555芯片解析

HH HH H
L X X L
功能
保持稳态
下降沿触发 上升沿 触发
（3）使用方法 1）使用内部定时电阻Rint TW0.7Rin t CX
RI CX RX/CX
VCC CX
RX
2）使用外部定时电阻RX
VCC
TW0.7RXCX
（4）工作波形——非可重触发
TR-A
0
t
Q
0
t
TW TW
要求：输入触发脉冲周期大于脉冲宽度TW
3、主要参数 uI
2VCC/3
uc
uo
tW
稳暂
态稳
态
1、输出脉宽tW 等于电容从0充电到2VCC/3 的时 间，计算得 tW=1.1RC（与输入电压的工作频率无关）
2、恢复时间tre 暂稳态结束，电容经放电管放 电的时间，因为RCES很小，所 以 tre很短。
3、主要参数
uI
2VCC/3
uc
uo稳
0
Q
TR- Q
0
t t
t t
7.4 多谐振荡器
多谐振荡器的特点： 1. 有两个暂稳态（无稳态）； 2. 上电后两个暂稳态能自动相互倒换，输出矩形波。 多谐振荡器的主要用途——产生矩形波（多谐波）
7.4.1 用555定时器构成的多谐振荡器 1. 电路组成
VCC
C1 0.01F
8
4
3
5 555 7 6
555芯片解析
主要内容
555定时器的内部结构和基本功能 555定时器的应用
1. 构成多谐振荡器 2. 构成施密特触发器 3. 构成单稳态触发器
7.1 概述
7.1.1 脉冲电路的分类、结构和波形参数 1. 脉冲电路的分类 1）脉冲产生电路——多谐振荡器——无稳态 2）脉冲整形电路——单稳态触发器——单稳态 3）脉冲变换电路——施密特触发器——双稳态 2. 脉冲电路的结构 1）开关电路——二极管、三极管、MOS管、门电路、运放、555定时器 2）惰性元件——RC、RL、RLC电路
(2)暂稳态II :VO(Q)=0，TD导通，C放电： 地C R2 地 使VC下降；当VC1/3VCC时，FF置1VO(Q)=1 电路进入暂稳态I。
① 起始状态 ② 暂稳态I
uC
2VCC/3 VCC/3
③ 自动翻转I
0
t
uO ④ 暂稳态II
⑤ 自动翻转II
0
t
VC
VCC
3. 工作波形和波形参数
2 1
R1 uO
P
R2 uC
+5V
VCC
RD
R1
8
4
VCO 5 VI1 VR1
R2
6
5k + VC1 - C1 RD
5k
&Q
2
VI2 VR2
+ - C1
VC2 SD
&
Q
&
VC
5k
7
TD
C V’O
1
R1
VCC RD
R2 VC
VI1 VI2
VCO VO
V’O C
2.工作原理 (1)暂稳态I :VO(Q)=1，TD 1 3 VO 截止，C充电： VCCR1 R2 C地 使 VC 上 升 ； 当 VC2/3VCC 时，FF置0 VO(Q)=0 电路进入暂稳态II 。
C
VC(t1)
0 t1
t2
t/s
TW
V C ( t) V C ( ) [ V C ( 0 ) V C ( )e t ] /
其中： VC()为稳态(值 EC)
VC(0)为起始(值 0V)
三要素
为时间常(数RC)
若已知TW求VC(TW) V C ( T W ) V C ( ) [ V C ( 0 ) V C ( )e T ] W /
一、用555定时器构成的施密特触发器
电路组成 VCC
8
4
7
6 555
uI
2
3
5 1
VDD R
uO1 uO2 UCO（外加电压
调节回差）
VCC
RD
8
4
VCO 5
VI1
VR1
6
5k + VC1 - C1 RD
5k
&Q
VI VI2
2
VR2 0.01F
+ - C1
VC2 SD
&
Q
&
5k
V’O
7
TD
1
VI 1 3 VO
+5V
VCC RD
VI1 VI2
VCO VO
工作原理
uI
VCC
1、UI< 2VCC/3
2VCC/3 VCC/3
2、UI=2VCC/3
0置1 保持 置0 uO
保持 置1
t
3、UI>VCC/3
UOH
4、UI=VCC/3
UOL
0
t
二、施密特触发器的电压传输特性
UO UOH
UOL 0 UT- UT+
1、滞回特性
功能
复位 保持 保持 保持 下降沿 触发
上升沿 触发
（3）使用方法（与74121相同） 1）使用内部定时电阻Rint TW0.3R 2in t CX 2）使用外部定时电阻RX TW0.3R 2XCX
TR-A
