課題十三脈沖產生電路和定時電路13.1基本概念13.2555集成定時器電路13.3定時器的應用課題小結

13.1基本概念

13.1.1幾種常見的脈沖信號波形

“脈沖”從字面可理解到脈動和短促的意思。我們所討論的脈沖信號是指在短暫時間間隔內作用于電路的電壓或電流。從廣義來說，各種非正弦信號統(tǒng)稱為脈沖信號。脈沖信號的波形多種多樣，圖13.1給出了幾種常見的脈沖信號波形。圖13.1幾種常見的脈沖信號波形

13.1.2脈沖信號波形參數(shù)

為了表征脈沖波形的特性，以便對它進行分析，我們僅以矩形脈沖波形為例，介紹脈沖波形的參數(shù)。如圖13.2所示的矩形脈沖波形，可用以下幾個主要參數(shù)表示：

(1)脈沖幅度Um

——脈沖電壓的最大變化幅度；

(2)脈沖寬度tw——從脈沖前沿0.5Um至脈沖后沿0.5Um的時間間隔；

(3)上升時間tr——脈沖前沿從0.1Um上升到0.9Um所需要的時間；

(4)下降時間tf——脈沖后沿從0.9Um下降到0.1Um所需要的時間；

(5)脈沖周期T——周期性重復的脈沖中，兩個相鄰脈沖上相對應點之間的時間間隔。有時也用脈沖重復頻率f=1/T表示，f表示單位時間內脈沖重復變化的次數(shù)。

13.2555集成定時器電路

13.2.1電路組成圖13.3所示為CC7555的電路和外引線排列圖。由圖13.3(a)可以看出，電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、MOS管構成的放電開關和輸出驅動電路等幾部分組成。13.3CC7555集成定時電路

1.電阻分壓器

電阻分壓器由3個阻值相同的電阻串聯(lián)構成。它為兩個比較器A1和A2提供基準電平。如引腳5懸空，則比較器A1的基準電平為2/3UDD，比較器A2的基準電平為1/3UDD。如

果在引腳5外接電壓，則可改變兩個比較器A1和A2的基準電平。當引腳5不外接電壓時，通常接0.01μF的電容，再接地，以抑制干擾，起穩(wěn)定電阻上的分壓比的作用。

2.電壓比較器

3.基本RS觸發(fā)器

基本RS觸發(fā)器由兩個或非門組成，它的狀態(tài)由兩個比較器的輸出控制。根據基本RS觸發(fā)器的工作原理，就可以決定觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。

4.放電開關管和輸出緩沖級

13.2.2工作原理及特點

綜上所述，可以列出CC7555集成定時器的功能表，如表13.2所示。CC7555定時器是一種功能強、電路簡單、使用十分靈活、便于調節(jié)的電路，具有功耗低、電源電壓范圍寬(3~18V)、輸入阻抗極高、定時元件的選擇范圍大等特點，但輸出電流(在4mA以下)比雙極型定時器(如5G555)小(最大負載電流200mA)。

13.3定時器的應用

13.3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種只有一個穩(wěn)定狀態(tài)的電路，它的另一個狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)脈沖作用下，電路能夠從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到暫穩(wěn)狀態(tài)，經過一段時間后，靠電路自身的作用，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，并在輸出端獲得一個脈沖寬度為tw的矩形波。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，輸出的脈沖寬度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，其長短取決于電路自身的參數(shù)，而與觸發(fā)脈沖無關。

圖13.4CC7555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2.工作原理

1)電路的穩(wěn)態(tài)

2)在外加觸發(fā)信號作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)

3)自動返回過程

4)恢復過程

3.輸出脈沖寬度tw

4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是常見的脈沖基本單元電路之一，它被廣泛地用作脈沖的定時和延時。

