版数字电子技术电子课件-第5章-脉冲产生与整形电路

第5章脉冲产生与整形电路江西现代职业技术学院

王连英国家级精品资源共享课程《数字电子技术》课件编辑制作：程豪徐芳学习目标及重点与难点

学习目标

熟悉掌握555定时器的特性及工作原理。了解多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的工作原理及主要应用。熟练掌握用555定时器组成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的典型电路结构及主要参数计算。

第5章学习目标及重点与难点

第5章脉冲产生与整形电路重点与难点

用555定时器组成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的典型电路及主要参数的计算；定时电路中电容充、放电过程的分析和参数计算。学习目标及重点与难点

第5章脉冲产生与整形电路

5.1555定时器

555定时器是一种模拟和数字电路结合的多用途中规模集成电路，利用它可方便地构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等，广泛应用于信号的产生、整形、控制与检测电路。

555定时器的工作电压适应范围较宽，TTL结构的为5

16V，CMOS结构的为3

18V，可提供与TTL及CMOS兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。目前市场上国内外公司产品众多，但所有TTL单定时器产品型号的最后3位数码都是555，双定时器产品型号的最后三位数码都是556；所有CMOS单定时器产品型号的最后4位数码都是7555

，双定时器产品型号的最后4位数码都是7556，且它们的结构、工作原理基本相同，功能及外部引脚的排列方式完全相同，一般可以互换使用。5.1555定时器第5章脉冲产生与整形电路

555定时器的基本电路结构图和逻辑功能示意图，如图5.1.1

所示。它由用3个5K

电阻R组成的电阻分压器、两个集成运放C1和C2组成电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲级G3，放电管T等五部分构成。

5.1555定时器555定时器的电路结构5.1.1第5章脉冲产生与整形电路5.1555定时器第5章脉冲产生与整形电路5.1555定时器如图5.1.1所示，电阻分压器为两个电压比较器提供基准电压；CO为比较电压的控制端（V5），若CO端外加控制电压VCO，则电压比较器C1的基准电压VR1=VCO，C2的基准电压VR2=VCO/2；若CO端不加控制电压时，为防止高频干扰信号窜入，一般CO端应通过一个0.01

F的小电容接地，这时两个电压比较器的基准电压分别是VR1=2VCC/3、VR2=VCC/3；G1、G2构成基本RS触发器；为直接置零（清零）控制端（V4），当时，基本RS触发器的，使输出端（V3）电压为低电平、vo=0，且与阀值输入端TH（V6）和触发输入端（V2）有无信号没有关系；正常工作时，端应接高电平1；输出缓冲级G3一是与负载隔离缓冲使定时器工作稳定，二是具有较强的电流驱动能力；放电管T是作为开关管来使用，对应的输出端DIS（V7）是放电管T的集电极（或CMOS的漏极），当时，T截止，当时，T导通。第5章脉冲产生与整形电路5.1555定时器555定时器的工作原理5.1.2（1）当阀值输入端TH电压V6大于VR1=2VCC/3、触发输入端电压V2大于VR2=VCC/3时，电压比较器C1的输出，C2的输出，基本RS触发器被置1、，放电管T导通、G3输出低电平vo=0。（俗称输入大大，输出小小）（2）当阀值输入端TH电压V6小于VR1=2VCC/3、触发输入端电压V2小于VR2=VCC/3时，电压比较器C1的输出，C2的输出，基本RS触发器被置0、，放电管T截止、G3输出低电平vo=1。（俗称输入小小，输出大大）（1）当阀值输入端TH电压V6小于VR1=2VCC/3、触发输入端电压V2大于VR2=VCC/3时，电压比较器C1的输出，C2的输出，基本RS触发器的状态保持不变，放电管T和G3输出的状态亦维持不变。（俗称输入不大不小，输出维持不变）第5章脉冲产生与整形电路

