第7章 用555定时器组成的脉冲电路 (2)

OUT（uo）为高电平，MOS管截止，电源经R1、R2对C充电， 2 V DD uC逐渐升高。 当uC＞ 时，比较器A输出，即RS 3 触发器的R端跳变为高电平，比较器B输出,即RS S 端跳变为低电平，使RS触发器置 0，输出OUT（uo）跳变 1 V DD 3 为低电平，MOS管导通，电容C通过R2及MOS管放电，uC下降。 当uC＜ ，比较器 B的输出使 RS触发器的S跳变为高电平， 比较器A的输出使RS触发器的R跳变为低电平，输出OUT（uo）
CC7556 等，器件的电源电压为 4.5 ～ 18 V ，能提供与 TTL 、 CMOS电路相兼容的逻辑电平;双极型的有 5G555（NE555）。下 面以CC7555为例， 介绍555定时器的功能。 CC7555 为双列直插式封装，共有8个引脚。 图9.2.1 （a ）
为CC7555的电路结构图， 图9.2. 1（b）是它的外引脚排列图。

CMOS门取10～100MΩ。电容C1、C2作为非门间的耦合，
其容抗对石英晶体的谐振频率f0应可忽略不计。 在振荡器输出端再加一级反相器， 可以提高带负载能 力， 改善输出波形。 图 7.3.6 （ a ）是在输出端加一级分频后再输出的可以 产生两相时钟信号的电路， 7.3.6 （ b ）是其工作波形。
同时C2的放电也使G1转为截止， 电路进入另一暂稳态：
G1 截止，G2 导通， C1 放电，C2 充电。当 C2 充电到使 G1 输 入端电平达到阈值电压 UT时， G1 又转为导通，同时C1 放 电使G2又转为截止 …… 如此周而复始，输出uo即为连续 的矩形波。
由于电路中接入了石英晶体，这个振荡器只能谐振在 频率 f0 上。对于 TTL 门， R1 、 R2 通常取 0.7 ～ 2kΩ ，而对于
和低触发端TR（2脚）接在一起, 因此：
（1）当ui>3 V时，输出OUT为L，LED1亮;
（2）当ui<1.5 V时，输出OUT为H，LED2亮。
7.3 多 谐 振 荡 器
多谐振荡器是产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩
形脉冲波中除基波外，还有丰富的谐波成分，故得名多谐 振荡器。 产生矩形脉冲的电路很多，例如用 TTL 与非门构 成的基本多谐振荡器和 RC 环形振荡器 ; 用 CMOS 或非门组成 的多谐振荡器。 本节主要介绍用集成定时器构成的多谐振
实际中有时需要矩形波的脉冲宽度可变，图9.3.3就是
一个占空比可调的多谐振荡器电路。图中，二极管 V1 和 V2 使电容 C 的充电和放电路径不同，当 V 管截止时，电源 VDD 经过R1、V1对电容C充电; V管导通时，电容C通过V2、R2和 V管放电，充、 放电时间常数可通过调节电位器RW来改变。 因此有 占空比为
（b）所示。
VDD
2V 3 DD
VDD
R 8 4 OUT CO 3 5 D 0.0 1F 7 C1 CC7555 TH 6
1 2
TR
R1
1 V 3 DD
uo 0 VDD tW
1
R2 C
uo
0
tW
2
T
(a)
(b)
图7.3.2 由CC7555 （a） 电路; （b） 工作波形
电路的工作原理如下：
由图 7.2.1 和表 7.2.1 可知，接通电源瞬间， TH 和 TR 端 的电位uC=0，基本RS触发器的R=0，S=1，触发器置1，输出
R 4
3 7 6
OUT D TH V1 V2 C
R1 uo RW R2
2 TR
图7.3.3 占空比可调的多谐振荡器
2．
1） 间歇音响电路
如图7.3.4 （a）所示用两个555多谐振荡器可以构成
间歇音响电路，设计 RA1 、 RB1 、 C1 和 RA2 、 RB2 、 C2 的值使振 荡器Ⅰ的频率为1 Hz，振荡器Ⅱ的频率为 1 kHz。由于振 荡器Ⅰ的输出接到振荡器Ⅱ的复位端 R （ 4 脚），因此在
tW1 0.7 R1C tW 2 0.7 R2C
t 0 . 7 R C R W1 1 q 1 t t 0 . 7 R C 0 . 7 R CR R W1 W2 1 2 1 2
