1、第第第第第第8 8 8章章章章章章 脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生学习要点：学习要点：正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理的电路组成及工作原理掌握多谐、单稳、施密特触发器掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能器件的逻辑功能及主要指标计算及主要指标计算掌握掌握555定时器的工作原理定时器的工作原理掌握由掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的
2、计算的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算第第第第第第8 8 8章章章章章章 脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的脉冲波形的变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生变换与产生8.1 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器在数字电路中一般用于单稳态触发器在数字电路中一般用于（产生一定（产生一定宽度的矩形波）、宽度的矩形波）、（把不规则的波形转换成宽度、幅（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及度都相等的波形）以及（把输入信号延迟一定时间后（把输入信号延迟一定时间后输出）等。输出）等。单稳态触发器具有下列特点：单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个
3、暂稳态，没有触发脉冲作用）电路有一个稳态和一个暂稳态，没有触发脉冲作用时，电路处于一种稳态。时，电路处于一种稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中）暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，电路的暂稳态维持一段时间后，自动返延时环节的作用，电路的暂稳态维持一段时间后，自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路中电路中RC的参数值。的参数值。8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型门电路组成的
4、微分型单稳态触发器单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器MSI集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用用555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分1 1、电路组成及工作原理电路组成及工作原理CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1负脉冲触发负脉冲触发稳态为稳态为0正脉冲触发正脉
5、冲触发 R vO G2&C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd（1）没有触发信号时电路工作在稳态）没有触发信号时电路工作在稳态 当没有触发信号时，当没有触发信号时，vI为低电平。因为门为低电平。因为门G2的输入端经电阻的输入端经电阻R接至接至VDD，vI2为高电平，因此为高电平，因此vO为低电平；门为低电平；门G1的两个输入均的两个输入均为为0，其输出，其输出vO1为高电平，电容为高电平，电容C两端的电压接近为两端的电压接近为0。这是电路。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路
6、一直处于这个状态：的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：vO11，vO01 1、电路组成及工作原理电路组成及工作原理0011设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDVV（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态 当正触发脉冲当正触发脉冲vI到来时，门到来时，门G1输出输出vO1由由1变为变为0。由于电容。由于电容电压不能跃变，电压不能跃变，vI2也随之跳变到低电平，使门也随之跳变到低电平，使门G2的输出的输出vO由由0变变为为1。这个高电平反馈到门。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使的输入端，此时即使vI的触发信号的触发
7、信号撤除，仍能维持门撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，vO10，vO1。110100001脉冲宽度：脉冲宽度：tW0.7RCVth0t1t2VDD+Vth（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态 在暂稳态期间，在暂稳态期间，VDD经经R和和G1的导通工作管对的导通工作管对C充电，随着充充电，随着充电的进行，电的进行，C上的电荷逐渐增多，使上的电荷逐渐增多，使vI2升高。当升高。当vI2上升到阈值电上升到阈值电压压Vth
8、时，时，G2的输出的输出vO由由1变为变为0。由于这时。由于这时G1输入触发信号已经输入触发信号已经过去，过去，G1的输出状态只由的输出状态只由vO决定，所以决定，所以G1又返回到稳定的高电又返回到稳定的高电平输出。平输出。vI2随之向正方向跳变，加速了随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时vO11，vO0。1/I2I2I2I2e)()0()()(tvvvtv以以t1作为时间起点，则有：作为时间起点，则有：21W21I2I2DDI22th()/I22I2I2I2DDW21DDththDDW(0
