第7章脉冲产生与整形电路 【本章知识架构】 脉冲信号概述 电路组成及工作原理 集成555定时器 555定时器的功能 用555定时器构成的施密 特触发器 施密特触发器 集成施密特触发器 脉冲产生与整形电路 施密特触发器应用举例 用555定时器构成的单稳 态触发器 单稳态触发器 集成单稳态触发器 单稳态触发器应用举例 用555定时器构成的多谐 振荡器 多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器 多谐振荡器应用举例 案例实现
1 第 7 章 脉冲产生与整形电路 【本章知识架构】 脉 冲 产 生 与 整 形 电 路 施密特触发器 多谐振荡器 集成 555 定时器 用 555 定时器构成的施密 特触发器 集成施密特触发器 施密特触发器应用举例 电路组成及工作原理 555 定时器的功能 单稳态触发器 集成单稳态触发器 单稳态触发器应用举例 用 555 定时器构成的单稳 态触发器 用 555 定时器构成的多谐 振荡器 石英晶体多谐振荡器 多谐振荡器应用举例 案例实现 脉冲信号概述
【本章教学目标与要求】 ·理解集成555定时器工作原理及功能 ·掌握555定时器构成的施密特触发器及其应用 ·熟悉集成施密特触发器 ·掌握555定时器构成的单稳态触发器及其应用 ·了解集成单稳态触发器 ·掌握555定时器构成的多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器及其应用 6.1概述 脉冲信号 脉冲信号广泛地存在于数字电路或系统中，如触发器的时钟信号、计数器的计数 脉冲信号等。所谓脉冲信号，从狭义上讲，是指一种持续时间极短的电压或电流信号： 从广义上讲，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以统称为脉冲信号，如矩形 波、方波、尖顶波和锯齿波等各种波形都是脉冲信号。最常见的脉冲电压波形是矩形 波和方波。 获得脉冲的方法一般有两种：一种是利用己有的周期性信号通过变换整形得到脉 冲信号：另一种则是利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号。产生和处理这些脉冲信号的 电路又施密特触发电路，单稳态触发电路和多谐振荡器等。其中，施密特触发电路能 对已有的信号进行变换，整形，单稳态触发电路可用于脉冲信号的定时、延迟、多谐 振荡器能直接产生脉冲信号等。 6.2集成555定时器 集成555定时器是一种将模拟和数字电路继承与一体的电子器件，使用十分灵活
2 【本章教学目标与要求】 ·理解集成 555 定时器工作原理及功能 ·掌握 555 定时器构成的施密特触发器及其应用 ·熟悉集成施密特触发器 ·掌握 555 定时器构成的单稳态触发器及其应用 ·了解集成单稳态触发器 ·掌握 555 定时器构成的多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器及其应用 6.1 概述 脉冲信号 脉冲信号广泛地存在于数字电路或系统中，如触发器的时钟信号、计数器的计数 脉冲信号等。所谓脉冲信号，从狭义上讲，是指一种持续时间极短的电压或电流信号； 从广义上讲，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以统称为脉冲信号，如矩形 波、方波、尖顶波和锯齿波等各种波形都是脉冲信号。最常见的脉冲电压波形是矩形 波和方波。 获得脉冲的方法一般有两种：一种是利用已有的周期性信号通过变换整形得到脉 冲信号；另一种则是利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号。产生和处理这些脉冲信号的 电路又施密特触发电路，单稳态触发电路和多谐振荡器等。其中，施密特触发电路能 对已有的信号进行变换，整形，单稳态触发电路可用于脉冲信号的定时、延迟、多谐 振荡器能直接产生脉冲信号等。 6.2 集成 555 定时器 集成 555 定时器是一种将模拟和数字电路继承与一体的电子器件，使用十分灵活
