第8章 脉冲信号的产生与整形

第8章脉冲信号的产生与整形

8.1概述

8.1.1脉冲信号及参数

在数字系统中经常要用到脉冲信号，脉冲信号是指在短暂时间间隔内发生突变或跃变的电压或电流信号。广义的脉冲信号指凡不连续的非正弦电压或电流，狭义的脉冲信号指规则的矩形脉冲。脉冲信号有多种多样，图8.1给出了常见的几种脉冲信号。脉冲信号中最典型的是矩形脉冲。

实际的矩形脉冲并无理想的跳变，顶部也不平坦。实际的矩形脉冲如图8.2所示。通常采用以下参数对它们进行描述。图8.1各种常见的脉冲波形

图8.2实际脉冲的参数

1.

脉冲幅度Um——指脉冲的最大幅值。

2.

前沿或上升时间tr——通常指由脉冲信号幅值由0.1Um上升到0.9Um所需要的时间，tr愈短，脉冲上升愈快，就愈接近于理想矩形脉冲。

3.

后沿或下降时间tf——脉冲信号下降由0.9Um下降到0.1Um所需要的时间。

4.

脉冲宽度tw——通常用脉冲前、后沿0.5Um两点间的时间间隔来代表脉冲宽度。

5.

脉冲周期T——对重复性的脉冲信号，两个相邻的脉冲波形上相应点的时间间隔称为脉冲周期，其倒数为脉冲频率,f/T是单位时间内脉冲信号的重复次数。

6.

脉宽比tw/T——脉冲宽度与周期之比，其倒数称为空度比或占空系数q。

8.1.2脉冲的获得

在数字系统中，常常采用以下两种方法来获得所需符合要求的脉冲信号：

一是利用振荡器直接产生所需要的脉冲波形。这种电路不需外加触发信号，只要电路电源电压、电路参数选取合适，电路就会自动产生脉冲信号（自激振荡）。这一类电路称多谐振荡电路或多谐振荡器。

另一种是利用变换电路将已有的性能不符合要求的脉冲信号变换成符合要求的矩形脉冲信号。变换电路本身不能产生脉冲信号，它仅仅起变换作用而已。这类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。

8.2多谐振荡器

多谐振荡器是一种自激振荡电路，它没有稳定状态，只有两个暂态。电路工作时，无需外加触发信号，接通电源后，电路就能在两个暂稳态之间相互转换，自动产生矩形脉冲信号。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡器。

8.2.1RC环形多谐振荡器

1.电路组成

RC环形多谐振荡器是指将奇数个门首尾相连而构成的振荡电路，如用三级门首尾相连构成如图8.3所示环形振荡器。利用门的延迟时间，使三级门产生180o的相移，再加上每级门的倒相作用，则反馈回来的信号和原来输入的信号同相，就可产生自激振荡，并输出方波，其频率为

图8.3环形振荡器及工作波形

图8.4RC环形振荡器2.

工作原理

接通电源后，假设电路已“稳定”，并为便于讨论，从电路刚刚跳变时刻谈起。例如，从t=t1时刻开始讨论，此时，门G3由关闭变为开启（1→0），输出uo由高电平变为低电平；G1由开启变为关闭（0→1），uo1(uI2)由低电平变为高电平；uo1的正向电压跳变通过电容C耦合到A端，保证G3开启，电路处于第一暂稳态。