根据以上以典型TTL定时器555基本电路为例工作原理的分析，有555（或7555）定时器的功能表如表5.1.1所示。5.1555定时器第5章脉冲产生与整形电路

5.2多谐振荡器

多谐振荡器（Multi-harmonicOscillator）是一种产生矩形脉冲的自激振荡器，不需要外加触发信号，只要一接通电源，就能自动产生一定频率和脉宽的矩形脉冲。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，故将矩形脉冲产生电路称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态，故又称为无稳态电路，常用来做要求不是太高的脉冲信号源。这种振荡器的频率一般由RC定时电路决定，频率的稳定度（

fo/fo）较差。对于振荡频率稳定度要求较高的情况，可采用石英晶体多谐振荡器。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

用555定时器组成的多谐振荡器，由于555定时器内部的电压比较器灵敏度较高，且采用差分电路的形式，振荡器输出的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，输出驱动电流较大，功能灵活，应用较为广泛。1.基本典型电路

用555定时器组成多谐振荡器的基本典型电路如图5.2.1（a）所示。图中R1、R2和C为定时元件。设接通电源前，电容C的电压vC=0。5.2多谐振荡器用555定时器组成多谐振荡器5.2.1第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

接通电源后，由于初始状态vC=0，所以输出vO为高电平、放电管T截止，vO=VOH。随后，VCC经R1和R2

对C充电，vC随之上升，电路进入一个暂稳态。随着C充电的进行，vC不断升高。当vC≥2VCC/3时，V6

2VCC/3、V2

VCC/3，vO=VOL、放电管T导通，电路输出vO跃变为低电平VOL，C经R2和放电管T放电，vC随之下降，电路进入另一个暂稳态。随着C放电的进行，vC逐步下降。当vC≤VCC/3时，V6

2VCC/3、V2

VCC/3，vO=VOH、放电管T截止，电路输出vO跃变为高电平VOH。电路又返回第一个暂稳态，VCC又经R1和R2

对C充电，当vC≥2VCC/3时，电路输出vO跃变为低电平VOL，…。电容C如此循环充电和放电，便使电路在两个暂稳态间交替变换产生振荡，输出矩形脉冲。其工作波形如图5.2.1（b）所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

由图5.2.1所示电路，可求得C充电时间tW1和放电时间tW2分别为

由此，图5.2.1所示多谐振荡器的振荡周期和频率分别为

振荡器输出矩形脉冲的占空比为

上式表明，图5.2.1（a）所示用555定时器组成的基本多谐振荡器典型电路的占空比固定不变、不可调节，且始终大于50%。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路2.

占空比可调的多谐振荡器

用555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器如图5.2.2所示。由于接入了两只二极管，从而使电容C的充电和放电路径不同。充电路径为VCC经R1和D1

到地，对C充电；放电路径为vC经D2、R2和放电管T到地，对C放电；充电时间tW1和放电时间tW2分别约为5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

因此，振荡器输出矩形脉冲的频率和占空比分别为

调节电位器RP可改变

R1和

R2的比值，即调节改变了振荡器输出矩形脉冲的占空比。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路3.应用举例[例5.2.1]试用555定时器设计制作一个双音电子门铃。解：用555定时器设计的双音电子门铃电路如图5.2.3所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

（1）当按钮开关S未按下断开时，置零（清零）信号V4（A点电位）为低电平，电路停振，vO为低电平，喇叭没有声音。

（2）当按钮开关S按下闭合时，VCC经D2对C4充电，A点电位（V4）上升，并迅速升至VCC，置零（清零）信号迅即解除，电路产生多谐振荡。由于D1将R1（10K

）短接，定时电路是由R2（3K

）、R3（3K

）和

C1（0.022

F）组成，vO输出矩形脉冲信号的频率

电路产生较高频率的振荡，喇叭发出高音。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

（3）当按钮开关S松开断开时，电容

C4储存的电能经R4（5.1K

）放电，A点电位（V4）随之下降。但由于放电时间常数R4C4较大，A点电位（V4）下降较慢。在A点电位（V4）下降到置零（清零）信号所需的低电平之前，电路将继续维持一段时间振荡。但此时定时电路是由R1（10K