9、)0()()()()(0)()eln10.72tttttvvVvtVRCvtvvvVtttRCVVVVtRC 当时，则2 2、主要参数的计算主要参数的计算输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW的计算的计算恢复时间恢复时间tre恢复时间一般为恢复时间一般为(35)，=RC最高工作频率最高工作频率fmax单稳态触发器的最高工作频率为：单稳态触发器的最高工作频率为：maxmin11WrefTtt电路的改进电路的改进问题问题2：当：当vI的宽度很宽时，在电路由暂稳态返回到稳态时，的宽度很宽时，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门由于门G1被被vI封住了，会使封住了，会使vO的下降沿变缓，怎么办？的下降沿变缓，怎么
10、办？可在单稳态触发器的输入端加一个可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路。微分电路。ui C uA 1 1 uo2 R G1 G2 uo1 VDD Cd Rd vIvO1 vI2vO2 问题问题1：在暂稳态结束瞬间，门：在暂稳态结束瞬间，门G2的输入电压的输入电压vI2达到达到VDD+Vth，可，可能会损坏能会损坏CMOS门，怎么办？门，怎么办？在电阻两端并上保护二极管，因此在电阻两端并上保护二极管，因此vI2的电压被钳位在的电压被钳位在VDD+0.6V。3 3、讨论讨论1vO问题问题3：电阻：电阻R、Rd的取值是任意的吗？的取值是任意的吗？由于由于CMOS门不存在输入电流，所以电阻门不存
11、在输入电流，所以电阻R、Rd的取值任意；若采的取值任意；若采用用TTL与非门构成单稳电路时，考虑到与非门构成单稳电路时，考虑到TTL门存在输入电流，电门存在输入电流，电阻阻R要小于要小于0.7k，Rd的数值应大于的数值应大于2k。另外，为了改善输出波形，一般在电路的输出端再加一级反相器。另外，为了改善输出波形，一般在电路的输出端再加一级反相器。uA uo2 ui C 1 1(a)电路电路(b)波形波形 R G1 G2 uo1 VDD ui uo1 uA uo2 t t t t VDD VT 0 0 0 0 tP 稳态时，稳态时，ui1，G1、G2均导通。均导通。uo10，uA0，uo20。ui
12、负跳变到负跳变到0时，时，G1截止，截止，uo1随之跳变到随之跳变到1。由于电容电压不。由于电容电压不能跃变，能跃变，uA仍为仍为0，故门，故门G2截止，截止，uo2跳变到跳变到1。在。在G1、G2截止时，截止时，C通过通过R和和G1的导通管放电，使的导通管放电，使uA逐渐上升。当逐渐上升。当uA上升到管子的上升到管子的开启电压开启电压UT时，如果时，如果ui仍为低电平，仍为低电平，G2导通，导通，uo2变为变为0。当。当ui回回到高电平后，到高电平后，G1导通，导通，C又通过又通过R和和G1的导通管充电，电路恢复的导通管充电，电路恢复到稳定状态。到稳定状态。2 2、积分型单稳态触发器积分型单
13、稳态触发器vIvOvOvItWtWtWtWt不可重复不可重复触发触发可重复可重复触发触发8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的输出脉冲宽度的输出脉冲宽度tW0.7RC(a)74121的引脚排列图的引脚排列图141312111098741211234567Rext/CextVCCNC NCCextRintNC A1QQA2GNDBNC A1、A2是两个下降沿有是两个下降沿有效的触发信号输入端，效的触发信号输入端，B是上是上升沿有效的触发信号输入端。升沿有效的触发信号输入端。Q和和Q是两个状态互补的输出是两个状态互补的输出端。端。Rext/Cext、Cext是外接定时是外接定时电
14、阻和电容的连接端，外接电阻和电容的连接端，外接定时电阻定时电阻R（R=2k 30k）接在接在VCC和和Rext/Cext之间，外之间，外接定时电容接定时电容C（C=10pF10F）接在）接在Ce x t（正）和（正）和Rext/Cext之间。之间。74121内部已设内部已设置了一个置了一个2k 的定时电阻，的定时电阻，Rint是其引出端，使用时只需是其引出端，使用时只需将将Rint与与VCC连接起来即可，连接起来即可，不用时则应将不用时则应将Rint开路。开路。1 1、不可重复触发的集成单稳态触发器不可重复触发的集成单稳态触发器74121的逻辑图的逻辑图 B A1 A2 G1&G2&G3&G4
15、&a G5&1 G6&Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路(a)逻辑图 电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻外接电阻或采用内部电阻C：外接电阻容外接电阻容74121定时电容器、电阻器的连接定时电容器、电阻器的连接VCCCextRext/CextA1A2BQCRext74121RintVCCGNDQ10 11 9 14761345(a)使用外接电阻使用外接电阻Rext的电路连接的电路连接VCCCextRext/CextA1A2
16、BQC74121RintVCCGNDQ10 11 9 14761345(b)使用内部电阻使用内部电阻Rint的电路连接的电路连接HHHHQLLLLHHLHHHLHH LLHHLQBA2A1输输 出出输输 入入74121功能表功能表不可触发，保持稳态不不可触发，保持稳态不变变A1、A2中有一个或两个为低中有一个或两个为低电平，在电平，在B端输入上升沿时电端输入上升沿时电路被触发路被触发B 和和A1、A2、中有一个或两个中有一个或两个为高电平，输入端有一个或为高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发两个下降沿时电路被触发74121的工作波形的工作波形2 2、可重复触发的集成单稳态触发器可重复触
17、发的集成单稳态触发器MC14528的逻辑图的逻辑图TR+TRRDQQMC14528功能表功能表输输 出出清除清除禁止禁止禁止禁止单稳单稳单稳单稳HHHLLLLLHHLHHQQTRTR+RD功能功能输输 入入MC14528的工作波形的工作波形TR+TRQMC14528的工作波形的工作波形TR+TRQt+tw8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用定时定时 vO 与与门门 vA vB tW 单稳态单稳态 触发器触发器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 该电路可用作频率计该电路可用作频率计延时延时 A1 Rext/Cext VCC Cext A2 B Cex
