1、*脉冲单元电路 第9章 脉冲单元电路 概述概述脉冲单元电路脉冲单元电路555定时器及其应用定时器及其应用*脉冲单元电路 脉冲信号：指突然变化的电压或电流。脉冲电路的研究重点：波形分析。数字电路的研究重点：逻辑功能。获得脉冲波形的方法主要有两种：1利用脉冲振荡电路产生；2是通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之符合系统的要求。*脉冲单元电路 脉冲信号：脉冲信号：狭义地说，脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。从广义上讲，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以通称为电脉冲信号。（a）方波（b）矩形波（c）尖顶脉冲（d）锯齿波（e）钟形脉冲*脉冲单元电路 实际的矩形脉冲波形T：为脉冲
2、信号的周期；为脉冲信号的周期；Vm：脉冲信号的幅度；脉冲信号的幅度；tr：脉冲信号的上升时间（前沿），它是指脉冲信号由脉冲信号的上升时间（前沿），它是指脉冲信号由0.1Vm上升至上升至0.9Vm所经历的时间；所经历的时间；tf：脉冲信号的下降时间（后延），它是指脉冲信号由脉冲信号的下降时间（后延），它是指脉冲信号由0.9Vm下降至下降至0.1Vm所经历的时间；所经历的时间；tw：是脉冲信号持续时间（脉宽），它是指脉冲信号从上是脉冲信号持续时间（脉宽），它是指脉冲信号从上升至升至0.5Vm处到又下降到处到又下降到0.5Vm之间的时间间隔；之间的时间间隔；脉冲休止期：脉冲休止期：在一个周期中在一个
3、周期中(T-t w)的值。的值。*脉冲单元电路 脉冲电路：用来产生和处理脉冲信号的电路。常用的有脉冲波形的产生、变换、整形等电路。脉冲电路可以用分立晶体管、场效应管作为开关和RC或RL电路构成，也可以由集成门电路或集成运算放大器和RC充、放电电路构成。*脉冲单元电路 施密特触发器施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发 电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT）。状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。*脉冲单元电路 1.工
4、作原理工作原理 设设CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压VTH=VDD/2，输入信号，输入信号uI为三角波。为三角波。一一.用两级用两级CMOS反相器电路构成的施密特触发器反相器电路构成的施密特触发器 I10,1,0,ITHOOvvvvv（）时，第一种稳态；11vIR2R1G1G2vIvOvO(b)工作波形 t t 0 0 (a)电路 vT+vT-vIvO*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 11vIR2R1G1G2vIvOvO(b)工作波形 t t 0 0 (a)电路 vT+vT-vIvOI2ITH12121I2THITHTH12222,V0,1,RRRRRVVVV,V1VRRRRIIO
5、OITTvvvRvvvvvR（），当时，改变为第二种稳态；此时，一一.用两级用两级CMOS反相器电路构成的施密特触发器反相器电路构成的施密特触发器*脉冲单元电路 11vIR2R1G1G2vIvOvO(b)工作波形 t t 0 0 (a)电路 vT+vT-vIvODDI1ITH12I1TH121I12TH1121211211ITHV2V22223,V1,0,RRVR+R-R)VR+R)VV,RRRRRR2VVVVV(1)VRRRRTHDDIIIOODDIIDDTDDTHTHvvvvRvvvvvvvRvRRRR（），当时，又回到第二种稳态；此时，(一一.用两级用两级CMOS反相器电路构成的施密特触
6、发器反相器电路构成的施密特触发器 1.工作原理工作原理 又回到第一种稳态*脉冲单元电路 上限触发转换电平VT+下限触发转换电平VT 一一.用两级用两级CMOS反相器电路构成的施密特触发器反相器电路构成的施密特触发器 2.工作波形与电压传输特性 3.重要参数：12VRT HRTT+T-VV-V=2*脉冲单元电路&uI1uO11uOR2VR1uIG2G1uO二二.用用TTL门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器 OLDIVRRRVuu22111其中，其中，UD为二极管的导通压降。当为二极管的导通压降。当uI上升到门电路的阈值电压上升到门电路的阈值电压Vth时，由于时，由于uI1的电压还低于的电压
7、还低于Vth，电路仍然保持这个状态不变；，电路仍然保持这个状态不变；随着随着uI的继续升高，当的继续升高，当uI1也也上升到上升到Vth时，电路将产生如下正反馈过程：时，电路将产生如下正反馈过程：假设在接通电源后，电路输入为低电平假设在接通电源后，电路输入为低电平uI=VoL，则电路处于如下状态：，则电路处于如下状态：uo=VoH，uo=VoL。当。当uI逐步上升，使二极管逐步上升，使二极管D导通，导通，uI 1的电压为：的电压为：D*脉冲单元电路&uI1uO11uOR2VR1uIG2G1uO二二.用用TTL门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器 uI uI1 uO uO结果使电路的状态迅速
8、翻转为：uO=UOL，uO=UOH，这是电路的另一个稳定状态。那么这一时刻的输入电压uI就是电路的正向阈值电压VT+，此时uI=VT+，uI1=Vth，得：thDTVRRVV)/1(21当uI从VT+再升高时，电路的状态不会发生改变。D*脉冲单元电路&uI1uO11uOR2VR1uIG2G1uO二二.用用TTL门构成的施密特触发器门构成的施密特触发器 当uI从高电平下降时，只要下降到uI=Vth，由于电路中的正反馈作用，电路状态立刻发生翻转，回到初始的稳定状态。可见，电路的负向阈值电压VT-=Vth。所以该电路的回差电压为thDTTTVRRVVVV21因此，通过改变电阻R1和R2的比值，可以调