）、R2（3K

）、R3（3K

）和

C1（0.022

F）组成，vO输出矩形脉冲信号的频率

电路产生较低频率的振荡，喇叭发出低音（4）当A点电位（V4）下降到置零（清零）信号所需低电平的时候，电路停振，vO为低电平，喇叭停止发声。调节定时电路R1、R2、R3和

C1的参数，可以改变高、低音信号的频率；调节R4和

C4的参数，可以改变低音维持的时长。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路验证双音电子门铃功能的Multisim仿真电路分别如图5.2.4和图5.2.5所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

通过图5.2.4和图5.2.5所示仿真电路可以看出，当按钮开关S按下闭合时,电路的振荡周期约为185

s(频率约为5.4KHz)；当按钮开关S松开断开时，电路的振荡周期约为300

s(频率约为3.3KHz)。通过放置在555定时器置零（清零）控制端（即图5.2.3所示电路的A点）的电子探针所显示的动态电位数值，可以清楚地看到随着电容

C4储存的电能经R4（5.1K

）放电的进行，端的电位逐渐地下降，直至其下降到置零信号所需低电平时，电路停振，vO为低电平。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路[例5.2.2]试用2块555定时器设计制作一个双音的警铃电路。

解：用2块555定时器设计的双音警铃电路如图5.2.6所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

555（1）构成的多谐振荡器输出信号频率约为1Hz。由于R2

R1，依据式（5.2.5）占空比q=(R1+R2)/(R1+2R2)可知，q≈50%，vO1为近似的方波信号。由于555（2）构成的多谐振荡器的比较电压的控制端CO（V5）与vO1相连接，则555（2）C3充放电的转换电压，即555（2）放电管T状态转换阀值电平受555（1）vO1的控制。当vO1为高电平时，555（2）电路状态转换阀值电平较高，C3充放电的周期较长，输出信号vO2的频率较低；当vO1为低电平时，555（2）电路状态转换阀值电平较低，C3充放电的周期较短，输出信号vO2的频率较高。这样，电路就输出了两段时间间隔大致相等，高、低频率差别明显的双音警铃信号。调节Rp可改变输出信号vO2高、低双音的频率差距。

5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

验证用555定时器设计双音警铃电路功能的Multisim仿真电路如图5.2.7所示。为便于观测，仿真电路对图5.2.6所示电路中C1的参数进行了修改，提高了555（1）输出信号vO1的频率。从图5.2.7（b）所示电路输出信号vO1和vO2的波形可以看出，在555（1）输出信号vO1的控制下，555（2）输出信号vO2以频率高、低差别明显的双音交替变换输出，电路功能符合设计要求。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

用555定时器组成多谐振荡器或用门电路组成多谐振荡器（略），虽然电路简单、容易实现，但由于振荡器的频率一般由RC定时电路决定，易受电源波动、温度变化、RC参数误差等因素的影响，振荡频率的稳定度和精度较差。在计算机等对振荡频率稳定度要求较高的数字设备中，一般都是采用石英晶体振荡器（CrystalOscillator）。5.2多谐振荡器石英晶体多谐振荡器5.2.2第5章脉冲产生与整形电路1.石英晶体的选频特性石英晶体的阻抗频率特性和电路符号如图5.2.8（a）和5.2.8（b）所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

由图5.2.8（a）可知，只有当外加信号的频率f

和石英晶体的固有谐振频率fo

相同时，石英晶体的电抗才为零（X=0），呈现为很小的阻抗，在其他外加频率信号作用下，石英晶体呈现的电抗（阻抗）都很大。而且石英晶体的等效品质因数Q很高，因此石英晶体具有很好的选频特性，并且频率稳定度很高，可达10-7~10-11。利用这一特性，如将石英晶体串接在多谐振荡器的反馈环路（即选频网络）中，就可获得振荡频率只取决于石英晶体本身固有谐振频率fo，而与电路中R、C数值无关的脉冲信号。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路2.对称石英晶体多谐振荡器对称石英晶体多谐振荡器如图5.2.9所示。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