因此，调节电位器RW，即改变R1和R2，就可以调节脉冲波形 的占空比。
V DD
CO
C
8 5 555 1
1． CC7555的组成 （1） 分压器：由3个5kΩ 的电阻R构成电阻分压器（故得名
1 UR2 VDD 。电压控制端CO也可外加控制电压改变参考电压 3
值。 CO 端不用时，可外接 0.01μ F 的去耦电容，以消除干扰，
555定时器），它向比较器A和B提供参考电压： UR1 VDD,
2 3
2 0 V DD u )u 0) 3 C( C( tW22 ln 2 ln 1 u )u tW2 ) C( C( 0 V DD 3 2 ln20 .7R 2 R ) 2C （ 式中 2C
振荡周期
T t t 0 . 7 ( R 2 R ) C W1 W2 1 2
载能力， 同时也隔离负载对定时器的影响。
2． CC7555 表7.2.1是 CC7555的功能表。 高。
CC7555的静态电流约80 μ A， 输入电流约0.1 μ A， 输入阻抗很 表7.2.1 CC7555的功能表
3. 555定时器应用举例 【例7.2.1】 图9.2.2为CC7555接成的逻辑电平分析仪， 待测信号为 ui ，调节 CC7555 的 CO 端电压 uA ＝ 3 V ，试问：
再次跳变到高电平， MOS 管截止， C 再次充电，……如此
周而复始，输出端就得到了矩形脉冲序列。
多谐振荡器有两个暂稳态，电路的特性参数计算如下：
1 V V DD DD u ( ) u ( 0 ) 3 C C tW1 ln ln 1 1 2 u ( ) u ( t ) C C W 1 V V DD DD 3 20 .7 (R R C （ 式中 (R R C ） 1ln 1 2) 1 1 2)
27 0 LED 2 (绿色)
图7.2.2 例7.2.1电路图
解 由图9.2.2和表9.2.1可知， 由于电压控制端CO外加控 制电压uA=3 V，改变了CC7555的比较器A、 B的参考电压值， 使之分别变为3 V（高触发端TH比较电压）和1.5 V（低触发
端TR比较电压）。由于图9.2.2电路中的高触发端TH（6脚）
tf
U m
T
图7.1.1 实际的矩形脉冲波形
7.2 555 定 时 器
555 定时器是目前在工业自动控制、仿声、电子乐器、防
盗报警等方面获得了广泛应用的一种时基电路，用它可以构成 多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等脉冲产生和波形
变换电路。目前的集成定时器产品中， CMOS 型的有 CC7555 、
保证参考电压不变。
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有 +号和-号。当U+ ＞ U-时，比较器
输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
（3）基本RS触发器：R、S的值取决于比较器A、B的输
出。R端为RS触发器的复位端，该端为低电平时，Q=0，OUT 端为低电平。 （4）放电管V（也称开关管）和输出缓冲器门 2和门3： V为N沟道增强型MOS管，当OUT为低电平时，V的栅极电位为 高电平，V导通; 当OUT为高电平时，V的栅极电位为低电平， V截止。 门2和门3为输出缓冲器，用来提高定时器的带负
uo1 输出高电平时，振荡器Ⅱ才能振荡， uo1 为低电平时，
Ⅱ被复位， 振荡停止。这样， 扬声器便发出间歇 ( 频率 为1 Hz)的1 kHz音响， 其工作波形如图7.3.4（b）所示。
V CC
R A1 7 R B1 6 2 C1
8 555
4 uo1
R A2 7 3 R B2 6 2
8
4 555 uo2 uo1 C
1 1 .43 f T (R 2 R C 1 2)
振荡频率
脉冲宽度与周期之比称为占空比q，q的计算如下：
t 0 . 7 ( R R ) CR R W 1 1 2 1 2 q t t . 7 ( R 2 R ) C R 2 R W 1 W 2 0 1 2 1 2
（1）当ui>3V时，哪个发光二极管亮？