1)脈沖的定時

由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產生一定寬度(tw)的矩形輸出脈沖，利用這個矩形脈沖去控制某電路，使它在tw時間內動作(或不動作)，這就是脈沖的定時。如圖13.5(a)所示是利用輸出寬度為tw的矩形脈沖作為與門輸入信號之一，只有在tw時間內，與門才開門，信號A才能通過與門，工作波形如圖13.5(b)所示。圖13.5單穩(wěn)態(tài)電路的定時作用

2)脈沖的延時

圖13.6(a)所示電路利用單穩(wěn)態(tài)電路的輸出uo作為其他電路的觸發(fā)信號。由圖13.6(b)可見，uo

的下降沿比輸入觸發(fā)信號ui的下降沿延遲了tw。因此，利用uo下降沿去觸發(fā)其他電路(例如JK觸發(fā)器)，比用ui下降沿觸發(fā)時延遲了tw，這就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時作用。圖13.6單穩(wěn)態(tài)電路的延時作用

13.3.2多諧振蕩器

在數(shù)字電路中，常常需要一種不需外加觸發(fā)脈沖就能夠產生具有一定頻率和幅度的矩形波的電路。由于矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波成分，因此我們稱這種電路為多諧振蕩器。它常常用作脈沖信號源和電子自動開關等。

多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只具有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉換，其主要參數(shù)是振蕩周期T。

圖13.7CC7555構成的多諧振蕩器

2.工作原理

3.電路振蕩周期T

對于圖13.7所示的多諧振蕩器電路，由于電容充、放電途徑不同，因而C的充電和放電時間常數(shù)不同，使輸出脈沖的寬度t1和t2也不同。在實際應用中，常常需要調節(jié)t1和t2。在此，引進占空比的概念。輸出脈沖的占空比為

圖13.7

將圖13.7所示電路稍加改動，就可得到占空比可調的多諧振蕩器，如圖13.8所示。在圖13.8中加了電位器Rp，并利用二極管VD1和VD2將電容C的充電回路分開，充電回路為R1、VD1和C，放電回路為C、VD2和R2。該電路的振蕩周期為

13.3.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路之一，它可以把變化緩慢的脈沖波形變換成為數(shù)字電路所需要的矩形脈沖。

施密特電路的特點在于它也有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器的區(qū)別在于這兩個穩(wěn)定狀態(tài)的轉換需要外加觸發(fā)信號，而且穩(wěn)定狀態(tài)的維持也要依賴于外加觸發(fā)信號，因此它的觸發(fā)方式是電平觸發(fā)。

圖13.9CC7555構成的施密特觸發(fā)器

2.工作原理

3.施密特觸發(fā)器的應用

施密特觸發(fā)器的用途十分廣泛，它主要用于波形變化、脈沖波形的整形及脈沖幅度鑒別等。

1)波形變換

將變化緩慢的非矩形波變換為矩形波，如圖13.10所示。圖13.10波形變換

2)脈沖整形

將一個不規(guī)則的或者在信號傳送過程中受到干擾而變壞的波形經過施密特電路，可以得到良好的波形，這就是施密特電路的整形功能，如圖13.11所示。圖13.11波形的整形

3)脈沖幅度鑒別

利用施密特電路，可以從輸入幅度不等的一串脈沖中，去掉幅度較小的脈沖，保留幅度超過UT+的脈沖，這就是幅度鑒別，如圖13.12所示．圖13.12脈沖幅度鑒別圖13.12脈沖幅度鑒別

課題小結

本課題首先介紹了常見的脈沖波形和主要參數(shù)，然后介紹了中規(guī)模集成電路CC7555定時器的電路組成、功能和應用。555定時器是一種使用方便、功能靈活多樣的集成器件，它的應用十分廣泛，只需外接幾個阻容元件就可以構成各種不同用途的脈沖電路。

多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，屬于自激的脈沖振蕩電路，它不需要外界的觸發(fā)信號就可以自動產生具有一定頻率和幅度的矩形脈沖。多諧振蕩器主要用作脈沖信號源和電子自動開關等。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)信號的作用下，可以從穩(wěn)態(tài)翻轉為暫穩(wěn)態(tài)。依靠電路自身定時元件的充、放電作用，經過一段