图中，RF1、RF2用于确定反相器G1、G2的静态工作点，使其工作在放大区，以利于电路起振。对于TTL门电路，RF1和RF2通常取为0.7~2K

；对于CMOS门电路，RF1和RF2通常取为10~100M

。C1和C2为耦合电容，在频率为fo时，呈现的容抗很小，可忽略不计。石英晶体串接在两级反相器的正反馈环路中，只对频率为fo（石英晶体的固有谐振频率）的信号呈现很小的阻抗。电路接通电源后，G2输出的信号中，只有频率为fo的信号才能顺利通过石英晶体形成很强的正反馈、才能满足起振条件，而起振、产生自激振荡。即该电路的振荡频率仅取决于石英晶体本身固有谐振频率fo，而与电路中R、C的数值无关，频率稳定度很容易达到10-7以上。反相器G3用于缓冲隔离和整形，既可提高电路带负载的能力，又能使输出信号vO的波形接近于矩形脉冲。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路3.

并联石英晶体多谐振荡器由CMOS反相器组成的并联石英晶体多谐振荡器如图5.2.10所示。

5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

图中，RF是负反馈电阻，通常取为10~100M

，以为G1提供适当的偏置，使G1工作在转折区附近，以增强电路的稳定性和改善输出波形。C1、C2和石英晶体组成形选频网络，只有频率为fo的信号能顺利通过石英晶体而产生自激振荡，振荡频率近似为fo，改变C2可微调振荡频率,一般取C2为5~35pF。当G1输出为高电平时，其输入为低电平（即vC1为低电平），vO1通过石英晶体对C1充电，一般取C1为20~40pF；当vC1≥VDD/2(阀值电压VTH)时，电路翻转，G1输出为低电平，C1放电；当vC1≤VDD/2(阀值电压VTH)时，电路又翻转，G1输出为高电平，C1充电；…。如此，电路便产生自激多谐振荡。反相器G2用于缓冲隔离和整形，以提高电路带负载的能力、使输出信号vO的波形接近于矩形脉冲。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路4.

应用举例[例5.2.3]试用石英晶体设计一个电子手表中的秒脉冲发生电路（逻辑电路）。解：用石英晶体设计的电子手表中的秒脉冲发生电路（逻辑电路）如图5.2.11所示。图中，石英晶体为通用型石英晶体振荡器（俗称晶振），其标称频率为32768Hz；FF1~FF15为由D触发器组成的T´触发器，构成的15级二分频电路；G2输出的32768Hz矩形脉冲经15级二分频处理后，即成为稳定度很高、频率为1Hz的基准秒脉冲信号从Q15输出。5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路5.2多谐振荡器第5章脉冲产生与整形电路

5.3施密特触发器

施密特触发器（SchmittTrigger）是一种有两个阀值电压、具有滞回电压传输特性的双稳态电路，常用于实现电子电路中的波形变换、整形和幅度鉴别等工作，应用较为广泛。施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图5.3.1所示。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路

由图5.3.1可以看出，施密特触发器的电压传输特性有如下两个特点。（1）有两个需要输入电平来维持的稳定输出状态VOH和VOL。（2）有两个阀值电压VT+和VT-、具有滞回电压传输特性。当输入电平高于正向阀值电压VT+时，电路处于一个稳定状态；当输入电平低于负向阀值电压VT-时，电路处于另一个稳定状态；当输入电平处于两个阀值电压之间时，电路保持原状态不变。正向阀值电压VT+和负向阀值电压VT-之差称为回差电压

VT，有

VT=VT+−VT-施密特触发器既可用555定时器组成，也有单块集成电路的产品，例如施密特触发六反相器CMOS的CC40106、74HC14和TTL的74LS14等。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路用555定时器组成施密特触发器的逻辑电路和工作波形如图5.3.2所示。5.3施密特触发器用555定时器组成施密特触发器5.3.1第5章脉冲产生与整形电路