9、整回差电压。D*脉冲单元电路 由于性能稳定，所以在数字系统中集成施密特触发器被由于性能稳定，所以在数字系统中集成施密特触发器被广泛采用。目前，各厂家已经生产出多种单片集成的施密特广泛采用。目前，各厂家已经生产出多种单片集成的施密特触发器产品。触发器产品。74LS132是一种典型的集成施密特触发器。是一种典型的集成施密特触发器。74LS132内内部包括四个相互独立的两输入施密特触发器，每一个触发器部包括四个相互独立的两输入施密特触发器，每一个触发器都是以基本的施密特触发电路为基础，在输入端增加了与的都是以基本的施密特触发电路为基础，在输入端增加了与的功能，功能，在输出端增加反向器，因此将其称为施
10、密特触发的与在输出端增加反向器，因此将其称为施密特触发的与非门，引脚排列和内部逻辑图及其逻辑符号如图所示。非门，引脚排列和内部逻辑图及其逻辑符号如图所示。三三.集成施密特触发器集成施密特触发器*脉冲单元电路 集成施密特触发器集成施密特触发器74LS132(a)74LS132的引脚排列和内部逻辑图；的引脚排列和内部逻辑图；(b)施密特触发与非门的逻辑符号施密特触发与非门的逻辑符号(b)&YAB(a)1234567A1B1Y1A2B2Y2GND&141312111098&UCCA4B4Y4A3B3Y3*脉冲单元电路 1.波形变换 将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦将变化缓慢的波形变换成
11、矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。波变换成同周期的矩形波）。四四.施密特触发器的应用施密特触发器的应用*脉冲单元电路 2.脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。想的矩形脉冲波形。四四.施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形波形畸变畸变边沿边沿振荡振荡*脉冲单元电路 3.脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，
12、只有那些幅度大于只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。四四.施密特触发器的应用施密特触发器的应用*脉冲单元电路 施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。特点：电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压，二者的差值称为回差。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。小结小结*脉冲单元电路 小结9-1关键:这一章讲的不是逻辑电路
13、，而是脉冲电路，分析脉冲电路时使用的是分析非线性电路过渡过程的方法，而且在分析电路时必须考虑集成电路在不同工作状态下输入端和输出端的等效电路。*脉冲单元电路 9.2.2 单稳态触发器单稳态触发器主要用途：用于定时、整形以及延时等。特点：电路有一个稳态和一个暂稳态。在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 一一.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器&uO1udCduICG1uI2RdR1G2uO（1）没有触发信号时，电路工作在稳态
14、VI为高电平。因为门G2的输入端经电阻R接地，V2为为0，因此Vo为为1；门G1的两个输入均为1，其输出Vo1为为0，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：Vo10，Vo1。*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 一一.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器&uO1udCduICG1uI2RdR1G2uO（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲Vi到来时，V1=0，G1输出Vo1由0变为1。由于电容电压不能跃变，V2也随之跳变到高电平，使门G2的输出Vo变为0。这个低电平反馈到门G1的输入端，此时即使Vi的触发信号撤除，仍能维持门G1的高
15、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，Vo11，Vo0。*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 一一.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器&uO1udCduICG1uI2RdR1G2uO（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，Vo1经R对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使V2降低。当V2下降到阈值电压1.4V时，G2的输出Vo2由0变为1。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由Vo2决定，所以G1又返回到稳定的低电平输出。V01随之向负方向跳变，加速了G2的输入向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时Vo10，
16、Vo1。*脉冲单元电路 2.参数计算参数计算 一一.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（1）输出脉冲宽度tw：就是暂稳态的维持时间。根据u uI2I2的波形可以计算出：tw 0.7RC（2）恢复时间tre：暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间tre为（35）放电时间常数（通常放电时间常数远小于RC）。（3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）：设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能够正常工作，应当满足Ttw+tre的条件，即Tmin=tw+tre。因此，单稳态触发器的最高工作频率为 fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）*脉冲单元电路 3.对输
