第7章脉冲信号的产生与整形

1、第第7 7章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形7.1 概述概述7.2 施密特触发器施密特触发器7.3 单稳态触发器单稳态触发器7.5 555定时器及其应用定时器及其应用7.4 多谐振荡器多谐振荡器本章教学要求本章教学要求1. 了解了解555定时器的结构特点、施密特触发器和单定时器的结构特点、施密特触发器和单稳态触发器的性能特点稳态触发器的性能特点;3. 掌握掌握多谐振荡器的振荡频率与定时元件多谐振荡器的振荡频率与定时元件R、C取值的关系；取值的关系；2. 理解理解555定时器的基本功能，多谐振荡器、施密定时器的基本功能，多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的工作原理特触发器和单稳态

2、触发器的工作原理;4. 掌握掌握施密特触发器和单稳态触发器的输出电压施密特触发器和单稳态触发器的输出电压与输入电压之间的关系；与输入电压之间的关系；vIR111G1G2vOvOvIR2 两级CMOS反相器构成施密特触发器7.2 施密特触发器施密特触发器7.2.1 用两级用两级CMOS反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器器器的的第第一一种种稳稳定定状状态态。这这是是施施密密特特触触发发导导通通，截截止止，时时，当当0G,G0O2DDO1I vVvv的的稳稳定定状状态态。持持在在，电电路路保保也也升升高高，只只要要逐逐步步上上升升时时，当当0OGS(th)IIII212 vVvvvvR

3、RRGS(th)GS(th)TIDDO21GS(th)II)1(GG21221VVVvVvVvvRRRRR 限触发电平限触发电平值为施密特触发器的上值为施密特触发器的上稳定状态。此时，稳定状态。此时，密特触发器进入第二种密特触发器进入第二种发器状态发生翻转，施发器状态发生翻转，施，触，触截止，截止，导通，导通，时，时，上升使上升使当当下下降降而而减减小小。随随由由最最大大值值下下降降，则则的的稳稳定定状状态态。若若，电电路路就就稳稳定定在在只只要要满满足足IIIDDIIDDOTI211)(vvvVvvVvVvRRR vOvIVTVT+VGS(th)2 VGS(th)R1R2 施密特触发器 电压

4、传输特性GS(th)21TTTT2)(VRRVVVV ，迟滞特性迟滞特性的差值称为回差电压的差值称为回差电压、下限触发电平、下限触发电平施密特触发器的上施密特触发器的上的状态。的状态。，触发器就稳定在，触发器就稳定在只要满足只要满足，则，则，若，若限触发电平限触发电平值为施密特触发器的下值为施密特触发器的下态。此时的态。此时的第一种稳定状第一种稳定状时，电路发生翻转回到时，电路发生翻转回到下降使下降使当当0)1(OTIGS(th)TDD21GS(th)DDGS(th)TIGS(th)II2121221 vVvVVVVVVVvVvvRRRRRRR CMOS集成施密特触发器电路TP2TN1vITP

5、1TN2TP3vOTN3VDDTP4TN5TP5TN6vO vO VDDTP6施密特触发器施密特触发器整形整形(a)缓冲输出缓冲输出vIvO (b)1 7.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器图中图中TP4、TP5及及TN4、TN5构成两个首尾相连的反相器，用构成两个首尾相连的反相器，用来改善输出波形来改善输出波形(整形整形)；TP6和和TN6组成输出缓冲级，以提高电路组成输出缓冲级，以提高电路的带负载能力，同时起隔离作用。的带负载能力，同时起隔离作用。参数名称参数名称VDD/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /VVT510152.24.66.83.67.110.8VT510150

6、.31.21.61.63.45.0 CC40106阈值数值参数参数CT5413/7413CT5414/7414CT54LS132/74LS132最小值最小值/ /V最大值最大值/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /VVT1.521.521.42VT0.61.10.61.10.51TTL施密特触发器阈值数值集成施密特触发器上、下限触发器电平典型数值：集成施密特触发器上、下限触发器电平典型数值：vItOvOtOVTVT用施密特触发器实现波形变换 7.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(1) 波形变换波形变换将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变