18、t Rext/Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121（1）74121（2）vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 VCCCextRext/CextA1A2BQCR74121Q1DRC1QvIvOvIvOQ噪噪声声消消除除电电路路噪声噪声tW 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。才可消除噪声。VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R2741
19、21()VCCVCCVCCSVCCvOQ2单稳态触发器构成多谐振荡器单稳态触发器构成多谐振荡器0000VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ20010 0VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ2110010VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVC
20、CSVCCvOQ2011 010VCCCextRext/CextA1A2BQC1R174121()Q1CextRext/CextA1A2BQC2R274121()VCCVCCVCCSVCCvOQ211001)7(.0T2211CRCR0本节小结本节小结单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。相似，只有用于反馈的耦合网络不同。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其态，其“触发触发”信号也是由电路内部电
21、容充（放）信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。很广。8.2 施密特触发器施密特触发器8.2.1 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器1 1、施密特触发器、施密特触发器电压传输特性电压传输特性及工作特点：及工作特点：施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电施密特触发器属于电平触发器件，当输入信
22、号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。压值时，输出电压会发生突变。电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值输入信号增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压电压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（和负阈值电压（VT-）。同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+VOH VOL oVT+vO VOH VOL VT-vI(a)电路电路(b)工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R20100O211I212I1vRR
23、RvRRRvR1 R2vI为三角波为三角波 假定：假定：2THDDVV(a)电路电路(b)工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R2100thI1Vv(a)电路电路(b)工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R20 1thI1Vv th21TT212thI1)1(VRRVVRRRVv(a)电路电路(b)工作波形工作波形VT+VTtt001vIG11G2vOvI1vO1vIvOR1R2thI1Vv th21TDD211T212thI1)1(VRRVVRRRVRRRVv0 1回差电压（滞后电压）：回差电压（滞后电压）：
24、VT VTVT前面介绍的施密特触发器的回差电压为：前面介绍的施密特触发器的回差电压为：VTVTVT(1+R1/R2)Vth(1R1/R2)Vth (2R1/R2)Vth 它与它与R1/R2成正比，改变成正比，改变R1/R2就可以调整回差电压的大小。就可以调整回差电压的大小。(b)逻辑符号逻辑符号(a)传输特性传输特性vOVT0VT+vIvIvO负向阈值电压负向阈值电压正向阈值电压正向阈值电压8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO施密特触发器施密特触发器整形级整形级输出缓冲级输出缓冲级VDDTP
25、1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO1001导通导通截止截止截止截止导通导通vs5=v O VTN =VDD VTNVDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO1VTN01导通导通导通导通截止截止截止截止vs5=v O VTN =VDD VTN导通导通VDDTP1TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO0vIvs5VTN10趋于截止趋于截止内阻增大内阻增大导通导通导通导通vs5=v O VTN降低降低v O降低降低截止截止导通导通截止截止VDDTP1
26、TP2TP3TP7TP9TP11TN5TN4TN6TN8TN10TN12vIvOvO0截止截止导通导通截止截止vs2=v O VTP =0 VTP导通导通101(b)逻辑符号逻辑符号(a)传输特性传输特性vOVT0VT+vIvIvO负向阈值电压负向阈值电压正向阈值电压正向阈值电压8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形的变换波形的变换波形的整形波形的整形 1 v vo ov vI I o VT+vO VOH VOL VT-合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 消除干扰信号消除干扰信号幅度鉴别幅度
27、鉴别 VT-vI 0 VT+0 t vO VO H VO L 0 o VT+vO VOH VOL VT-vI 1 vIvO本节小结本节小结施密特触发器是一种能够把输入波施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。所以抗干扰能力也很强。施密特触发器在脉冲的产生和整形施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。电路中应用很广。8.3 多谐振荡器多谐振荡器8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器 能产生一定频率的矩形脉冲波或方波的自激振能产