在第一暂稳态内，G1输出的高电平通过图8.5(b)所示的电路对电容C反向充电（图中电容极性所为前一暂稳态建立的电压），A点电位将随电容C的充电电流的减小而减小，因为

uA=uo2+iR

其中电流i是按指数规律减小的，时间常数为τ=C(R+R0)（R0—门G1输出高电平时的输出电阻）。当uA下降到门限电平时（t=t2）电路将发生翻转（因为RS值较小，uI≈uA），其过程可用以下的连锁反应来表示：

uA↓→uo↑→uI1↑→uI2↓

由于上述连锁反应使门G3、G2关闭，G1开启，电路进入第二暂稳态。

在第二暂稳态期间，G2输出高电平，使电容C正向充电，充电回路如图8.5(a)所示。

随着电容C的充电，A点电位按指数规律上升，其时间常数为C[(R0+R)//(RS+R1)]≈C（R0+R），当t=t3,uA上升到门限电平Uth=1.4V时，电路又将发生翻转，回到第一暂稳态，图8.6所示为电路的工作波形。图8.5电路中电容C充放电等效电路图8.6RC环形振荡器的工作波形3.脉冲宽度及周期

通过分析，可得第一、第二暂稳态持续时间分别为

tw1=1.1(R+R0)C

tw2=0.9(R+R0)C

8.2.2石英晶体多谐振荡器

TTL或CMOS门电路构成的多谐振荡器通常在频率稳定度和准确度要求不高的情况下使用。这是因为电路决定振荡频率的主要因素是电路到达阈值电压UTH的时间。然而，阈值电压UTH容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响而变化，电容的充放电曲线在到达阈值电压时已经平缓，UTH的微小变化或者受到干扰，都将使振荡周期时间变化。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。石英晶体的品质因素很高，选频特性好，它的突出特点是只有当信号的频率f=f0（f0为石英晶体固有谐振频率）时，其等效阻抗最小，因而信号最容易通过，并在电路中形成正反馈。因此，若将石英晶体接入多谐振荡器电路中，电路的振荡频率只决定于晶体的谐振频而与电路中其它元件（如R、C）的参数无关。

图8.7（a）为石英晶体的符号，（b）为其阻抗频率特性。由图可看出，石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率f0相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号被衰减掉。因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可以组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率f0，而与RC无关。

(a)符号(b)特性曲线

图8.7石英晶体的符号及阻抗频率特性

1.并联石英晶体多谐振荡器

图8.8所示为由CMOS反相器组成的并联多谐振荡器。RF为反馈电阻，用以使G­1工作在静态电压传输特性的转折区，RF值通常取5~10MΩ。反馈系数取决于C1和C2的比值，C1还可微调振荡频率。

石英振荡器可输出振荡频率很稳定的信号，但输出波形不太好，所以，G1输出端需加反相器G­2，用以改善输出波形的前沿和后沿。

图8.8并联石英晶体多谐振荡器

2.串联石英晶体多谐振荡器

图8.9所示为由反相器组成的串联石英晶体多谐振荡器。C1为G1和G2间的耦合电容，R1和R2用以使G1和G2工作在电压传输特性的转折区。由于G2输出的振荡波形不好，因此输出增加了一个G3，用以改善输出振荡波形的前沿和后沿。图8.9串联石英晶体多谐振荡器

8.3单稳态触发器

单稳态触发器是具有一个稳态和一个暂态的电路。在数字系统中，一般用于定时（产生一定宽度的方波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度符合要求的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：

1.

它有两个稳定状态和一个暂稳态。

2.

无外加触发信号作用时，它保持稳态，只有在外加触发信号作用时，它才能由稳定状态翻转到暂稳状态。

3.

暂稳态维持一段时间后，靠电路本身的作用，将自动返回到初始稳定状态。而且暂稳态时间的长短完全取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲没有关系。

由于单稳态触发器电路中的暂态，都是靠RC电路的充、放电过程维持的，根据RC电路的不同接法，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种。

8.3.1微分型单稳态触发器

1.电路组成

电路如图8.10所示，它由一个TTL与非门G1、反相器G2和RC定时电路组成。其中，R和C是以微分电路形式连接，所以又称为微分型单稳态触发器。

图8.10微分型单稳态触发器

2.工作原理

当输入负脉冲未加上时，输入为高电平，选择电路R小于TTL与非门的关门电阻ROff(在微分电路中R通常很小，所以很容易满足这一点)，则uI2为低电平，G2截止，输出uo为高电平。则于G1的两个输入端均为高电平，所以G1饱和，输出UO1为低电平，电路处于稳态。