7、换成矩形波输出。将输入的正弦波、三角波、锯齿波等变换成矩形波输出。vItOvOtOVTVT用施密特触发器实现波形整形(a)vItOvOtOVTVT(b)vItOvOtOVTVT(c)(2) 脉冲整形脉冲整形当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密当矩形脉冲经过传输后因以下原因发生畸变，可通过施密特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。特触发器的整形获得满意的矩形脉冲波形。(a) 传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏；传输线上电容较大，波形的上升和下降沿变坏；(b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿产生振荡；(c) 受到干扰，脉冲波形上叠加有

8、噪声。受到干扰，脉冲波形上叠加有噪声。用施密特触发器实现脉冲鉴幅vItOvOtOVTVT(3) 脉冲鉴幅脉冲鉴幅利用施密特触发器可以从输入幅度不等的一串脉冲中去掉利用施密特触发器可以从输入幅度不等的一串脉冲中去掉幅度较小的脉冲，保留幅度超过幅度较小的脉冲，保留幅度超过V+的脉冲。只有当输入脉冲信的脉冲。只有当输入脉冲信号的幅度大于施密特触发器上限触发电平时，在输出端才产生号的幅度大于施密特触发器上限触发电平时，在输出端才产生输出信号。输出信号。(4) 施密特触发器的特点施密特触发器的特点施密特触发器属于双稳态触发电路，它具有两个稳定状态。施密特触发器属于双稳态触发电路，它具有两个稳定状态。两个

9、稳定状态的转换都需要外加触发脉冲的推动才能完成。两个稳定状态的转换都需要外加触发脉冲的推动才能完成。 1、输入信号从低电平上升、输入信号从低电平上升V-或从高电平下降到或从高电平下降到V+时，电时，电路状态就会发生转换。因此施密特触发器属于电平触发的双稳路状态就会发生转换。因此施密特触发器属于电平触发的双稳态电路。态电路。 2、电路状态转换时，通过电路内部的正反馈是输出淡雅、电路状态转换时，通过电路内部的正反馈是输出淡雅的波形边沿变得很陡，利用施密特触发器的这一特性可以完成的波形边沿变得很陡，利用施密特触发器的这一特性可以完成对信号脉冲的波形变换、整形、幅度鉴别、脉冲展宽。对信号脉冲的波形变换

10、、整形、幅度鉴别、脉冲展宽。7.3单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器具有单稳态触发器具有稳态稳态和和暂态暂态两个不同的工作状态。在外两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转为暂稳态，维持一段时间后，界触发脉冲作用下，能从稳态翻转为暂稳态，维持一段时间后，电路又能自动地翻转为稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电电路又能自动地翻转为稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外界触发脉冲无关。路本身的参数，与外界触发脉冲无关。 7.3.1 集成门构成的单稳态触发器集成门构成的单稳态触发器根据维持暂态的根据维持暂态的RC定时电路的不同接法，单稳态触发器可定时电路的不同接法，单稳态

11、触发器可以分为以分为微分型微分型和和积分型积分型两大类。两大类。(1) 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330微分型单稳态触发器及其工作波形反馈线反馈线输入端微分电路输入端微分电路微分型定时电路微分型定时电路&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330 微分型单稳态触发器及其工作波形vIv1vO1vO2v2(b)3.6V0.3V0.3V1.4V3.6V0.3V3.6V0.3V1.4V- -1.5V3.6V0.3Vtw反馈线反馈线(a) 0t1为稳定状态。为稳定状态。输入端无输入信号

12、触发或触发输入端无输入信号触发或触发输入为高电平。当选取输入为高电平。当选取Ri大于大于3.2k时，使时，使vI高于开门电平，高于开门电平，vO1=0.3V；选取选取R小于小于0.9k，使，使v2低于关门电低于关门电平，平，vO2=3.6V。触发器处于稳定状态。触发器处于稳定状态（vO1=VOL，vO2=VOH ）。）。0t1t2当当t=t1时，输入端时，输入端vI下跳变，下跳变，v1产生一个负尖峰脉冲，产生一个负尖峰脉冲，vO1上跳至高上跳至高电平，电平，v2随之跳变为高电平，使随之跳变为高电平，使vO2为低电平，触发器受触发发生一次为低电平，触发器受触发发生一次翻转，从而进入暂稳态（翻转，