（4）工作波形——可重触发
0
三、 单稳态触发器的主要用途
Q
1.定时
2.整形
0
TW
TW
TR+
TR+ Q
定时
一、用555定时器构成的单稳态触发器 1、电路组成
VCC
8
4
C1
5
3
0.01F
555 6
uI
2
7
1
R
uO
uC
VCC
RD
R
8
4
VCO 5 VR1
VI1 6
5k + VC1 - C1 RD
5k
&Q
VI
2
VI2 VR2
+ - C1
VC2 SD
& Q
&
VC
5k
7
TD
C V’O
1
R
VI VC C
+5V
2/3VCC
周期T=TW1+TW2
1/3VCC
TW1由C充电决定：
0
VO
t
TWlnV V[C C(( )) V VC C((T 0W ))]
0
t
1 (R1 R2 )C
TW1 TW2
V C ( ) V CC
V C ( 0 ) 1 / 3V CC
V C (TW 1 ) 2 / 3V CC
TW1(R1R2)ClnV V[C CC C12//33V VC CC C] (R1R2)Cln20.7(R1R2)C
占q 空 T W 1 比 0 .7 (R 1 R 2)CR 1 R 2 T 0 .7 (R 1 2 R 2)CR 1 2 R 2
4、占空比可调的多谐振荡器
C1 0.01F
VCC
8
4
3 5 555
7
D1 6
2 1
R1 充电时间：tW1=0.7R1C uO 放电时间：tW1= 0.7R2C
R2 振荡周期T=0.7(R1+R2)C 占空比：q = R1/（R1+R2)
VT VTVT 2/3VCC1/3VCC1/3VCC
当使用VCO时
VT VTVT VCO1/2VCO1/2VCO
三、集成施密特触发器
74LS14（六反相器） 74LS19（六反相器） CC4093（四2输入与非门）
四、施密特触发器的应用
用作接口电路 用作波形整形电路 作为阀值电压探测器 展宽脉冲 作为多谐振荡器
3. 脉冲波形参数
0.9Vm
0.5Vm
Vm
脉冲周期T
0.1Vm
tw
tr
tf
T
脉冲幅度Vm 脉冲宽度tw（脉冲持续时间） 上升时间tr 下降时间tf
占空比q——脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q=tw/T
7.1.2 RC充放电特性——三要素法
VC/V EC
VC(t2)
2
VC(TW)
R VC
1
+ EC
-
将缓变信号（三角波、正弦波）转换为快 变的矩形波。
VI
VT+
VT-
0
t
VO
0
t
7.3 单稳态触发器
单稳态触发器的特点
1. 电路有一个稳态，一个暂稳态 2. 在无外来触发信号时，电路处于稳态 3. 在外来触发信号的作用下，电路由稳
态转到暂稳态 4. 暂稳态维持一段时间后自动返回稳态
单稳态触发器的主要用途：整形
路
压
较器
UTH/UTR
输入电压
RS 触发器
输出
放电管 状态
二、555定时器的基本功能
UTH
UTR
R
UO TD的状态
0
UOL
导通
>2VCC/3 >VCC/3
1
UOL 导通
<2VCC/3 >VCC/3
1
<2VCC/3 <VCC/3
1
不变 UOH
不变 截止
>2VCC/3 <VCC/3
1
UOH 截止
7.2 施密特触发器
1.非可重触发单稳态触发器CT74121
（2）功能表
（1）逻辑符号
TR-A TR-B TR+
TR-A TR-B TR+
1 & 1 Q Q
RI CX RX/CX
Rint Cext Rext/Cext 1 & 1
Q Rint Q
TR A,TR B,TR Q , Q
L X H LH X L H LH X X L LH L X H LH H H X LH
2、上限阀值电压UT+ 3、下限阀值电压UTUI- 4、回差电压U=UT+-UT-
回差及其作用——抗干扰
VI/V 2/3VCC 1/3VCC
0
VO/V
VT+ VT
VT-
t
t
0
VI/V
VT t
0
VO/V
t
0
正向阈值电压VT+ 负向阈值电压VT回差电压VT= VT+- VT-
当不使用VCO(外接比较电压)时
2.可重触发单稳态触发器CT74122
（1）逻辑符号
TR-A TR-B TR+A TR+B
RD
1 & Q
Q RI CX RX/CX
Rint Cext Rext/Cext
（2）功能表