当输入端uI加上负脉冲时，uI由高电平跳变为低电平时，G1截止，UO1从低电平跳变为高电平，由于电容C两端的电压不能突变，故uI2也从低电平跳变到高电平，使门G2饱和导通。uo从高电平跳变到低电平，电路处于暂稳态时期。此后电容将通过门G1的输出端、C、R到地的回路充电，随着充电电流的减小，uI2将下降，当uI2下降到阀值电压UTH时，门G2从饱和导通转为截止，uO从低电平又跳回到高电平。因为此时uI负脉冲已消失，触发器的输入端已为高电平，故使门G1饱和导通，UO1从高电平跳变回低电平，同样，此时uI2也从阀值电压UTH作一个幅度相同的下跳（幅度为UOH-UOL），使电容通过饱和导通门G1的输出端经地到R的回路放电，电路恢复到原来的稳态。各点的电压波形如图8.11所示，在分析过程中需要注意的是：

（1）为保证电路能从暂稳态可靠地恢复到稳态，触发脉冲uI相对于输出脉冲uo必须是窄脉冲。

（2）暂稳态时，电路由门G1截止、门G2饱和跳回到门G1饱和、门G2截止后，必须有一个电容C的放电时间，电路才能返回到原来的稳态，此时间间隔称为恢复时间。此后，才允许输入下一个触发脉冲uI。

（3）由于是门G2的输出端反馈到门G1的输入端，因此，在电路状态的转换过程中存在着正反馈，使输出uo波形的边沿为陡峭。所以单稳态触发器输出的是较为理想的矩形波。

图8.11单稳态触发器的工作波形

3.输出脉冲波形的主要参数

（1）输出脉冲幅度Um

（2）输出脉冲宽度tw

（3）触发脉冲的最小重复周期Tmin

单稳态触发器输出脉冲的宽度实际上是暂稳态维持的时间，用tW表示。它为电容C上的电压由低电平0充到G2的UTH所需的时间。其大小可用下式进行估算

tW=0.7RC

在使用微分型单稳态触发器时。输入脉冲uI的宽度tWI应小于输出脉冲的宽度tW，即，tWI<tw，否则电路不能正常工作。如出现tWI>tw的情况时，可在触发信号源uI和G1输入端之间接入一个RC微分电路。

8.3.2集成单稳态触发器

集成单稳态触发器又可分为不可重复触发型单稳态触发器和可重复触发型单稳态触发器。下面以TTL不可重触发单稳态触发器74121为例说明它的逻辑功能。

1.电路结构

图8.12(a)所示为单稳态触发器74121的逻辑图。(b)为逻辑符号，图中外引线上的“×”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，如外接电阻、电容和基准电压等。该电路主要由三部分组成：G1~G4组成触发脉冲形成电路，用以实现对触发脉冲的上升沿触发或下降沿触发的选择；G5~G7和外接电阻Rext和电容Cext组成微分型单稳态触发器，电路结构和图8.10基本相同，用G4输出的正跃变触发；G8和G9为输出缓冲级，Q和Q输出互补信号。图8.12单稳态触发器74121

（a）逻辑图(b)逻辑符号图8.12单稳态触发器74121

2.工作原理

单稳态触发器74121的功能见表8.1。它的主要功能如下：

（1）

稳定状态

工作在表8.1前四种情况时，电路处于Q=0、Q=1的稳定状态。例如正触发输入端TR+=0、负触发输入端TR_A和TR_B为任意值时，则G2输出低电平0，即没有触发信号，单稳态触发器处于稳定状态：Q=0、Q=1。