13、从而进入暂稳态（vO1=VOL，vO2=VOH）。）。Cv2RvO1 电容充电等效电路RO3.6Vi(b) t1t2暂态过程。暂态过程。触发器进入暂稳态后，输出低电平通过反馈线维持触发器进入暂稳态后，输出低电平通过反馈线维持G1继续继续关闭。同时，电容关闭。同时，电容C充电，充电，v2(t)电压下降。当电压下降。当t=t2时，时，v2=Vth，G2关闭，输出关闭，输出vO2上跳至高电平，上跳至高电平，G1转为开态，触发器转为开态，触发器自动翻转一自动翻转一次次，回到初始稳定状态（，回到初始稳定状态（vO1=VOL，vO2=VOH） 。G1的输出电阻的输出电阻t1至至t2的时间称为的时间称为暂态

14、时间暂态时间，其，其长短取决于长短取决于RC的充电速度，因此的充电速度，因此RC称为称为定时电路定时电路，由它决定输出，由它决定输出vO1和和vO2的宽度。暂态时间通常近似估计的宽度。暂态时间通常近似估计为为CRRt)(7 . 0OW (c) tt2电路的恢复过程。电路的恢复过程。Cv2RvO1 电容放电等效电路RO0.3VR1VCCG2&G2G1CRRivICi带有射极跟随器的单稳态触发器VCCRETv2由由Vth随随vO1的下跳而下跳，电路进入恢复阶段，电容的下跳而下跳，电路进入恢复阶段，电容C开开始放电。恢复时间为始放电。恢复时间为。 RCt)53(re 在定时电路中，为调整在定

15、时电路中，为调整tW，通常，通常以改变以改变C作为粗调，改变作为粗调，改变R作为细调。作为细调。为了使调节范围加宽，可在定时电路为了使调节范围加宽，可在定时电路与与G2之间加射极跟随器，一般之间加射极跟随器，一般RE应满应满足足64RE64。这样，。这样，R值的选取范围是值的选取范围是64R0.91k。&G2G1Cv2RvO1vO2vIvIvO1vO2v21.4Vtw(a)积分型单稳态触发器 及其工作波形0.3V3.6V3.6V0.3V3.6V0.3Vt1t2(b)(2) 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器0(a) 0t1稳定状态。稳定状态。输入输入vI为低电为低电平，两个门的输出均

16、为高电平。电容平，两个门的输出均为高电平。电容C充电结束，触发器处于稳定状态。充电结束，触发器处于稳定状态。当当t=t1时，时，vI上跳变，两个门的状上跳变，两个门的状态同时改变，触发器翻转一次，进入态同时改变，触发器翻转一次，进入暂稳态。暂稳态。(b) t1t2暂稳定状态。暂稳定状态。输入输入vI为高为高电平，电平，vO1输出均为低电平，电容输出均为低电平，电容C放放电。当电。当t=t2时，电压时，电压v2下降至下降至Vth，G2状状态发生翻转，态发生翻转，vO2上跳至高电平，触发上跳至高电平，触发器状态自动翻转一次。器状态自动翻转一次。&G2G1CRvOvI 宽脉冲输出电路&

17、;G3当触发输入当触发输入vI下跳后，电容下跳后，电容C重新充电完毕后，触发器回到重新充电完毕后，触发器回到初始稳定状态。初始稳定状态。在暂态期间，电容在暂态期间，电容C放电未达到阈值电压放电未达到阈值电压Vth之前，之前，vI不能由不能由高电平下跳，否则高电平下跳，否则G2因因vI下跳提前翻转，达不到由下跳提前翻转，达不到由RC电路控制电路控制定时的目的。故要求定时的目的。故要求vI比输出比输出vO2脉冲宽。脉冲宽。如果要求在输入窄的触发脉冲时能够得到较宽的输出脉冲，如果要求在输入窄的触发脉冲时能够得到较宽的输出脉冲，可采用可采用图图示电路。示电路。CRvOvI 施密特触发器构成 的单稳态电