由图5.3.2可以看出，由于阈值输入端TH和触发输入端连接在一起作为信号输入端vI，依据表5.1.1所示555（或7555）定时器的功能表和图5.3.1所示施密特触发器的电压传输特性，有（1）当输入信号vI<VDD/3时，输出信号为高电平，vO=VOH，放电管T截止。（2）当输入信号VDD/3<vI<2VDD/3时，输出信号vO和放电管T维持原状态不变。（3）当输入信号vI>2VDD/3时，输出信号为低电平，vO=VOL，放电管T导通。（4）VT+=2VDD/3，VT-=VDD/3，ΔVT=VDD/3。（5）如在比较电压的控制端CO外接直流控制电压VCO，则VT+=VCO，VT-=VCO/2，ΔVT=VCO/2。调整直流控制电压VCO可改变ΔVT的大小，VCO愈大、ΔVT愈大，电路抗干扰的能力愈强。

5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路图5.3.2用555定时器组成的施密特触发器的电压传输特性如图5.3.3所示。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路集成施密特触发六反相器，CMOS的CC40106和TTL的74LS14的逻辑符号如图5.3.4所示、一些主要参数如表5.3.1所示。5.3施密特触发器集成施密特触发器5.3.2第5章脉冲产生与整形电路

由表5.3.1所示集成施密特触发器的一些主要参数可以看出，其平均传输延迟时间tpd很短，也就是其输出是很陡直的脉冲信号；回差电压

VT较大，也就是其抗干扰能力较强。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路1.

脉冲波形变换利用施密特触发器可将三角波、正弦波及变化缓慢的波形变换成矩形脉冲，如图5.3.5所示。5.3施密特触发器施密特触发器的应用5.3.3第5章脉冲产生与整形电路2.

脉冲整形利用施密特触发器可将在信号传输过程中产生畸变和受到干扰的信号进行整形，输出矩形脉冲，如图5.3.6所示。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路3.

脉冲幅度鉴别利用施密特触发器可将幅度大于VT+的脉冲信号从杂乱的输入信号中选出，输出相应的矩形脉冲，具有脉冲幅度鉴别的能力，如图5.3.7所示。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路4.

应用举例

[例5.3.1]试用555定时器设计一个脉冲鉴幅电路。要求当输入三角波的幅度大于5V时，电路输出幅值为6V的正脉冲信号。解：用555定时器设计的脉冲鉴幅Multisim仿真电路，如图5.3.8所示。

5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路

图中，将555定时器组成了一个典型的施密特触发器；其输入信号用一个三角波信号发生器代替；按设计要求，在555定时器比较电压的控制端CO外接一个+5V的直流控制电源V2，则VT+=V2=+5V；在555定时器的放电管T输出端DIS（V7），通过一个10K

电阻与一个+6V的直流电源V1相连，则当输入三角波的幅度大于5V、放电管T导通时，V7的输出等于0，为低电平，当输入三角波的幅度小于VT

（VT

=V2/2=2.5V）、放电管T截止时，V7的输出等于V1、约为+6V，为高电平；因设计要求当输入三角波的幅度大于5V时，电路鉴幅输出信号为幅值等于+6V的正脉冲信号，即设计要求输出信号的极性与V7输出信号的极性正好相反，故接入一个CMOS的反相器U1A，并取其电源电压为+6V（CMOS电路输出的高电平就是电源电压VDD）。由图5.3.8（b）所示检测波形，当输入三角波的幅度大于5V时，电路输出幅值为+6V的正脉冲信号，电路功能符合设计要求。5.3施密特触发器第5章脉冲产生与整形电路

5.4单稳态触发器

单稳态触发器（MonostableTrigger）是一种具有一个稳态和一个暂稳态的逻辑电路。在外加触发脉冲的作用下，电路从稳态进入暂稳态，维持一段时间后，又自动返回原来的稳态。暂稳态维持的时间仅取决于电路本身的参数，而与外加触发脉冲无关。单稳态触发器常用于实现电子电路中的脉冲整形、延时和定时等工作，应用较为广泛。单稳态触发器既可用555定时器组成，也有单块集成电路的产品，例如不可重复触发TTL单稳态触发器74LS121和双可重复触发CMOS单稳态触发器74HC123等。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路1.