（2）触发翻转

设单稳态触发器未输入触发信号时，电路处于Q=0、Q=1的稳定状态。

如触发脉冲由TR+端输入，而在TR_A和TR_B­端中至少有一个输入为0时，使G1输出为1。在没有输入触发信号时，即TR+=0，这时，在G4的4个输入中，除TR+=0外，其它三个输入都为1。当有触发脉冲输入时，TR+端由0正跃到1，G4随之产生由0到1的正跃变，G6输出由1负跃到低电平0，使输入Q=1、Q=0。与此同时，VCC经电阻Rext、电容Cext和G6的输出电阻对电空Cext充电，电路进入暂稳态。由于Q=0，使G3输出为1，这时G2输入全1，输出0，使G4由高电平1负跃变到低电平0。所以，G4输出1的时间是很短的，它实际上是一个很窄的正脉冲，从而保证了在触发脉冲宽度大于输出脉冲的情况下电路仍能正常工作。

在暂稳态期间，G7的输入电压uI7随着Cext的充电升高。当uI7上升到G7的阈值电平UTH时，G7开通，输出由1负跃到0，G6输出由0正跃到1，这时输出Q=0、Q=1，电路返回到初始的稳定状态。

3.输出脉冲宽度的估算

单稳态触发器74121的输出脉冲宽度tw可用下式进行估算

tw≈0.7RextCext

对于74121，Rext的取值范围为2~40KΩ；对于54121，Rext的取值范围为2~30KΩ。

Cext的一般取值范围为10pF~10uF，在要求不高的情况下，Cext的最大值可达1000μF。

在输出脉冲宽度不大时，可利用74121内部电阻Rint=2KΩ取代Rext，这样，可以简化外部接线。当要求输出脉冲宽度较大时，仍需要采用外接电阻Rext。

由图8.13所示74121的工作波形可看出，如在暂稳态期间（即tw内）再次进行触发时，对暂稳态时间没有影响。因此，输出脉冲宽度tw不会改变，它只取决于Rext和Cext的大小，而与触发脉冲无关。因此，74121为不可重触发单稳态触发器。图8.13单稳态触发器74121的工作波形

8.3.3单稳态触发器的应用

1.脉冲的整形

所谓脉冲整形就是将不规则的或是经过长距离传输受到某些干扰而使脉冲波形变坏的脉冲信号，通过单稳态触发器后，便可获得具有一定宽度和幅度的、前后沿比较陡峭符合要求的矩形脉冲。

2.脉冲的定时

由于单稳态触发器可输出宽度和幅度符合要求的矩形，因此，利用它来作定时电路。在图8.14所示定时电路中，单稳态触发器输出的脉冲uC可作为与门G开通时间的控制信号。只有在输出uC为高电平期间，与门G打开，uB才能通过与门G，这时，输出uo=uB，与门G打开的时间，完全由单稳态触发器决定。而在uC为低电平0时，与门G关闭，uB不能通过。

图8.14单稳态触发器的定时和工作波形

（a）示意图(b)工作波形

3.脉冲展宽

当输入脉冲宽度较窄时，则可用单稳态触发器展宽。只要合理选用Rext和Cext值，可输出宽度符合要求的矩形脉冲。图8.15用74121组成的脉冲展宽电路和工作波形

(a)电路图；(b)工作波形

8.4施密特触发器

施密特触发器是数字系统中常用的电路之一，它的一个重要特点，就是能够把变化非常缓慢的不规则的输入脉冲波形，整形成为适合于数字电路所需要的矩形脉冲。施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是：不仅这两个稳定状态的转换需要外加触发信号，而且稳定状态的维持也得依赖于外加触发信号，因此它的触发方式是电平触发。又由于具有回差电压，所以抗干扰能力也较强。因此，施密特触发器主要用于波形整形、脉冲变换、幅度鉴别等电路中。