18、路及其工作波形A1vItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)(3) 施密特触发器构成单稳态触发器施密特触发器构成单稳态触发器当当vI=0时，输出时，输出vO=VOL=0V，这，这是稳定状态。是稳定状态。当当vI的正脉冲加到输入端时，的正脉冲加到输入端时，vA随之上跳，只要上跳的幅值大于随之上跳，只要上跳的幅值大于VT+，则输出则输出vO=VDD。触发器发生一次翻转，。触发器发生一次翻转，进入暂稳态。进入暂稳态。随着电容随着电容C充电，充电，vA电位指数下电位指数下降，一旦达到降，一旦达到VT- -，施密特触发器发，施密特触发器发生自动翻转，生自动翻转，vO=VOL=0V，返回至稳，返回

19、至稳态。暂稳态持续时间为态。暂稳态持续时间为 TIHlnWVVRCt单稳态触发器通用逻辑符号1非可重触发单稳 态触发器波形vItOvOtOtWtWA B CD 7.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器分为集成单稳态触发器分为非可重触发非可重触发和和可重触发可重触发两种类型。两种类型。非可重触发单稳态触发器非可重触发单稳态触发器，是指，是指在暂稳态定时时间在暂稳态定时时间tW之内，若有新的之内，若有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何响触发脉冲输入，电路不会产生任何响应。应。只有在电路返回到稳态后，电路只有在电路返回到稳态后，电路才受输入脉冲信号作用。输出信号脉才受输入脉冲信号

20、作用。输出信号脉冲的宽度为冲的宽度为tW。输入脉冲输入脉冲暂稳态定时时间暂稳态定时时间可重触发单稳 态触发器波形vItOvOtOtWABCtWtWt可重触发单稳态触发器可重触发单稳态触发器，是指在暂稳态定时时间，是指在暂稳态定时时间tW之内，之内，若有新的触发脉冲输入，可被新的输入脉冲重新触发。若有新的触发脉冲输入，可被新的输入脉冲重新触发。右图中，电路在受到右图中，电路在受到A输入脉冲输入脉冲触发后，电路进入暂稳态。在暂稳触发后，电路进入暂稳态。在暂稳态态tW期间，经期间，经t(ttW)时间后，又受时间后，又受到到B输入脉冲的触发，电路的暂稳态输入脉冲的触发，电路的暂稳态时间又将从受时间又将

21、从受B脉冲触发开始，因此脉冲触发开始，因此输出信号的脉冲宽度将为输出信号的脉冲宽度将为t+tW。采用可重触发单稳态触发器，只要在输出的暂稳态持续期采用可重触发单稳态触发器，只要在输出的暂稳态持续期tW结束前，再输入触发脉冲，就可方便地产生持续时间很长的结束前，再输入触发脉冲，就可方便地产生持续时间很长的输出脉冲。输出脉冲。(1) TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器TR+&G1&G2&G3G4&11G5G6C111G7G8G9RCextVCCRintRintRext/CextaTR-ATR-BQQ CT54121/74121单稳态触发器逻辑图输入控制电路输入控

22、制电路输出缓冲电路输出缓冲电路微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器CT54121/74121非可重触发单稳态触发器非可重触发单稳态触发器输入输入输出输出TR- -ATR- -BTR+ +QQ0101010100111011111100 CT53121/74121功能表稳态稳态暂稳态暂稳态功能表：功能表：OtTR-AtwOTR-BOTR+OQttttwtwt1t2t3t4t5t6 CT54121/74121工作波形1&1TR-ATR-BTR+CextRintRext/CextCXRIRX/CX CT54121/74121逻辑符号工作波形：工作波形：逻辑符号：逻辑符号：1G12Q&

23、1G1Q&G2&1G5G6G711G11G9TPTNG3G41G81G101G131G141G151G16VDDVDDvATR+TRR CC14528逻辑图CR(2) CMOS集成单稳态触发器集成单稳态触发器CC14528可重触发单稳态触发器可重触发单稳态触发器三态门三态门输出缓冲电路输出缓冲电路输入控制电路输入控制电路输入输入输出输出RTR+ +TR- -QQ0011010011110 CC14528功能表功能表：功能表：OtTR+twOTR- -OvAOQttttwtwt1t2t3t4t5t6CC14528可重触发单稳态工作波形tt7工作波形：工作波形：单稳态触发器的特点单