方便，只要外加少量的祖荣原件，就能构成多种用途的电路，如施密特触发电路、单 稳态触发电路、多谐振荡器等，使其在电子技术中得到了非常广泛的应用。 自从Signetics公司于1972年推出这种产品以后，国际上各主要的电子器件公司 也都相继地生产出了各自的555定时器产品。尽管555集成定时器的型号较多，但所 有双极型产品型号侯的3位数字都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数字都是 7555,而且它们的功能和外部引脚的排列完全相同。为了提高集成度，随后又产生了 双定时器产品556（双极型）和7556(CMOS型)。下面以国产双极型定时器的典型 产品5G555为例，介绍其电路结构及功能。 6.2.1555定时器的电路结构 图6-1所示为国产双极型定时器555的电路结构图和引脚排列图，它由以下五 部分组成。 OUT 5G555 GND TR OUT RD (a) 图6-1555定时器
3 方便，只要外加少量的祖荣原件，就能构成多种用途的电路，如施密特触发电路、单 稳态触发电路、多谐振荡器等，使其在电子技术中得到了非常广泛的应用。 自从 Signetics 公司于 1972 年推出这种产品以后，国际上各主要的电子器件公司 也都相继地生产出了各自的 555 定时器产品。尽管 555 集成定时器的型号较多，但所 有双极型产品型号侯的 3 位数字都是 555，所有 CMOS 产品型号最后的 4 位数字都是 7555，而且它们的功能和外部引脚的排列完全相同。为了提高集成度，随后又产生了 双定时器产品 556（双极型）和 7556（CMOS 型）。下面以国产双极型定时器的典型 产品 5G555 为例，介绍其电路结构及功能。 6.2.1 555 定时器的电路结构 图 6-1 所示为国产双极型定时器 555 的电路结构图和引脚排列图，它由以下五 部分组成。 图 6-1 555 定时器 (a) (b) C C & & 1 VC1 G2 VTD G3 5k 1 2 VCC 2 V I 2 V I CO VO 1 7 2 6 5 8 4 3 1 V I 5k 5k TH TR D VC2 G1 VR2 VR1 RD Q Q OUT VO 8 7 6 5 1 2 3 4 5G555 GND VCC D TH CO TR OUT RD
1.电阻分压器 由三个阻值均为5k2的电阻串联构成分压器，为电压比较器C,和C,提供参考 电压。若控制电压输入端(CO端，引脚5)外加控制电压'。，则比较器C、C2 的参考电压分别为 ~o公o:不加控制电压时，该引出端不可悬空，一般要通过-个 小电容（如00uF)接地，以方路高频于找.这时再参考电压分别为。~子c a 2.电压比较器 C,和C,时两个结构完全相同的高精度电压比较器，分别由高增益运算放大器 构成。比较器C,的信号输入端为运放的反相输入端(TH端，引脚6)，C,的同 相端接参考电压'1：比较器C,的信号输入端为运放的同相输入端(TR端，引脚 2),C,的反相输入端接参考电压V2。两比较器的输出分别为'c,和'c2· 3.RS锁存器 两个与非门G,和G,构成RS锁存器，低电平触发。比较器C,和C,的输出'c 和V2控制锁存器的状态，也决定了电路的输出状态。RD时锁存器的外部复位端， 低电平有效。当RD=0时，Q=1,使电路输出(OUT端，引脚3)为0正常工作时， RD端应接高电平。 4.三极管放电开关 三极管T构成放电开关其状态受RS锁存器的Q端控制。当⑨-0时，VT。截 止：当Q=1时，T。饱和导通。此时，放电端(D端，引脚7)如有外接电容， 4