基本电路用555定时器组成单稳态触发器的逻辑电路和工作波形如图5.4.1所示

5.4单稳态触发器用555定时器组成单稳态触发器5.4.1第5章脉冲产生与整形电路

由图5.4.1可以看出，由于将放电管T输出端DIS（V7）与阈值输入端TH（V6）连接后和定时元件R、C连接在一起，触发输入端（V2）作为信号输入端vI、且输入信号vI低电平有效，依据表5.1.1所示555（或7555）定时器的功能表，有

（1）设电容C的初始电平vC=0。当接通电源没有输入触发信号、vI为高电平、vI>VDD/3、即V2>VDD/3及VDD通过R将C充电、使vC>2VDD/3、即V6>2VDD/3时，vO=VOL、放电管T导通。随后，电容C通过放电管T迅速放电、使vC=0、即V6<2VDD/3，这时仍没有输入触发信号、vI为高电平、vI>VDD/3、即V2>VDD/3，电路将保持vO=VOL、放电管T导通的状态不变。即触发器将保持0状态不变，电路处于稳态。

5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

（2）当输入信号vI由高电平负跃变为小于VDD/3的较低电平信号、即V2<VDD/3时，由于此时仍有vC=0、V6<2VDD/3的条件存在，电路输出由VOL正跃变为VOH、放电管T截止。随后，VDD通过R对C充电，输入信号vI重新返回高电平。在vC≤2VDD/3、即V6<2VDD/3之前，V2>VDD/3，电路将维持输出为VOH、放电管T截止的状态，进入暂稳态。

（3）当电容C充电至vC≤2VDD/3、V6≥2VDD/3时，vI>VDD/3，电路输出由VOH负跃变返回为VOL、放电管T导通，电容C通过放电管T迅速放电、使vC=0、即V6<2VDD/3，电路返回到输出信号为低电平、vO=VOL和放电管T导通的稳态

（4）电路暂稳态输出脉冲宽度tW取决于定时元件R、C的参数。由RC电路过渡过程的三要素公式，有

tW≈1.1RC（5.4.1）通常，R取为几百欧至几兆欧、C取为几百皮法至几百微法范围内，tW时长对应在几微秒到几分钟范围。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路2.改进电路

由以上分析可知，图5.4.1（a）所示电路，只有在输入信号vI有效低电平（负脉冲）宽度小于输出脉冲宽度tW时，才能正常工作。为此，在触发信号输入端接入一个微分电路RdCd后，即便输入信号vI的有效负脉冲宽度大于输出脉冲宽度tW时，电路也能正常工作。用555定时器组成具有输入微分功能的单稳态触发器改进电路如图5.4.2所示。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

集成单稳态触发器产品很多，既有TTL产品，也有CMOS产品，而且一般有多个触发输入端，可根据触发时序的要求控制各输入端，选择在信号的上升沿或下降沿触发。根据电路工作特性不同，集成单稳态触发器产品分为不可重复触发和可重复触发两种。下面仅以不可重复触发TTL的74LS121和可重复触发CMOS的74HC123等集成单稳态触发器为例，说明集成单稳态触发器电路的一些主要功能和电路特性。5.4单稳态触发器集成单稳态触发器5.4.2第5章脉冲产生与整形电路

1.不可重复触发单稳态触发器74LS121

不可重复触发单稳态触发器74LS121的逻辑符号和工作波形如图5.4.3所示，功能如表5.4.1所示。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

不可重复触发单稳态触发器74LS121输出脉冲宽度tW为

tW≈0.7RextCext

（5.4.2）通常，Rext取为2~40K

，Cext取为10pF~10

F，tW可达20ns~200ms。在输出脉冲宽度tW要求不大时，为简化外部连接，可用内置2K

电阻Rint

取代外接电阻Rext

。

如图5.4.3（b）所示，不可重复触发单稳态触发器在触发进入暂稳态tW期间，若再次受到触发，电路不会产生新的响应，输出脉冲宽度tW不受其影响。如图5.4.3（a）和表5.4.1所示，不可重复触发单稳态触发器74LS121的TR+是上升沿有效的触发输入端，TR−A和TR−B是两个下降沿有效的触发输入端，Q和是两个状态互补的输出端，Rext/Cext