24、稳态触发器的特点单稳态触发电路，它具有一个稳定状态，一个暂时稳定状单稳态触发电路，它具有一个稳定状态，一个暂时稳定状态。从稳定状态转换到暂时稳定状态需要外加脉冲信号触发，态。从稳定状态转换到暂时稳定状态需要外加脉冲信号触发，从暂稳定状态转换到稳定状态是由电路自动完成的，暂稳态的从暂稳定状态转换到稳定状态是由电路自动完成的，暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲没有关系。持续时间取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲没有关系。 单稳态触发电路主要用于将宽度不符合要求的脉冲变换为单稳态触发电路主要用于将宽度不符合要求的脉冲变换为符合要求的矩形脉冲。符合要求的矩形脉冲。&G1CR

25、d电容正反馈多谐振荡器&G2abtw1t1t2t3tw2充充电电放放电电V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)7.4多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲，优于矩形波能自动地产生矩形脉冲，优于矩形波形中含有丰富的高次谐波，故习惯称形中含有丰富的高次谐波，故习惯称为为多谐振荡器多谐振荡器。它是常用的矩形脉冲。它是常用的矩形脉冲产生电路。产生电路。电容正反馈多谐振荡器电容正反馈多谐振荡器(1) 基本工作原理基本工作原理在多谐振荡器工作过程中，主要

26、在多谐振荡器工作过程中，主要依靠电容依靠电容C的充、放电，引起的充、放电，引起vd的变的变化，若化，若vd达到达到TTL门阈值电压门阈值电压Vth，引，引起起与非与非门状态的翻转。门状态的翻转。&G1CRd电容正反馈多谐振荡器&G2abtw1t1t2t3tw2充充电电放放电电V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)设某时刻由于电容设某时刻由于电容C充电，使充电，使vd上升至上升至vdVth时，时，G1由关态变为开态，由关态变为开态，使输出使输出va由高电平跳变至低电平，由高电平跳变至低电平，G2由开态变为关态，输出由开态变为关态，输出vb由低电平跳由低电平跳变

27、至高电平。由于电容变至高电平。由于电容C两端电压不两端电压不能突变，使能突变，使vd也随也随vb的上跳而上跳，的上跳而上跳，维持维持G1处于开态，处于开态，G2处于关态。处于关态。以后电容以后电容C放电，放电，vd电位逐渐下电位逐渐下降，在降，在vd下降至下降至Vth之前，这段时间称之前，这段时间称为为暂态暂态，即图中，即图中t1t2期间的波形。期间的波形。CRdab0.3V3.6V(a)电容C充、放电等效电路RO+- -RROC(b)+- -R1VCCdab0.3V3.6V放电放电充电充电当当vd下降至下降至Vth时，时，G1由开态变为由开态变为关态，关态，va由低电平上跳至高电平，由低电平

28、上跳至高电平，G2由关态变为开态，由关态变为开态，vb由高电平下跳至由高电平下跳至低电平。电路又一次自动翻转。低电平。电路又一次自动翻转。当当G1处于关态，处于关态，G2处于开态后，处于开态后，电容电容C充电，充电，vd电位逐渐上升，在电位逐渐上升，在vd上上升至升至Vth之前，这段时间称为之前，这段时间称为暂态暂态，如图中如图中t2t3期间的波形。期间的波形。当当vd上升至上升至Vth时，时，G1由关态变为由关态变为开态，开态，G2由开态变为关态，进入暂态由开态变为关态，进入暂态。以后不断重复上述过程，从而形。以后不断重复上述过程，从而形成周期振荡，在输出端获得矩形波成周期振荡，在输出端获得