1.电路组成

图8.16所示的是用两个与非门、非门和二极管VD组成。其中门G1、门G2组成基本RS触发器，G3是反相器，VD起电平转移作用，用以产生固定的回差电压。

8.4.1带电平转移二极管的施密特触发器图8.16带电平转移二极管的施密特触发器

2.工作原理

设输入信号uI为三角波，当输入信号uI=0时，G3截止，输出高电平；G2也截止（因二极管的正向压降为0.7V左右，uI2=0.7V小于UTH=1.4V），输出UOH2为高电平，经交叉耦合G1门开启，UO1为低电平，电路处于第一稳态。

当uI上升到G3门的阀值电压时，（uI=VT+），G3门从截止转为饱和导通，变为低电平；G1门从饱和变为截止，UO1变为高电平。此时，由于二极管UD的箝位作用，使端的电平为uI+Ud>UTH（Ud为二极管的管压降），即为高电平。G2门由截止变为饱和，UO2变为低电平，电路翻转到第二稳态。UT+称为“接通电平”或“上限阀值电压”。此后uI继续上升，电路状态不变。

当输入信号从最大值开始下降至略小于UT+时，G3由饱和转为截止，变为高电平。由于二极管UD的存在，端的电平为UT++Ud，仍高于阀值电压。只有输入信号继续下降到uI=UT-时，G2门才由饱和转为截止，UO2变为高电平，G1门由截止转为饱和，UO1变为低电平，电路翻回到第一稳态，UT—称为“断开电平”或“下限阀值电压”。其对应的工作波如图8.17。

从以上分析可知，施密特触发器具有两个稳态，电路的翻转依赖于外部触发信号，这个外部触发信号可以是各种形状的波形，当这个信号在上升时满足uI≥UT+或下降时uI≤UT-时，就能引起施密特触发器的转，另需要注意的是，施密特触发器稳态的维持也必须有外部触发信号的存在，因此它是一种电平触发。

图8.17施密特触发器的工作波形

3.回差现象

当施密特触发器的输入信号uI上升到UT+时，电路从第一稳态翻到第二稳态，可是当uI下降到低于UT+的UT—时，电路才能从第二稳态翻回到第一稳态。这种两次翻转所需输入电压不同的现象加回差现象或滞后特性。施密特触发器的正向阈值电压UT+和负向阈值电压UT—的差，称作回差电压，用△UT表示，即

△UT=UT+—UT—

回差电压△UT产生的主要原因是在G2输入端串入了转移电平二极管VD。因此，该电路的回差电压等于二极管VD的正向压降。

图8.18所示为施密触发器的电压传输特性，由该特性可看出施密特触发器具有滞后特性。

图8.18施密特触发器的电压传输特性

8.4.2集成施密特触发器

7413是一个典型的集成施密特触发器。也可以称为施密特触发的与非门。图8.8.19(a)为7413的外引线排列图，其中含有两个单独的施密特触发器。(b)为简化逻辑符号。

图8.197413双施密特触发器

(a)外线线排列图(b)简化逻辑符号

8.4.3施密特触发器的应用

1.波形变换

施密特触发器可用于将三角波、正弦波及其它不规则信号变换成矩形脉冲，图8.20所示为用施密特触发器将正弦波变成同周期的矩形脉冲。

图8.20旋密触发器用于波形变换

2.脉冲整形

如图8.21所示回差电压大、小两种情况，当回差电压较小时，输出仍受到顶部干扰的影响，若回差电压较大且大于顶部干扰的幅度时，可得到所要求的整形波形。所以增加回差电压可增强电路的抗干扰能力。

图8.21用施密特触发器对波形整形

3.脉冲幅度鉴别

如输入信号为一组幅度不等的脉冲，而要求将幅度大于UT+的脉冲信号挑选出来时，则可用施密特触发器对输入脉冲的幅度进行幅度鉴别，如图8.22所示。图8.22用施密特触发器鉴别脉冲幅度

