第7章用555定时器组成的脉冲电路ppt课件.ppt
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1、第7章 脉冲波形的产生与变换,7.1 矩形脉冲,7.2 555定时器,7.3 多谐振荡器,7.4 施密特触发器,7.5 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,其特性可用以下指标来描述: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。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t
2、f脉冲后沿从0.9Um下降到0.1Um所需要的时间。,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、CC7556等,器件的电源电压为 4.518 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
3、电路结构图,图9.2.1(b)是它的外引脚排列图。,图7.2.1 集成定时器CC7555(a)电路结构;(b)外引脚排列,1 CC7555的组成(1)分压器:由3个5k的电阻R构成电阻分压器(故得名555定时器),它向比较器A和B提供参考电压:。电压控制端CO也可外加控制电压改变参考电压值。CO端不用时,可外接0.01F的去耦电容,以消除干扰,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。,2 CC7555的功能表7.2.1是 CC7555的功能表。CC7555的静态
4、电流约80 A,输入电流约0.1 A,输入阻抗很高。,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uA3 V,试问:(1)当ui3V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?,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)。
5、由于图9.2.2电路中的高触发端TH(6脚)和低触发端TR(2脚)接在一起,因此:(1)当ui3 V时,输出OUT为L,LED1亮;(2)当ui1.5 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。,图7.3.1 多谐振荡器符号,7.3.1 由555定时器
6、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(b)所示。,图7.3.2 由CC7555定时器构成的多谐振荡器(a)电路;(b)工作波形,多谐振荡器有两个暂稳态,电路的特性参数计算如下:,振荡周期,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:,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
7、常数可通过调节电位器RW来改变。因此有,占空比为,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。,图7.3.3 占空比可调的多谐振荡器,2 应用举例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的值使振荡器的频率为1 Hz,振荡器的频率为 1 kHz。由于振荡器的输出接到振荡器的复位端R(4脚),因此在uo1输出高电平时,振荡器才能振荡,uo1为低电平时,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。,图7.3.4 间歇音响
8、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。所以,为了得到稳定度很高的脉冲信号,目前普遍采用石英晶
9、体多谐振荡器电路,图 7.3.5(b)所示为一种典型的石英晶体多谐振荡器电路。,图7.3.5 石英晶体多谐振荡器(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,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
10、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0.72k,而对于CMOS门取10100M。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,图7.3.6(b)是其工作波形。,图7.3.6 两相时钟多谐振荡器(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
11、特性和图形符号如图7.4.1所示。,图7.4.1 施密特触发器(a)电压传输特性;(b)图形符号,由图7.4.1(a)可知,施密特触发器有两个稳定的工作状态,对于正向和负向增长的输入信号,电路有不同的阈值电平UT+和UT-。要使施密特触发器的输出状态发生转换,输入电压ui必须大于UT+或小于UT-。当输入信号ui由低向高变化并大于正向阈值电压UT+时,电路翻转到一个稳态,输出uo为低电平;当输入信号由高向低变化并小于负向阈值电压UT-时,电路翻转到另一个稳态,uo为高电平。这种滞后的电压传输特性,又叫回差特性。UT+与UT-之差值,称为回差电压U,即,回差电压U越大,电路的抗干扰能力就越强,但
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