29、矩形波vb。(2) 振荡周期的计算振荡周期的计算(a) 暂态暂态持续时间持续时间tW1的计算的计算)()()()(112W12dd1ddln tvvtvvttt OHOLOHbth1dth2dadO1)(V4 . 1)(V0V3 . 0)()(VVVVVVVtvVtvvvCRR 其中：其中：)1ln()()ln()(thOHthOHthOOW1VVVVVCRRCRRt )()()()(223W23dd2ddln tvvtvvttt OHOHOL2b2bth2dth3dOHad1O2)()()(V4 . 1)(V6 . 3)(/)(VVVtvtvVVVtvVtvVvvCRRR 其中：其中：)ln

30、(/)(thOHthOH21OW2VVVVCRRRt (b) 暂态暂态持续时间持续时间tW2的计算的计算W2W1ttT (c) 振荡周期振荡周期带有带有RC定时电路的环定时电路的环形振荡器形振荡器&G2CR带RC电路的环形多谐振荡器及工作原理&G3vOt1t2t3tw2(a)(b)&G1RSv3v2v1OvOtOv1tOv2tOv3tVmVmVtht4tw1基本工作原理基本工作原理是利用电容是利用电容C的充、放电过程，控制电压的充、放电过程，控制电压v3，从而控制从而控制与非与非门的自动开闭。门的自动开闭。(1) t1t2暂稳态暂稳态设设tt2时，与时，与tt1时的状态

31、相同，只要时的状态相同，只要v3未上升至未上升至Vth，暂稳，暂稳态维持不变。而态维持不变。而t=t3时，又重复时，又重复t=t1时的过程。上述过程自动周时的过程。上述过程自动周期重复，形成多谐振荡。期重复，形成多谐振荡。根据分析，可求得（忽略根据分析，可求得（忽略TTL门输出电阻的影响）门输出电阻的影响）RCRCtCRRCRRtVVVVVVVVVV26. 1ln)/(98. 0ln)/(OLthOLthOHthOHOLthOH2W21)(21W1 可见，通过调节电容可见，通过调节电容C和电阻和电阻R可以调节振荡器的频率。可以调节振荡器的频率。&G2R 晶体稳频的多谐振荡器&G

32、1R&G3vO晶体稳频的多谐振荡器晶体稳频的多谐振荡器晶体稳频多谐振荡器是在耦晶体稳频多谐振荡器是在耦合支路中串接了石英晶体构成的。合支路中串接了石英晶体构成的。石英晶体具有一个极其稳定石英晶体具有一个极其稳定的串联谐振频率的串联谐振频率fs，在该频率的，在该频率的两侧，晶体的阻抗迅速增大。两侧，晶体的阻抗迅速增大。在反馈支路中串入石英晶体，振荡器只有在频率满足在反馈支路中串入石英晶体，振荡器只有在频率满足fs的起的起振条件时才起振。振荡的波形经过振条件时才起振。振荡的波形经过G3整形后即输出矩形脉冲波。整形后即输出矩形脉冲波。所以，多谐振荡器的振荡频率决定于晶体的振荡频率，这就是所以

33、，多谐振荡器的振荡频率决定于晶体的振荡频率，这就是晶体的稳频作用。晶体的稳频作用。CRvOvC 施密特触发器构成的多谐振荡器1vCtO(a)(b)tOvOtw1tw2由施密特触发器构成的多谐振荡器由施密特触发器构成的多谐振荡器当接通电源时，当接通电源时，vC电位较低，输电位较低，输出出vO为高电平。此后为高电平。此后vO通过通过R对对C充充电，当电，当vCVT+时，施密特触发器输出时，施密特触发器输出为低电平；为低电平；vC经经R通过通过vO放电，当放电，当vCVT- -时，施密特触发器输出为高时，施密特触发器输出为高电平。如此反复，形成多谐振荡。电平。如此反复，形成多谐振荡。若采用若采用CM

34、OS施密特触发器，则施密特触发器，则 TTTDDTDDlnlnW2W1VVVVVVRCtRCt振荡周期为振荡周期为W2W1ttT 5 多谐振荡器的特点多谐振荡器的特点多谐振荡器诶有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态之间的多谐振荡器诶有稳态，只具有两个暂稳态，暂稳态之间的转换不需要外加脉冲信号触发，全部由电路自身完成。由于它转换不需要外加脉冲信号触发，全部由电路自身完成。由于它产生的矩形波中除基波以外，还含有丰富的高次谐波成分，所产生的矩形波中除基波以外，还含有丰富的高次谐波成分，所以我们称这种电路为多谐振荡器，它常用做脉冲信号源。以我们称这种电路为多谐振荡器，它常用做脉冲信号源。 555555定时