17、入触发脉冲宽度的要求对输入触发脉冲宽度的要求 一一.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1tw，否则电路不能正常工作。如出现tw1tw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。*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 二二.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器（1）对于CMOS门电路，通常可以近似地认为VOH=VCC、VOL=0，而且VTHVCC/2。在没有外来触发脉冲时（uI为低电平）电路处于稳定状态：uO1=uO=uOH，电容C上充有电压，即uI2=VOH。1uIuO1RCuI2&
18、uOG1G2*脉冲单元电路 1.工作原理工作原理 二二.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器（2）当有一个正向脉冲加到电路输入端时，G1门的输出uO1从高电平下跳到低电平Uol，由于电容上的电压不能突变，uI2仍为高电平，从而使uO变为低电平，电路进入暂稳态。（3）在暂稳态期间，电容C将通过R放电，随着放电过程的进行，uI2的电压逐渐下降，当下降到阈值电平Uth时，uO跳回到高电平；等到触发脉冲消失后（uI变为低电平），uO1也恢复为高电平，uO保持高电平不变，同时uO1开始通过电阻R对电容C充电，一直到uI2的电压升高到高电平为止，电路又恢复到初始的稳定状态。1uIuO1RCuI2&uOG1
19、G2*脉冲单元电路 与微分型单稳态触发器相比，积分型单稳态触发器的抗干扰能力较强。因为数字电路中的干扰多为尖峰脉冲的形式（幅度较大而宽度极窄），而当触发脉冲的宽度小于输出脉冲宽度时，电路不会产生足够宽度的输出脉冲。从另一个角度来说，为了使积分型单稳态触发器正常工作，必须保证触发脉冲的宽度大于输出脉冲的宽度。另外，由于电路中不存在正反馈过程，所以使输出脉冲的上升沿波形较差，为此可以在电路的输出端再加一级非门以改善输出波形。二二.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 2.特点特点*脉冲单元电路 目前在TTL和COMS集成电路产品中都有单片集成的单稳态触发器。这种集成单稳态触发器除了少数用于定时的电
20、阻、电容需要外接以外，其它电路都集成在一个芯片上，而且电路还附加了上升沿与下降沿触发控制功能，有的还带有清零功能，具有温度稳定性好、使用方便等优点，在数字系统中得到了广泛的应用。下面我们对集成单稳态触发器中的典型产品74121的功能和使用方法作简要的介绍。三三.集成单稳态触发器集成单稳态触发器*脉冲单元电路 74121是一种不可重复触发的单稳态触发器，它既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻Rint(约为2k)。74121电路的功能表 74121的电路符号 触发输入端 输出端 外接定时元件引脚 内部电阻引脚 三三.集成单稳态触发器集成单稳态触发器*脉冲单元电路（1）触发方
21、式）触发方式 由74121的功能表可知，触发信号可以加在A1、A2或B中的任意一端。其中A1、A2端是下降沿触发，B端是上升沿触发。触发方式可以概括为以下三种：在A1或A2端用下降沿触发，这时要求另外两个输入端必须为高电平；A1和A2端同时用下降沿触发，并且B端为高电平；在B端用上升沿触发，同时A1和A2中至少有一个是低电平。（2）定时）定时集成单稳态触发器74121的输出脉冲宽度取决于定时电阻和定时电容的大小。定时电容接在74121的10、11脚之间，如果使用的是电解电容，10脚Cext接电容的正极。三三.集成单稳态触发器集成单稳态触发器*脉冲单元电路 74121的外部连接方法图(a)使用内
22、部电阻(上升沿触发)；(b)使用外接电阻(下降沿触发)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(a)74121GNDA1A2BCext5437Rext/CextRintUCCCext1011914UCCQ61Q(b)UCCRext三三.集成单稳态触发器集成单稳态触发器*脉冲单元电路（3）74121具有不可重触发性具有不可重触发性 根据触发特性，集成单稳态触发器可以分为可重触发单稳态触发器和不可重触发单稳态触发器两种。这两种触发器的主要区别是：可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，只要有新的触发脉冲作用，电路就会被重新触发，使电路
23、的暂稳态过程延长；而不可重触发单稳态触发器在暂稳态期间，将不接受新的触发脉冲的作用，只有当其返回到稳态后，才会被触发脉冲重新触发。74121属于不可重触发单稳态触发器。三三.集成单稳态触发器集成单稳态触发器*脉冲单元电路 不可重复触发型与可重复触发型图（图（a）为不可重复型触发单稳态）为不可重复型触发单稳态触发器。该电路在触发进入暂稳触发器。该电路在触发进入暂稳态期间如再次受到触发，对原暂态期间如再次受到触发，对原暂稳态时间没有影响，输出脉冲宽稳态时间没有影响，输出脉冲宽度度tw仍从第一次触发开始计算。仍从第一次触发开始计算。图（图（b）为可重复触发型单稳态）为可重复触发型单稳态触发器。该电路
24、在触发进入暂触发器。该电路在触发进入暂稳态期间如再次被触发，则输稳态期间如再次被触发，则输出脉冲宽度可在此前暂稳态时出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽间的基础上再展宽tw。因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。到持续时间更长的输出脉冲宽度。*脉冲单元电路 1.脉冲延时单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。u uO O的下降沿比的下降沿比u uI I的下降沿延迟了的下降沿延迟了t tw w的时间。的时间。四四.单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用*脉冲单元电路 单稳态触
