第7章脉冲信号的产生与整形本章主要介绍了555定时器的组成及功能，介绍了由555定时器组成的单稳态触发器、多谐波触发器及施密特触发器的电路结构及工作原理。现代电子系统常常需要不同幅度、宽度以及具有陡哨边沿的脉冲信号，矩形脉冲波是应用最为广泛的一种波形，它常用于时序逻辑电路中作时钟信号（CP）等等。获取矩形脉冲信号的方法通常有两种：一种是通过各种形式的多谐振荡器电路直接产生，一种是利用各种整形电路将已有的周期性变化信号变换为所需矩形波。典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型。●双稳态触发电路具有两个稳定状态，两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成。→单稳态触发电路只有一个稳定状态，另一个是暂稳定状态，从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发，从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的，暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数。多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形，它的状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。因此它没有稳定状态，只有两个暂稳态。S7.1555定时器555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，是一种多用途的集成电路，555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等诸多领域都有厂泛地应用。图7-1为一种555定时器芯片外形图。图7-2为一种555定时器管脚分配图
第 7 章 脉冲信号的产生与整形 本章主要介绍了 555 定时器的组成及功能，介绍了由 555 定时器组成的单稳态触发 器、多谐波触发器及施密特触发器的电路结构及工作原理。 现代电子系统常常需要不同幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号，矩形脉冲波 是应用最为广泛的一种波形，它常用于时序逻辑电路中作时钟信号（CP）等等。 获取矩形脉冲信号的方法通常有两种：一种是通过各种形式的多谐振荡器电路直接 产生，一种是利用各种整形电路将已有的周期性变化信号变换为所需矩形波。 典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路三种 类型。 双稳态触发电路具有两个稳定状态，两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的 推动下才能完成。 单稳态触发电路只有一个稳定状态，另一个是暂稳定状态，从稳定状态转换到暂稳 态时必须由外加触发信号触发，从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的，暂稳态 的持续时间取决于电路本身的参数。 多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形，它的状态转换不需要外加触发信号触发，而 完全由电路自身完成。因此它没有稳定状态，只有两个暂稳态。 §7.1 555 定时器 555 定时器是美国 Signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成 电路，是一种多用途的集成电路， 555 定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用 电器、电子玩具等诸多领域都有广泛地应用。图 7-1 为一种 555 定时器芯片外形图。图 7-2 为一种 555 定时器管脚分配图
[8[7[6][5]VccVoDVcoVnCB555R,V。GND 0V12②314图7-1一种555定时器芯片外形图图7-2555定时器管脚分配图、电路结构图7-3为一种555定时器电路内部结构图，它由比较器C1和C2、RS锁存器和集电极开路的放大三极管TD组成。RDVcc85k251VeoVRI1C16Vi11Vct(TH)/5kQl2GVi2VoVcC2(TR)1.3VR21TD5kQlVOD(DISC)1M1图7-3.555电路内部结构图二、工作原理图7-3中，比较器C1的输入端vi(接引脚6)称为阈值输入端，用TH标注，比较器C2的输入端vz(接引脚2)称触发输入端，用TR标注。C1和C2的参考电压（电压比较的基准）VRl和VR2由电源Vcc经三个5kQ的电阻分压给出
图 7-1 一种 555 定时器芯片外形图 图 7-2 555 定时器管脚分配图 一、电路结构 图 7-3 为一种 555 定时器电路内部结构图，它由比较器 C1 和 C2、RS 锁存器和集电 极开路的放大三极管 TD 组成。 图 7-3 555 电路内部结构图 二、工作原理 图 7-3 中，比较器 C1 的输入端 vi1(接引脚 6)称为阈值输入端，用 TH 标注，比较器 C2 的输入端 vi2(接引脚 2)称触发输入端，用TR 标注。C1 和 C2 的参考电压(电压比较的 基准)VR1和 VR2由电源 VCC经三个 5kΩ的电阻分压给出
2IU当控制电压输入端Vco悬空时，UR1CCR2T33若Vco外接固定电压，则URi=Vco,UR2R，为异步置0端，只要在R，端加入低电平，则基本RS触发器就置0，平时R，处于高电平。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放电三极管Tp状态的控制。21当UVcevU,>Vcc时，比较器C1输出为0，C2输出为1，基本RS触发器被33置0，Tp导通，V输出为低电平。2>1vc时，比较器C1输出为1，C2 输出为0，基本 RS 触发器被VcevU,>当UI33置1，TD截止，V输出为高电平。21当U=Vcc时，C1和C2输出均为1，则基本RS触发器的状态保持不变，Va33因而Tp和v输出状态也维持不变。555定时器功能如表7-1所示。表7-1555定时器功能表输输出入RDVneVi2TosIDe0XeXeO导通。2VceLvcee1400导通。32Voo-Vcce1s不变不变。21e截止。1eVcetVceAvece1t1o截止。222