35、器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便件。它使用方便, ,带负载能力较强带负载能力较强, , 目前应用广泛。目前应用广泛。 在其外部配接上少许阻容定时元件，便可以构成在其外部配接上少许阻容定时元件，便可以构成多谐振荡多谐振荡器器、施密特触发器施密特触发器和和单稳态触发器单稳态触发器等产生脉冲的电路。等产生脉冲的电路。矩形脉冲矩形脉冲( (方波、矩形波方波、矩形波) )的获得方法：的获得方法： 1. 使用各种形式的矩形波发生电路产生矩形波；使用各种形式的矩形波发生电路产生矩形波； 2. 利用现有的周期性信号，通过整形电路变换为所需要

36、的矩利用现有的周期性信号，通过整形电路变换为所需要的矩形波信号。形波信号。7.5.1 555定时器的组成及工作原理定时器的组成及工作原理7.5 集成集成555定时器及其应用定时器及其应用 在数字电路中，矩形脉冲作为时钟信号控制着整个数字系统在数字电路中，矩形脉冲作为时钟信号控制着整个数字系统的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系统能否正常工作。的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系统能否正常工作。一、一、555555定时器的组成定时器的组成1. 分压器分压器R=5k2/3VCC1/3VCC基本基本RS触发器触发器比较器比较器C1的同相端加电压为的同相端加电压为2/3VccC2的反相端加电压

37、为的反相端加电压为1/3Vcc外加参考电压，结果又怎样？外加参考电压，结果又怎样？2. 比较器比较器VTH 2/3Vcc，VTR1/3Vcc，3. 基本基本RS触发器触发器置数端和复位端均为低电平有效置数端和复位端均为低电平有效4. 晶体管开关和输出缓冲器晶体管开关和输出缓冲器- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD非门非门为缓冲器，作用是提高带负载能力并隔离负载对定时器的影响为缓冲器，作用是提高带负载能力并隔离负载对定时器的影响. Q=1, TD导通导通, 7脚输出低电平脚输出低电平; Q=0, TD截至截至, 7脚输出高电平

38、脚输出高电平;VOC1=VOL;VOC2=VOH;R=5k2/3VCC1/3VCC基本基本RS触发器触发器比较器比较器-+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD二、二、555555定时器的符号定时器的符号RDVCCuDVCOTRGNDuOTH555三、三、555555定时器外形定时器外形一、一、555555定时器的组成定时器的组成四、四、555555定时器的基本功能定时器的基本功能- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD555555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的

39、负载电流。能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型双极型555555定时器的电源电压：定时器的电源电压：5 516V16V，最大负载电流：，最大负载电流：200mA200mACMOSCMOS型型75557555定时器的电源电压：定时器的电源电压：3 318V18V，最大负载电流：，最大负载电流：4mA4mATHTRRDuOTDCC32V CC31V CC31V CC32V 1CC32V CC3V LL通通H通通LH止止HH保持保持保持保持一、一、555555定时器的组成定时器的组成101101五、五、555555的应用的应用- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1

40、1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD4816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机微电机555uoS1 : 起动按钮起动按钮工作原理工作原理仅按下仅按下S1 ，则则 uo=1 ，电机转动电机转动 ；即使；即使放开放开 S1 ，uo 保持保持为为1 , 电机继续转动电机继续转动 ；2. 仅按下仅按下S2 ，则，则 uo=0 ，电机停止转动电机停止转动 ；即使；即使放开放开 S2 ，uo 保持为保持为0 , 电机仍然不会转动电机仍然不会转动 。 S2 : 起动按钮起动按钮7.5.2 555定时器构成的定时器构成的施密特触发器施密特触发器VCCRC1 12 23 34 45 56