（ 2）当ui 小于多少伏时，该逻辑电平仪表示低电平输
入？ 这时哪一个发光二极管亮？
R 8 R ui 5.11 k 7 6 2 5G5 55 1 5 A RP 10 0 k 4 3
3
R
2
＋VCC＝＋6 V LED 1 (红色)
1 k
27 0
R
4
3
1
5 0.01 F Ⅰ
C2
1
5 0.01 F Ⅱ 8Ω uo2
(a)
(b )
图7.3.4 间歇音响电路 （a ）电路; （b） 工作波形
2） 压控振荡器 在图7.3.2（a）所示的电路中，若控制端CO不接电容 C1， 而是加一个可调电压um，该多谐振荡器就可以构成一 个压控振荡器。此时， A 的参考电压为 um ， B 的参考电压 为 um/2 。而 um 的大小会改变电容 C 的充、放电时间，也就 改变了输出脉冲的周期。um越大，输出脉冲周期越长，输
脉冲幅度Um——脉冲电压的最大变化幅度。
脉冲宽度TW ——从脉冲前沿上升到0.5Um开始，到脉冲 后沿下降到0.5Um为止的一段时间。
上升时间tr——脉冲前沿从0.1Um上升到0.9Um所需要的时间。
下降时间tf
——脉冲后沿从0.9Um下降到0.1Um所需要的时间。
tr 0.9U m 0.5U m 0.1U m TW
荡器和频率稳定性高的石英晶体振荡器。 多谐振荡器的符
号如图9.3.1所示。
G
图7.3.1 多谐振荡器符号
7.3.1 由555定时器构成的多谐振荡器 1． 工作原理 图7.3.2（a）所示为由CC7555构成的多谐振荡器电路，
R1 、 R2 和 C 是外接定时元件。 电路的工作波形如图 7.3.2
第7章 脉冲波形的产生与变换
7.1
7.2 7.3
矩形脉冲
555定时器 多谐振荡器
7.4
7.5
施密特触发器
单稳态触发器
7.1 矩形脉冲
时序电路中的时钟信号即为矩形脉冲波。时钟脉冲的特 性直接关系着系统能否正常工作。
实际的矩形脉冲波形如图 9.1.1 所示，其特性可用以下指
脉冲周期T——周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲 间的时间间隔。脉冲频率f=1/T, 表示单位时间内脉冲重复的次 数。
8 T H 6 C O 5 R T R 2
V D D R
＋ － U R 1
A
R
R 4 R S Q
2 1
3 1 3 7 D V
O U T
V H C O D D D T 8 7 6 5 555 1 2 3 4 V R O U T R SS T
U R 2 R 1
＋ －
B
S
(a)
(b )
图7.2.1 集成定时器CC7555 （a） 电路结构; （b） 外引脚排列
出频率越低; 反之， um越小，输出频率越高。
7.3.2 石英晶体振荡器 石英晶体振荡器的符号和等效阻抗频率特性如图 9.3.5 （a）所示。由图可知，石英晶体的选频特性很好，
只有频率为f0的信号才能通过晶体，其他频率信号都会被 晶体衰减。 ， 为了得到稳定度很高的脉冲信号， 目前普遍采用石英晶体多谐振荡器电路， 图 7.3.5（b）所
R 1 1 G 1 C 2 C 1
R 2 1 G 2 1 J C 1 1 K P 1 C Q C P 1
C P Q C P 1
&
1
P & C 2
Q
C P 2
( a )
( b )
图7.3.6 （a） 电路; （b） 工作波形
7.4 施密特触发器
7.4.1 施密特触发器的功能与特性 施密特触发器是一种应用很广的电路，常用作波形的 变换、 整形和鉴幅。它的电压传输特性和图形符号如图 7.4.1所示。
示为一种典型的石英晶体多谐振荡器电路。
x
电 感 性
R1 1 G 1 C1 C2
R2 1 G 2 uo
0
f0 电容性
f
(a)
(b)
图7.3.5 (a)石英晶体的符号和阻抗频率特性; （b）石英晶体多谐振荡器电路
图中，门 G1 、 G2 及 R1 、 R2 、 C1 、 C2 构成基本多谐振 荡器，它只有两个暂稳态：一个非门导通，另一个非门 截止。假设 G1 导通， G2 截止，则 C1 充电， C2 放电。当 C1 充电到使 G2输入端电平达到阈值电压 UT时， G2转到导通，