8.5555定时器及应用

555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能器件。只要外部配接少数几个阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等电路。555定时器的电源电压范围宽，双极型555定时器为5~16V，CMOS555定时器为3~18V。可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。555还可输出一定功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域都有着广泛的应用。

TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

8.5.1555定时器

图8.23所示为双极型5G555定时器的逻辑图。它由电压比较器C1和C2、电阻分压器、G1和G2组成的基本RS触发器、集电极开路的放电管V和输出缓冲级G3三部分组成。

C1和C2为两个电压比较器，它们的基准电压为VCC经3个5KΩ电阻分压后提供。UR1=2/3VCC为比较器C1的基准电压，TH（阈值输入端）为其输入端。UR2=1/3VCC为比较器C2的基准电压，（触发输入端）为其输入端。CO为控制端，当外接固定电压VCO时，则UR1=VCO、UR2=1/2VCO。为直接置0端，只要=0，输出uo便为低电平，正常工作时，端必须为高电平。图8.235G555定时器的逻辑图下面分析5G555的逻辑功能。

设TH和端的输入电压分加别为uI1和uI2。5G555定时器的工作情况如下。

当uI1>UR1、uI2>UR2时，比较器C1和C2的输出uC1=0、uC2=1，基本RS触发器被置0，=0、=1，输出uo=0，同时三级管V导通。

当uI1<UR1、uI2<UR2时，两个比较器输出uC1=1、uC2=0，基本RS触发器被置1，=1、=0，输出uo=1，同时V截止。

当uI1<UR1、uI2>UR2时，uC1=1、uC2=1，基本RS触发器保持原状态不变。

综上所述，5G555这时器功能表如表8.2。

表8.2定时器5G555的功能表

1.电路组成

将放电管V集电极经R1接到电源VCC上，便构成了一个反相器。其输出DIS端对地接R2、C积分电路，积分电容C再接TH和TR端便组成了图8.24所示的多谐振荡器。R1、R2和C为定时元件。

图8.24555构成的多谐振荡器8.5.2由555定时器形成多谐振荡器

图8.25多谐振荡器的工作波形2.工作原理

接通电源VCC后，VCC经电阻R1和R2对电容C充电，其电压uC由0按指数规律上升。当uC≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为uC1=0、uC2­=1，基本RS触发器被置0，Q=0、Q=1，输出uO跃到低电平UOL。与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。

随着电容C的放电，uC随之下降。当uC下降到uC≤1/3VCC时，则电压比较器C1和C2的输出为uC1=1、uC2=0，基本RS触发器被置1，Q=1、Q=0，输出uO由低电平UOL跃到高电平UOH。同时因Q=0，放电管V截止，电源VCC又经电阻R1和R2对电容C充电。电路又返回到第一暂稳态。因此，电容C上电压uC将在2/3VCC和1/3VCC之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。

由图8.25可得多谐振荡器振荡周期T为

T=tW1+tW2

tW1为电容C上的电压由1/3VCC充电到2/3VCC所需的时间，充电回路的时间常数为（R1+R2）C。tW1可用下式估算

tW1=（R1+R2）Cln2≈0.7（R1+R2）C

tW2为电容C上的电压由2/3VCC放电到1/3VCC所需的时间，充电回路的时间常数为R2C。tW2可用下式估算

tW2=R2Cln2≈0.7R2C

所以，多谐振荡器的振荡周期T为

T=tW1+tW2≈0.7（R1+2R2）C

振荡频率为

f==

1.电路组成

将555定时器的TR作为触发信号uI输入端，V的集电极通过电阻R接VCC，组成了一个反相器，其集电极通过电容C接地，便组成了图8.26所示的单稳态触发器。R和C为定时元件。