41、67 78 8555555VCC2uouDuI一、电路结构一、电路结构二、工作原理二、工作原理三、工作波形三、工作波形1. uI:0 U+ uo=UOH ；TD截截 止止 ；uD =VCC2 2. uI:U+ U- - uo=UOL ；TD导通导通 ；uD = UOLU+U- -OuItUOHUOLOuOtVCC2UOLOuDtU- - =1/3VCC U+ =2/3VCC四、电压传输特性四、电压传输特性 （滞回特性）（滞回特性）三、工作波形三、工作波形U+U-OuItUOHUOLOuOtVCC2UOLOuDtU+U-OuIuO五、静态参数五、静态参数U- - =1/3VCC ；U+ =2/3

42、VCC ；U = UT+- -UT- - =1/3VCC 若外加参考电压，又怎么样？若外加参考电压，又怎么样？六、施密特触发器应用六、施密特触发器应用ttUOHUOLOuOU+U- -OuIttUOHUOLOuOU+U-OuI例例1例例2例例3例例4一、电路结构一、电路结构uoiuVCCRCC123456785555（1） 当当vi=1时，电路工作在稳定状态，即时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（2）当）当vi下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTH

43、TRGNDCCVDRuDuOTD（3）当）当vC=2/3VCC时，时，vO由由1跳变跳变0，TD由截止转为导通，由截止转为导通，C经经T迅迅 速放电，电压速放电，电压vC迅速降至迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。二、工作原理二、工作原理7.5.3 555定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器一、电路结构一、电路结构uoiuVCCRCC123456785555（1） 当当vi=1时，电路工作在稳定状态，即时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（2）当）当vi下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态

44、转入暂稳态。（3）当）当vC=2/3VCC时，时，vO由由1跳变跳变0，TD由截止转为导通，由截止转为导通，C经经T迅迅 速放电，电压速放电，电压vC迅速降至迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。二、工作原理二、工作原理三、工作波形三、工作波形vI0tvC0tvO0tTW2/3VCC（4）充电时间计算）充电时间计算 uC (0) = 0V、 uC () =VCC、 =RC， 当当t= tw时，时， uC (tw) =2 VCC /3代入三要素公式，可求得：代入三要素公式，可求得：RCRCTW1 . 13ln三、工作波形三、工作波形vI0tvC0tvO0tTW2/3

45、VCC一、电路结构一、电路结构uoiuVCCRCC123456785555二、工作原理二、工作原理四、注意事项四、注意事项1. 触发脉冲必须是触发脉冲必须是窄脉冲窄脉冲，要比暂稳态的时间，要比暂稳态的时间tw还要短。还要短。2. 如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲，如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲，则新的触发则新的触发脉冲不起作用，该电路为脉冲不起作用，该电路为不可重复触发不可重复触发的单稳态触发器。的单稳态触发器。五、单稳态触发器应用五、单稳态触发器应用例例1 1：简易曝光定时器：简易曝光定时器当按下当按下AN电容放电电容放电555置位置位J吸合吸合电灯电灯HL亮亮电容充电到电容充

46、电到2/3VDD555复位复位J释放释放电灯电灯HL熄熄7.5.4 555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器ucVCCuo oRRCC121 12 23 34 45 56 67 78 85555555 5一、电路结构一、电路结构二、工作原理二、工作原理( (设起始设起始u uc c=0)=0)uo=UOH；TD截截 止止；uc ；1=C(R1+R2)暂稳态暂稳态uc ；uo=UOL；TD导通导通；2=CR2uc=2/3Vcc ； UOH UOL ;TD:截止截止 导通导通；翻转；翻转uc=1/3Vcc ；UOL UOH;TD:导通导通截止；翻转截止；翻转暂稳态暂稳态- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD0110 1ucVCCuo oRRCC121 12 23 34 45 56 67 78 85555555 5一、电路结构一、电路结构三、工作波形三、工作波形0tuouC0tVCC /32VCC /3tw1tw2tw1二、工作原理二、工作原理( (设起始设起始u uc c=0)=0)uo=UOH；TD截截 止止；uc ；1=C(R1+R2)暂稳态暂稳态uc ；uo=UOL；TD导通导通；2=CR2uc=2/3Vcc ； UOH UOL ;TD:截止截止 导通导通；翻转；翻转uc