路输出跳变为高电平。而且在vI继续下降到0V时，电路的这种状态不变。

图中，R、VCC2构成另一输出端vo2，其高电平可以通过改变VCC2进行调节。 2. 电压滞回特性和主要参数 电压滞回特性

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vo

VOH

vI

vo

VOL

3CC

3CC

VCCI

(a)电路符号(b)电压传输特性

图8.2—2 施密特触发器的电路符号和电压传输特性

主要静态参数

（1） 上限阈值电压VT+——vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平

2Vcc

VOL时，所对应的输入电压值。VT+=3。 （2）下限阈值电压VT———vI下降过程中， vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对

1Vcc

应的输入电压值。VT—=3。

（3）回差电压ΔVT

回差电压又叫滞回电压，定义为

1

Vcc

ΔVT= VT+－VT— =3

若在电压控制端VIC（5脚）外加电压VS，则将有VT+=VS、VT—=VS/2、ΔVT= VS/2，而且当改变VS时，它们的值也随之改变。

二． 集成施密特触发器

施密特触发器可以由555定时器构成，也可以用分立元件和集成门电路组成。因为这种电路应用十分广泛，所以市场上有专门的集成电路产品出售，称之为施密特触发门电路。集成施密特触发器性能的一致性好，触发阈值稳定，使用方便。

1. CMOS集成施密特触发器

图8.2—3（a）是CMOS集成施密特触发器CC40106（六反相器）的引线功能图，表8.2—1所示是其主要静态参数。

14

VDD6A6Y5A5Y4A4Y

1A1Y22A2Y3A3Y

GND

3567

1413121098

VCC6A6Y5A5Y4A4Y

1A122A2Y3A3YVSS

3567

13121098

(a)CC40106(b)74LS14

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图8.2—3 集成施密特触发器CC40106和74LS14外引线功能图 表8.2—1 …… 此处隐藏：9598字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……