25、发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。四四.单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 2.脉冲定时*脉冲单元电路 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RS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。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”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，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。小结9-2*脉冲单元电路
26、 9.2.3 多谐振荡器多谐振荡器主要用途：矩形波发生器特点：多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。*脉冲单元电路 一一.对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器 1.电路组成由两个TTL反相器经电容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。为了使静态时反相器工作在转折区，具有较强的放大能力，应满足ROFFRFRON的条件。图9-20对称式多谐振荡器*脉冲单元电路 2.工作原理 假定接通电源后，由于某种原因使uI1有微小正跳变，则必然会引起如下的正
27、反馈过程：使uO1迅速跳变为低电平、uO2迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。此后，uO2的高电平对C1电容充电使uI2升高，电容C2放电使uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，uI2首先上升到G2的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程：*脉冲单元电路 使uO2迅速跳变为低电平、uO1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。此后，C1放电、C2充电，C2充电使uI1上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。*脉冲单元电路 图9-21 对称式多谐振荡器的工作波形*脉冲单元电路 3.主要参数
28、 矩形脉冲的振荡周期为 T1.4RFC当取RF1k、CI00 pF100 F时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。*脉冲单元电路 二、二、环形振荡器环形振荡器 1.最简单的环形振荡器 图9-22 环形振荡器(a)电路 (b)工作波形利用集成门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器。该电路没有稳定状态。如此周而复始，便产生了自激振荡。振荡周期T=6tpd。*脉冲单元电路 2.CMOS反相器构成的多谐振荡器 R的选择应使G1工作在电压传输特性的转折区。此时，由于uO1即为uI2，G2也工作在电压传输特性的转折区，若uI有正向扰动，必然引起下述正反馈过程：
29、图9-25 CMOS反相器构成的多谐振荡器*脉冲单元电路 使uO1迅速变成低电平，而uO2迅速变成高电平，电路进入第一暂稳态。此时，电容C通过R放电，然后uO2向C反向充电。随着电容C的的放电和反向充电，uI不断下降，达到uIUTH时，电路又产生一次正反馈过程：从而使uO1迅速变成高电平，uO2迅速变成低电平，电路进入第二暂稳态。此时，uO1通过R向电容C充电。*脉冲单元电路 随着电容C的不断充电，uI不断上升，当uIUTH时，电路又迅速跳变为第一暂稳态。如此周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间转换，电路将输出矩形波。振荡周期为 T1.4RC 图9-26CMOS反相器构成多谐振荡器的工作波形*
30、脉冲单元电路 三、三、石英晶体振荡器石英晶体振荡器 前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。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。*脉冲单元电路 石英晶体的阻抗频率特性图 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fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。*脉冲单元电路 因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回
31、路中就可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fo，而与RC无关。图9-27石英晶体振荡器电路 在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。*脉冲单元电路 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。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS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。在多谐振荡器中，由一个
32、暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”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。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。小结9-3*脉冲单元电路 9.3 555定时器定时器为数字模拟混合集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5K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、电子玩具等许多领域中都得到了应用。*脉冲单元电路 9.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构1.电路组成电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器*脉冲单元电路 9.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构1.电路组成（1）电阻分压器：由3个5k的电阻R组