RDT R AT R BT R AT R B Q , Q
L X X X X LH X H H X X LH X X X L X LH X X X X L LH H H H H HH H LL H H HLL H HLL H
VCC RD
VI1 VI2
VCO VO
V’O
1 3 VO 2.工作原理 (1) 稳 态 (VI=1):VO(Q)=0 ，TD导通，VC=0
(2) 外 触 发 过 程 :VI=0 ， Q=1,TD 截 止 ,VO=1, 电 路 进入暂稳态
(3)自动恢复过程:电路进入暂稳态后，Q=1, TD截止,C充电： （VCCRC地）使VC上升；当VC2/3VCC时，FF置0 VO(Q)=0 电路回到稳态。
2
+
C2
&
Q
5K
3
uO
7
uD TD
1
555定时器的电路结构
+VCC
R
8
4
CO 5
TH
6
5K
+C1
5K
&Q 1
TR
2
+
C2
&
Q
5K
3
uO
7
uD TD
1
附：电压比较器的工作原理
U+
+
U-
C1
UO
UO
U+ - U-
U+>U-，UO为高电平 U+<U-，UO为低电平
电压传输特性
分析555工作过程
分压电 参考电 电压比
若已知VC(TW) 求TW TWlnV V[C C(( )) V VC C((T 0W ))]
§7.1.3 555定时器
一、555定时器的内部结构
1. 分压器 2. 比较器 3. 基本RS触发器 4. 输出缓冲器和放电管
555定时器的电路结构
+VCC
R
8
4
CO 5
TH
6
5K
+C1
5K
&Q 1
TR
D2 uC
7.4.2 用门电路构成多谐振荡器 1.用TTL门电路构成对称式多谐振荡器
& C1
&
G1 C2
G2
VO
R1
R2
ROFF<(R1,R2)<RON (R1,R2)=1k
2.环形振荡器
（1）电路结构——由大于等于3的奇数个非门（与非门、或非门）环 接构成。(N=2K+1)
1 a 1 b 1 c VO
G2
R1
R2
电路特点：(1)振荡频率为石英晶 体的谐振频率fs；
（2）频率稳定度高——可达
10-5～ 10-7
RC振荡器为： 10-3
3. 用CMOS门构成的石英晶体振荡器
10M
C1 50pF
1
VO
Va
tpd
（2）工作原理
0
t
Vb
（3）波形参数
T 2 N tpd 6 tp(d N 3 ) 0
t
Vc
（4）用途——测量tpd（动态参数）
t pd
T 2 N
0
t
T
7.4.3 石英晶体振荡器
1. 石英晶体的特性 谐振频率fs 2. 用TTL门构成的石英晶体振荡器
C1
x
感
抗
0
fs
f
容
抗
&
&
VO
G1
0
t
TW
V C (TW ) 2 / 3V CC
TW
RCln[ VCC0 ] VCC2/3VCC
RCln31.1RC
4、单稳态触发器的符号
TR+ Q TR- Q
二、集成单稳态触发器
可重触发和非重触发的概念 1. 可重触发
在暂稳态期间能够接收新的信号， 重新开始新的暂稳态。 2. 非重触发 在暂稳态期间不能够接收新的信号。
2、工作原理
uI
2VCC/3
uc
uoຫໍສະໝຸດ Baidu
稳态 暂稳 态
1、没有触发信号时 电路的工作状态
Q=0，uo= uoL，TD导通 此时电路处于稳态
2、触发信号到来 Q=1，uo= uoH，TD截止 此时电路进入暂稳态， 暂稳态维持时间为电容 充电的时间
3、自动返回稳态 充电使uC= 2VCC/3时， 电路返回到稳态
tW
暂
态稳
态
3、最高工作频率fmax T > tW + tre fmax= 1 /（tW + tre）
VI/V
波形参数——脉冲宽度TW
0
VC/V
VCC
t
TWlnV V[C C(( )) V VC C((T 0W ))]
RC
2/3VCC
0
VO/V
t
V C ( ) V CC VC (0 ) 0
TW2由C放电决定：
TW2 R2Cln[0012//33VVCCCC] R2Cln20.7R2C
2 R2C VC ( ) 0 V C ( 0 ) 2 / 3V CC V C (TW 2 ) 1 / 3V CC
T T W 1 T W 2 0 . 7 ( R 1 R 2 ) C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 ( R 1 2 R 2 ) C