和Cext

是外接定时电阻和电容的连接端，Rint

是电路内置一个2K

电阻的引出端。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路2.双可重复触发单稳态触发器74HC123

双可重复触发单稳态触发器74HC123的逻辑符号和工作波形如图5.4.4所示，功能如表5.4.2所示。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

双可重复触发单稳态触发器74HC123输出脉冲宽度tW为

tW≈RextCext

（5.4.3）当外接定时电容Cext≥1000pF时，有

tW≈0.45RextCext

（5.4.4）

如图5.4.4（b）所示，可重复触发单稳态触发器在触发进入暂稳态tW

期间，若再次受到触发，电路会产生新的响应，输出脉冲宽度t

W

将以最后一个脉冲触发沿为起点，再延长tW

时间后，才返回稳态；如暂稳态tW

期间在直接清零端输入一个负脉冲信号，电路的暂稳态将立刻终止；在TR−=0、TR+=1的情况下，当输入触发信号的上升沿时，电路将进入暂稳态。如图5.4.4（a）和表5.4.2所示，双可重复触发单稳态触发器74HC123的TR+是上升沿有效的触发输入端，TR−是下降沿有效的触发输入端，Q和是两个状态互补的输出端，Rext/Cext和Cext

是外接定时电阻和电容的连接端。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

由以上分析可知，对于可重复触发单稳态触发器，为获得宽度很大的脉冲信号，可在暂稳态期间进行再触发，以延长暂稳态的持续时间；为减少脉冲信号的时长，可在暂稳态期间在直接清零端输入一个负脉冲信号，提前终止暂稳态时间。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路1.脉冲整形将不规则的脉冲信号输入单稳态触发器，只要输入信号能使单稳态触发器工作状态翻转，输出信号就是具有一定宽度和一定幅度，且边沿陡峭的矩形脉冲，从而实现脉冲信号整形。调节定时元件R、C的参数，可改变输出矩形脉冲的宽度。2.脉冲定时利用单稳态触发器暂稳态的延迟效应，可以实现脉冲定时。例如某生产自动线有2道加工工序，要求第1道工序加10s，第2道工序加工20s。采用2块不可重复触发单稳态触发器74LS121串接起来，即可产生符合上述要求的自动控制信号，其逻辑电路如图5.4.5（a）所示、工作波形如图5.4.5（b）所示。

5.4单稳态触发器单稳态触发器的应用5.4.3第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

由图5.4.5所示可知，控制时间是从触发输入信号vI的上升沿开始计算，依据74LS121的功能表5.4.1，vI应由74LS121（1）上升沿触发输入端TR+接入，且其下降沿触发输入端TR−A和TR−B至少有一个应接低电平；由于74LS121（2）是用74LS121（1）原码输出信号Q1的下降沿触发，故74LS121（2）应工作在下降沿触发方式；依式（5.4.2）调节R1、C1参数，使tW1=10s，调节R2、C2参数，使tW2=20s。由此，可从图5.4.5（a）所示电路输出端Q1

、Q2获得符合生产自动线加工要求的定时控制信号。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路3.脉冲展宽如图5.4.6所示，当脉冲宽度较窄时，可将其作为触发输入信号输入单稳态触发器，根据设计要求合理选择定时元件Rext和Cext

的参数，即可从单稳态触发器输出端获得宽度符合设计要求的矩形脉冲信号。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路4.应用举例

[例5.4.1]试用555定时器设计一个声、光控制的节能灯电路。要求当环境光照较暗、有声响动静时，照明灯点亮额定时长，其余时间熄灭。解：用一块双定时器556（双555）设计的声、光控制的节能灯电路，如图5.4.7所示。5.4单稳态触发器第5章脉冲产生与整形电路

图中，声讯信号拾取及放大电路由压电陶瓷片HTD、C1、R1、R2和三极管T1组成；环境光照信号拾取及调节电路由R4、Rp和光敏三极管T2组成；双定时器556中的555（1）组成的施密特触发器对由T1输出的声讯信号进行整形；双定时