4 1. 电阻分压器 由三个阻值均为 5k 的电阻串联构成分压器，为电压比较器 C1 和 C2 提供参考 电压。若控制电压输入端（ CO 端，引脚 5）外加控制电压 VCO ，则比较器 C1 、C2 的参考电压分别为 VR1 = VCO ，VR2 = 1 2 VCO ；不加控制电压时，该引出端不可悬空，一般要通过一个 小电容（如 0.01F ）接地，以旁路高频干扰。这时两参考电压分别为 VR1 = 2 3 VCC ， VR2 = 1 3 VCC 。 2. 电压比较器 C1 和 C2 时两个结构完全相同的高精度电压比较器，分别由高增益运算放大器 构成。比较器 C1 的信号输入端为运放的反相输入端（ TH 端，引脚 6）， C1 的同 相端接参考电压 VR1 ；比较器 C2 的信号输入端为运放的同相输入端（ TR 端，引脚 2）， C2 的反相输入端接参考电压 VR2 。两比较器的输出分别为 VC1 和 VC2 。 3. RS 锁存器 两个与非门 G1 和 G2 构成 RS 锁存器，低电平触发。比较器 C1 和 C2 的输出 VC1 和 VC2 控制锁存器的状态，也决定了电路的输出状态。 RD 时锁存器的外部复位端， 低电平有效。当 RD =0 时， Q =1,使电路输出（OUT 端，引脚 3）为 0 正常工作时， RD 端应接高电平。 4. 三极管放电开关 三极管 VTD 构成放电开关其状态受 RS 锁存器的 Q 端控制。当 Q =0 时， VTD 截 止；当 Q =1 时， VTD 饱和导通。此时，放电端（D 端，引脚 7）如有外接电容
则通过T。放电。由于放电端的逻辑状态与输出V。是相同的，故放电端也可以作 为集电极开路输出V。 5.输出缓冲器 由反相器G构成，其作用是提高定时器的带负载能力，并隔离负载对定时器 的影响。 6.2.2555定时器的功能 当CO端不外接控制电压时，555定时器的功能表如表7-1所示。 表6-1555定时器功能表 R。 .(T) V.(OUT) T。(放电管) 0 0 导通 >Vcc 0 导通 a < 1 截止 0 >Yc 不变 不变 1. 只要外部复位端R0=0,不管'n、'2为何值，都使Q=1,因此电路输出 V。=0,放电管T,导通。正常工作时R。=1。 2当风=1，且n号ac,>c时，比较器C输出a0,比较器C 输出Vc2=1,从而使RS触发器的Q=1,V。=0,T。导通 3当=，且n子c,a<c时，比较器C输出%a=1,比较器C 输出'c2=0,从而使RS触发器的⑨=0，V。=1,T。截止
5 则通过 VTD 放电。由于放电端的逻辑状态与输出 VO 是相同的，故放电端也可以作 为集电极开路输出 VO 。 5. 输出缓冲器 由反相器 G3 构成，其作用是提高定时器的带负载能力，并隔离负载对定时器 的影响。 6.2.2 555 定时器的功能 当 CO 端不外接控制电压时，555 定时器的功能表如表 7-1 所示。 表 6-1 555 定时器功能表 R D 1 3 VCC 2 ( ) V TR I ( ) V OUT o VTD （放电管） 0 × × 0 导通 1 2 3 VCC 1 3 VCC 0 导通 1 2 3 VCC 1 3 VCC 1 截止 0 2 3 VCC 1 3 VCC 不变 不变 1. 只要外部复位端 RD =0，不管 VI1 、VI 2 为何值，都使 Q =1，因此电路输出 VO =0，放电管 VTD 导通。正常工作时 RD =1。 2. 当 RD =1，且 VI1 > 2 3 VCC ，VI 2 > 1 3 VCC 时，比较器 C1 输出 VC1 =0，比较器 C2 输出 VC2 =1，从而使 RS 触发器的 Q =1，VO =0，VTD 导通。 3. 当 RD =1，且 VI1 < 2 3 VCC ，VI 2 < 1 3 VCC 时，比较器 C1 输出 VC1 =1，比较器 C2 输出 VC2 =0，从而使 RS 触发器的 Q =0，VO =1，VTD 截止