28、生一定频率的矩形脉冲波或方波的自激振荡电路叫做多谐振荡器。荡电路叫做多谐振荡器。多谐振荡器的结构特点多谐振荡器的结构特点开关电路开关电路反馈延时环节反馈延时环节可以是逻辑门、电压比可以是逻辑门、电压比较器、定时器等。其作较器、定时器等。其作用是产生高、低电平。用是产生高、低电平。一般为一般为RC电路。利电路。利用用RC电路的充放电电路的充放电特性实现延时，输出特性实现延时，输出电压经延时后电压经延时后，反馈反馈到开关器件输入端，到开关器件输入端，改变电路的输出状态改变电路的输出状态，以获得所脉冲波形输以获得所脉冲波形输出。出。1 1、CMOS多谐振荡器多谐振荡器电路图电路图 1vIRCG11G
29、2vO1vO vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD VCvIVthVDD+V+VvOVDDT1T2第一第一暂稳态暂稳态第二第二暂稳态暂稳态vO1tttOOOt1t3t2振荡周期的计算振荡周期的计算/IIIIe)()0()()(tvvvtvT1的计算的计算 以以t1作为时间起点，则有：作为时间起点，则有：thDDDD121/)(III2Ith2IDDII121lne)()0()()()()(0)0(12VVVRCttTvvvtvRCVtvVvVvttTttT2的计算的计算 以以t2作为时间起点，则有：作为时间起点，则有：thDD232/)(I
30、II3Ith3IIDDDDI232lne)()0()()()(0)()0(23VVRCttTvvvtvRCVtvvVVVvttTtt则则T为：为：RCRCTVVVVVVRCTTT1.4ln421)(lnDDthththDD2DD12，则若电路图电路图 1vIRCG11G2vO1vO2RS加补偿电阻的加补偿电阻的CMOS多谐振荡器多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取取决于决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。频率稳定性较差。解决办法：加补偿电阻解决办法：加补偿电阻RS 8.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路
31、CRvOvIvIvOVT+VTVOHVOLOOttT1T201VT+VT1001)ln(lnlnlnlnTTTDDTDDTTTDDTDD21TT2TDDTDD1VVVVVVRCVVRCVVVVRCTTTVVRCTVVVVRCT8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器图图8.3.6 石英晶体的电路符号及阻抗频率特性石英晶体的电路符号及阻抗频率特性fs 两个电阻两个电阻R的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区线性放大区。对。对TTL反相器，常取反相器，常取R0.72k，而对于，而对于CMOS门，则常取门，则常取R10100M；C1是耦合电容是耦合
32、电容，用于两，用于两个反相器间的耦合；个反相器间的耦合；C2用来抑制高次谐波用来抑制高次谐波，保证输出频率的，保证输出频率的稳定，常取稳定，常取2RC2 fs1。石英晶体构成选频环节。石英晶体构成选频环节。振荡频率等于石英晶体的谐振频率振荡频率等于石英晶体的谐振频率fs(a)石英晶体振荡器石英晶体振荡器(b)石英晶体阻抗频率特性石英晶体阻抗频率特性f0XfS11RC1RC2vOG1G211RC1RC2vOG1G21CP1J1KC1?1 1?2 21QQ石英晶体石英晶体振荡器振荡器CPQf1f2&R1 C2 R2C1&f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384Hz 8192Hz 2H
33、z 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q1511RC1RC2vOG1G2石英晶体石英晶体振荡器振荡器分分频频器器本节小结本节小结多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。
34、RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其稳态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。周期与电路的阻容元件有关。8.4 555定时器及其应用定时器及其应用8.4.1 555定时器定时器为为数字数字模拟混合模拟混合集成电路。集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有可产生
35、精确的时间延迟和振荡，内部有3个个5k的电阻分压器，故称的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。电子玩具等许多领域中都得到了应用。1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR电阻电阻分压器分压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器输出缓冲输出缓冲反相器反相器集电极开路集电极开路输出三极管输出三极管1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR触发触发输入端输入
36、端阈值阈值输入端输入端电压电压控制端控制端复位端复位端低低电平有效电平有效放电端放电端vICvI1vI2vORD1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR011饱和导通饱和导通01&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/31010100截止截止12VCC/3VCC/3悬空悬空1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/300011111饱和导通饱和导通12VCC