8.5.3由555定时器形成单稳态触发器图8.26用555定时器组成的单稳态触发器图8.27单稳态触发器的工作波形

2.工作原理

下面参照图8.27所示波形讨论单稳态触发器的工作原理。

（1）稳定状态

没有加触发信号时，uI为高电平UIH。

接通电源后，VCC经电阻R对电容C进充电，当电容C上的电压充电到uC≥2/3VCC时，电压比较器C1输出uC1=0，而在此时，uI为高电平，且uI>1/3VCC，电压比较器C2输出uC2=1，基本RS触发器置0，Q=0、Q=1，输出uO=0。与此同时，三极管V导通，电容C经V迅速放守完电，uC≈0，电压比较器C1输出uC1=1，这时基本RS触发器的两个输入信号都为高电平1，保持0状态不变。所以，在稳定状态时，uC=0、uO=0。

（2）触发进入暂稳态

当输入uI由高电平UIH跃到小于1/3VCC的低电平时，电压比较器C2输出uC2=0，由于此时uC=0，因此，uC1=1，基本RS触发器被置1，Q=1、Q=0，输出u0由低电平跃到高电平UOH。同时三极管V截止，这时，电源VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。在暂稳态期内输入电压uI回到高电平。

（3）自动返回稳定状态

随着C的充电，电容C上的电压uC逐渐增大。当uC上升到uC≥2/3VCC时，比较器C1的输出uC1=0，由于这时uI已为高电平，电压比较器C2输出uC2=1，使基本RS触发器置0，Q=0、Q=1，输出uO由高电平UOH跃到低电平UOL。同时，三极管V导通，C经V迅速放完电，uC=0。电路返回稳定状态。

单稳态触发器输出的脉冲宽度tW为暂稳态维持的时间，它实际上为电容C上的电压由0V充电到2/3VCC所需要的时间，可按下式计算

tW=RCln3≈1.1RC

1.电路结构

将定时器5G555的阈值输入端TH和触发输入端TR连在一起，作为触发信号uI的输入端，并从OUT端取出输入uO，便构成了一个反相输出的施密特触发器。电路如图8.28所示。为了提高基准电压UR1和UR2的稳定性，常在CO控制端对地接一个0.01uF的滤波电容。

图8.28用555定时器构成的施密特触发器8.5.4由555定时器形成施密特触发器

图8.29施密特触发器的工作波形

2.工作原理

当输入uI<1/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出uC1=1、uC2=0，基本RS触发器置1，Q=1、Q=0，这时输出uO=UOH。

当输入1/3VCC<uI<2/3VCC时，C1和C2两个电压比较器的输出uC1=1、uC2=1，基本RS触发器保持原状态不变，即输出uO=UOH。

当输入uI≥2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出uC1=0、uC2=1，基本RS触发器置0，Q=0、Q=1，输出uO由高电平UOH跃到低电平UOL，即uO=0。由以上分析可看出，在输入uI上升到2/3VCC时，电路的输出状态发生跃变。因此，施密特触发器的正向阈值电压UT+=2/3VCC。此后，uI再增大时，对电路的输出状态没有影响。

当输入uI由高电平逐渐下降，且1/3VCC<uI<2/3VCC时，两个电压比较器的输出分别为uC1=1、uC2=1。基本RS触发器保持原状态不变。即Q=0、Q=1，输出uO=UOL。

当输入uI<1/3VCC时，

uC1=1、uC2=0，触发器置1，Q=1、Q=0，输出uO由低电平跃到高电平UOH。

可见，当uI下降到1/3VCC时，电路输出状态又发生另一次跃变，所以，电路的负向阈值电压UT-=1/3VCC。

由以上分析可得施密特触发器的回差电压△UT为

△UT=UT+-UT-=1/3VCC

图8.30所示为图8.28所示电路的电压传输特性，由该特性可看出，该电路具有反相输出特性。

图8.30施密特触发器的电压传输特性

8.5.5555定时器的其他应用

1.组成救护车音响电路

图8.31所示是555组成的救护车模拟电路，图8.31用555构成的救护车模拟电路