当控制电压输入端 VCO悬空时， 1 2 3 UR VCC 2 1 3 UR VCC ； 若 VCO外接固定电压，则 1 2 1 , 2 UR VCO UR VCO。 RD 为异步置 0 端，只要在 RD 端加入低电平，则基本 RS 触发器就置 0，平时 RD 处 于高电平。 定时器的主要功能取决于两个比较器输出对 RS 触发器和放电三极管 TD状态的控制。 当 6 2 2 1 3 3 U VCC、U VCC 时，比较器 C1 输出为 0，C2 输出为 1，基本 RS 触发器被 置 0，TD导通，vo输出为低电平。 当 6 2 2 1 3 3 U VCC、U VCC 时，比较器 C1 输出为 1，C2 输出为 0，基本 RS 触发器被 置 1，TD截止，vo输出为高电平。 当 6 2 2 1 3 3 U VCC、U VCC时，C1 和 C2 输出均为 1，则基本 RS 触发器的状态保持不变， 因而 TD和 vo输出状态也维持不变。 555 定时器功能如表 7-1 所示
S7.2多谐振荡器多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态相互转换而输出一系列矩形波，也称矩形波发生器。采用555定时器也能很方便的组建多谐振荡器，此时称555定时器处于无稳态工作状态。一、电路结构和工作原理下图为采用555定时器构成的多谐振荡器电路图。VccR,:VGGG2>UonIr0.01μFR1955R2550.01μF
§7.2 多谐振荡器 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，它没有稳定的输出状态，只有两个 暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两 个暂稳态相互转换而输出一系列矩形波，也称矩形波发生器。 采用 555 定时器也能很方便的组建多谐振荡器，此时称 555 定时器处于无稳态工作 状态。 一、电路结构和工作原理 下图为采用 555 定时器构成的多谐振荡器电路图
多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压V。略低于1Vce，U输出高电平，ID截止，电3源Vc通过R1、R2给电容C充电。随着充电的进行V.逐渐增高，但只要vcV>vc，就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当v下降到略微低于vc时，RS触发器置1，电路输出又变为o=1，Tp截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图7-7所示。AVC号Vc+VccAV图7-7多谐振荡器电路工作波形二、振荡周期T的计算多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间7=Ti+T2，由图7-7V。的波形求得电
图 7-7 多谐振荡器电路工作波形 二、振荡周期 T 的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间 T=T1+T2，由图 7-7Vc 的波形求得电
容C的充电时间T和放电时间T2各为：Vcc(R, + R,)C1n2 = 0.7(R, +R,)CT =(R, +R,)Cln2VccVCC320LV2T, =RClnR,C1n2=0.7RC0CC3因而振荡周期为：T=T+T=0.7(R+2R)C。三、占空比可调的多谐振荡器相比较图7-6所示的多谐振荡器，图7-8所示的是采用555定时器组建的占空比可调的多谐振荡器。CCRRi748VoVZDR55352D2650.01μF图7-8占空比可调的多谐振荡器由图易知：电容C的充电路径为：Vcc→R→D→C→地，因而T=0.7RC；电容C的放电路径为：C→D,→R→T,→地，因而T=0.7RC
容 C 的充电时间 T1和放电时间 T2各为： 1 1 2 1 2 1 2 1 3 ( ) 1 ( ) 1 2 0.7( ) 2 3 CC CC CC CC V V T R R C n R R C n R R C V V 2 2 2 2 2 0 3 1 1 2 0.7 1 0 3 CC CC V T R C n R C n R C V 因而振荡周期为：T T1 T2 0.7(R1 2R2 )C 。 三、占空比可调的多谐振荡器 相比较图 7-6 所示的多谐振荡器，图 7-8 所示的是采用 555 定时器组建的占空比可调 的多谐振荡器。 图 7-8 占空比可调的多谐振荡器 由图易知： 电容 C 的充电路径为：VCC R1 D1 C地，因而 1 1 T 0.7RC ； 电容 C 的放电路径为：C D2 R2 TD 地，因而 2 2 T 0.7R C
振荡周期为：T=T+T=0.7(R+R)C。D=I=_R占空比为：1TR+R
振荡周期为： 1 2 1 2 T T T 0.7(R R )C。 占空比为： 1 1 1 2 T R D T R R
能力训练：555定时器组成的模拟报警器电路生活中经常使用两个555定时器组成的多谐波振荡器来充当报警器，图7-9就是一个采用两个多谐振荡器组成的模拟声响电路。该电路采用两个555定时器分别作为多谐振荡器的核心，通过适当选择定时元件（R、C），可以使两个振荡器的振荡频率有明显变化。VccRIARiB887474Vo2VolR2AR2EB 3A65555μF555Ra282550. 01 uF0.01uF图7-9采用两个多谐振荡器组成的模拟声响电路例如当使振荡器A的振荡频率f.=IHZ，振荡器B的振荡频率fs=1KHz。由于低频振荡器A的输出接至高频振荡器B的复位端（4脚），当Vol输出高电平时，B振荡器才能振荡，Vo1输出低电平时，B振荡器被复位，停止振荡，因此可以使扬声器发出1kHz的间歇声响。其工作波形如图7-10所示。这样就得到了报警器报警声。VolVo图7-10模拟声响电路工作波形
能力训练：555 定时器组成的模拟报警器电路 生活中经常使用两个 555 定时器组成的多谐波振荡器来充当报警器，图 7-9 就是一个 采用两个多谐振荡器组成的模拟声响电路。 该电路采用两个 555 定时器分别作为多谐振荡器的核心，通过适当选择定时元件（R、 C），可以使两个振荡器的振荡频率有明显变化。 图 7-9 采用两个多谐振荡器组成的模拟声响电路 例如当使振荡器 A 的振荡频率 1 A Z f H ，振荡器 B 的振荡频率 1 B Z f KH 。由于低频 振荡器 A 的输出接至高频振荡器 B 的复位端(4 脚)，当 vo1输出高电平时，B 振荡器才能 振荡，vo1输出低电平时，B 振荡器被复位，停止振荡，因此可以使扬声器发出 1kHz 的 间歇声响。其工作波形如图 7-10 所示。这样就得到了报警器报警声。 图 7-10 模拟声响电路工作波形
NE5553NE5552RL1U3555TIMER RATED14555-TIMERRATED10koR456L>10koDIE837OU7H9DIS100uF2TH>150kQ210ko100kC4C3BUZZER10nF10uF9000Hz10n