37、/3VCC/3悬空悬空1&vICVCC5kC1C2G1G2G3T+2658437RDQQvI1vI2+5k5k1vOvO&G4SR2VCC/3VCC/311状态不变状态不变12VCC/3VCC/3状态不变状态不变悬空悬空8.4.2 用用555定时器组成的施密特触发器定时器组成的施密特触发器 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1+VCC vI vO t t 0 0(a)电路电路(b)工作波形工作波形 vO vIC VT+VT 2VCC/3 VCC/3 控制电压控制电压 调节回差调节回差 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1+VCC vI vO t t 0 0(a)电路电路(b)工
38、作波形工作波形 vO vIC VT+VT 2VCC/3 VCC/3 控制电压控制电压 调节回差调节回差 vI 8 4 6 7 555 3 2 5 1+VCC vI vO t t 0 0(a)电路电路(b)工作波形工作波形 vO vIC VT+VT 2VCC/3 VCC/3 控制电压控制电压 调节回差调节回差 8.4.3 用用555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器接通接通VCC后瞬间，后瞬间，VCC通过通过R对对C充电，当充电，当vC上升到上升到2VCC/3时，比时，比较器较器C1输出为输出为0，将基本，将基本SR锁存器置锁存器置0，vO0。这时放电管。这时放电管T导通，导通，C
39、通过通过T放电，电路进入稳态。放电，电路进入稳态。vI到来时，因为到来时，因为vIVCC/3，使，使C20，基本，基本SR锁存器置锁存器置1，vO又又由由0变为变为1，电路进入暂稳态。由于此时放电管，电路进入暂稳态。由于此时放电管T截止，截止，VCC经经R对对C充充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为的输出变为1，但充电继续，但充电继续进行，直到进行，直到vC上升到上升到2VCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为0，将基本，将基本SR锁存器锁存器置置0，电路输出，电路输出vO0，T导通，导通，C放电，电路恢复到稳定状态。放电，电路恢复到稳定状
40、态。C R vI 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F vO VCC vI vO t t tW 0 0 vC t 0 2VCC/3 tW=RC1n31.1RC CvI87 651VCCvO432555RvIC脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器 vI O t vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t CRvI87 6210.01 F VCCvO435555R1T由由555定时器构成的定时器构成的可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器 接通接通VCC后，后，VCC经经R1和和R2对对C充电。当充电。当vC上升到上升到2VCC/3时，时，vO=0，T导通，导
41、通，C通过通过R2和和T放电，放电，vC下降。当下降。当vC下降到下降到VCC/3时，时，vO又由又由0变为变为1，T截止，截止，VCC又经又经R1和和R2对对C充电。如此重复上述充电。如此重复上述过程，在输出端过程，在输出端vO产生了连续的矩形脉冲。产生了连续的矩形脉冲。C R1 vC 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F vO VCC R2 vC vO t t tPH tPL 0 VCC/3 2VCC/3 0(a)电路电路(b)工作波形工作波形 8.4.3 用用555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 C R1 vC 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01
42、F vO VCC R2 vC vO t t tPL tPH 0 VCC/3 2VCC/3 0(a)电路电路(b)工作波形工作波形 第二个暂稳态的脉冲宽度第二个暂稳态的脉冲宽度tpH，即，即vC从从VCC/3充电上升到充电上升到2VCC/3所需的时间：所需的时间：第一个暂稳态的脉冲宽度第一个暂稳态的脉冲宽度tpL，即，即vC从从2VCC/3放电下降到放电下降到VCC/3所需的时间：所需的时间：tpH0.7(R1+R2)CtpL0.7R2C模拟声响电路模拟声响电路 将振荡器将振荡器的输出电压的输出电压vO1，接到振荡器，接到振荡器中中555定时器定时器的复位端（的复位端（4脚），当脚），当vO1为
43、高电平时振荡器为高电平时振荡器振荡，为低电振荡，为低电平时平时555定时器复位，振荡器定时器复位，振荡器停止震荡。停止震荡。C1 R1 vO1 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F vO1 VCC R2(a)电路电路(b)工作波形工作波形 C2 R3 vO2 8 4 7 3 6 555 2 5 1 0.01F vO2 R4 C CR187 6210.01FVCCvO435555R1R3R2RARBD2D1vC占空比可调的方波发生器占空比可调的方波发生器CRtA7.0PHCRtB7.0PL%100(%)(43.11BAABAPLPHRRRqCRRttf本章小结本章小结 多谐振荡器又
44、称无稳态电路。在状态的变换多谐振荡器又称无稳态电路。在状态的变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的中的RCRC电路提供状态的持续时间也由电路提供状态的持续时间也由RCRC电路决定。电路决定。在单稳态触发器中，在单稳态触发器中，输入触发脉冲只决定暂输入触发脉冲只决定暂稳态的开始刻，暂稳态的持续时间由外部的稳态的开始刻，暂稳态的持续时间由外部的RCRC电电路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。冲。施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参考电压输入电压处于参考电压V VT+T+和和V VT T之间时，施密特触之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。抗干扰能力。555555定时器主要由比较器、基本定时器主要由比较器、基本RSRS触发器、门触发器、门电路构成。基本应用形式有三种：单稳态触发器、电路构成。基本应用形式有三种：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。多谐振荡器和施密特触发器。