33、成，为电压比较器C1和C2提供基准电压。（2）基本RS触发器其置0和置1端为低电平有效触发。R是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使R处于高电平。*脉冲单元电路 9.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构1.电路组成（3）电压比较器C1和C2。当UU时，UC输出高电平，反之则输出低电平。CO为控制电压输入端。当CO悬空时，UR12/3VCC，UR21/3VCC。当COUCO时，UR1UCO，UR21/2UCO。TH称为高触发端，TR称为低触发端。*脉冲单元电路 9.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构1.电路组成（4）放电管TT是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开
34、关。输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。（5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力。*脉冲单元电路 TH接至反相输入端，当THUR1时，UC1输出低电平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；TR接至同相输入端，当TRUR2时，UC2输出低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置1）。555定时器的功能表 9.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构2.工作原理*脉冲单元电路 9.3.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将555定时器的触发输入端和阈值输入端连在一起并作为外加触发信号uI的输入端，就构成了施密特触发器，其电路如图所示。电路的
35、参考电压UR1=(2/3)UCC，UR2=(1/3)UCC。*脉冲单元电路 9.3.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器在UI从0开始升高的过程中：当UI(1/3)VCC时，满足THUR1、TRUR2，所以电路输出uO为高电平；当(1/3)UCC UI(2/3)UCC时，满足THUR2，555定时器的状态保持不变，uO仍为高电平；当UI(2/3)UCC后，满足THUR1、TRUR2，uO才跳变到低电平。*脉冲单元电路 9.3.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器在UI从高于(2/3)UCC的电压开始下降的过程中：当(1/3)UCC UI(2/3)UCC时，满
36、足THR2，uO仍保持低电平不变；只有当UI(1/3)UCC后，满足THUR1、TRUR2，uO才又跳变到高电平。*脉冲单元电路 9.3.2 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器通过分析，显然可以得到该施密特触发器的阈值电压及回差电压：UT+=UR1=(2/3)UCC，UT-=UR2=(1/3)UCC，UT=UR1-UR2=(1/3)UCC。可见用555定时器构成的施密特触发器的传输特性取决于两个参考电压。当然，我们也可以用外接控制电压UIC来控制参考电压UR1、R2，这样通过改变控制电压UIC的大小即可对施密特触发器的传输特性进行调整。*脉冲单元电路 9.3.3 555定时器构
37、成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器 （1）得到负脉冲外触发：使高触发置0端TH有效暂稳态0自动返回：通过电容C的充放电使低触发置1端TR有效稳态1 思路：外触发自动返回 （2）得到正脉冲 外触发：使低触发置1端TR有效暂稳态1 自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端TH有效稳态0*脉冲单元电路 图6-30 555定时器构成的单稳态触发器（a）电路 （b）工作波形 工作原理：稳态为0 低触发有效置1 T截止，C充电 自动高触发返0 提高基准电压稳定性的滤波电容 输出脉冲的宽度tw1.1RC。当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电，当TH=uC2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此
38、时，放电管导通，C放电，TH=uC=0。稳态为0状态。此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。当TH=uC2/3VCC时，使高触发端TH有效，置0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电，使电路迅速恢复到初始状态。*脉冲单元电路 9.3.4 555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变TH=TR，则交替置0、置1。图 555定时器构成的多谐振荡器（a）电路 （b）工作波形 电容C充电充=(R1+R2)C 电容C放电放=R2C 振荡器输出脉冲uO的工作
39、周期为：T0.7(R1+2R2)C*脉冲单元电路 本章介绍了各种产生和变换矩形脉冲的电路。施密特触发器有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。单稳态触发器只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。*脉冲单元电路 多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。读者可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。作业9-1 P404 习题 9
