第七章脉冲波形的产生与变换

1、第第7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 7.1 多谐振荡器多谐振荡器 7.2 单稳态触发器单稳态触发器 7.3 施密特触发器施密特触发器 7.4 555定时器及其应用定时器及其应用7.1 多谐振荡器多谐振荡器7.1.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。 电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。常用的开电路中含有开关器件，用于产生高、低电平。常用的开关器件有门电路、电压比较器、关器件有门电路、电压比较器、BJT等。等。 具有合适的反馈网络，将输出电压反馈到

2、开关器件的输具有合适的反馈网络，将输出电压反馈到开关器件的输入端使之改变输出状态。入端使之改变输出状态。 有延时环节，以获得所需要的振荡频率。一般情况下，有延时环节，以获得所需要的振荡频率。一般情况下，反馈网络兼有延时作用，由阻容元件构成，利用反馈网络兼有延时作用，由阻容元件构成，利用RC电路的充、电路的充、放电特性实现延时。放电特性实现延时。下一页返回7.1 多谐振荡器多谐振荡器(1) 电路结构电路结构由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，图图7-1是一种是一种由由CMOS门电路组成的多谐振荡器。由于门电路组成的多谐振荡器。由于G1和和G2的外部电的

3、外部电路不对称，所以又称为不对称多谐振荡器。路不对称，所以又称为不对称多谐振荡器。为了使电路能产生振荡，必须使为了使电路能产生振荡，必须使G1和和G2工作在电压传输特性工作在电压传输特性的转折区，即工作在放大区。在正常工作时，无论的转折区，即工作在放大区。在正常工作时，无论G1输入低输入低电平还是高电平，电平还是高电平，MOS管栅极输入的电流管栅极输入的电流ig=0，在电阻，在电阻R上不产生压降，这时上不产生压降，这时uO1= ui的直线与电压传输特性转折区的直线与电压传输特性转折区的交点的交点Q便为便为G1的静态工作点，它处在转折区的中点。这时的静态工作点，它处在转折区的中点。这时uO1=

4、ui =UTH= VDD./2，因此，因此，G2也工作在电压传输特也工作在电压传输特性的转折区。性的转折区。上一页 下一页返回7.1 多谐振荡器多谐振荡器(2) 工作原理工作原理为讨论方便起见，设为讨论方便起见，设uO1为低电平、为低电平、uO2为高电平时为高电平时 ，为第，为第一暂稳态。一暂稳态。uO1为高电平、为高电平、uO2为低电平时为低电平时 ，为第二暂稳态。，为第二暂稳态。下面参照下面参照图图7-2所示波形讨论不对称多谐振荡的工作原理。所示波形讨论不对称多谐振荡的工作原理。 第一暂稳态及电路自动翻转的过程第一暂稳态及电路自动翻转的过程设接通电源后由于某种原因使设接通电源后由于某种原因

5、使G1的输入电压的输入电压ui产生一个小的产生一个小的正跃变时，通过正跃变时，通过G1放大后，其输出产生一个较大的负跃变，放大后，其输出产生一个较大的负跃变，使使G2输出一个更大的正跃变，通过电容输出一个更大的正跃变，通过电容C的耦合，使的耦合，使ui得到得到更大的正跃变，于是电路产生如下正反馈过程。更大的正跃变，于是电路产生如下正反馈过程。uiuO1uO2ui上一页 下一页返回7.1 多谐振荡器多谐振荡器正反馈的结果使正反馈的结果使G1开通，输出开通，输出uO1由高电平由高电平VDD跃到低电平跃到低电平UOL；G2关闭，输出关闭，输出uO2由低电平由低电平UOL跃到高电平跃到高电平VDD，电

6、路，电路进入第一暂稳态。这时，进入第一暂稳态。这时，uO2的高电平经的高电平经C、R和和G1的输出电的输出电阻对阻对C进行反向充电（即进行反向充电（即C放电），放电），ui随之下降。当随之下降。当ui下到下到G1的阈值电压的阈值电压UTH时，电路又产生另一个正反馈过程时，电路又产生另一个正反馈过程uiuO1uO2ui 第二暂稳态及电路自动翻转的过程第二暂稳态及电路自动翻转的过程正反馈的结果使正反馈的结果使G1关闭，输出关闭，输出uO1由低电平由低电平UOL跃到高电平跃到高电平VDD；G2开通，输出开通，输出uO2由高电平由高电平VDD跃到低电平跃到低电平UOL，电路，电路进入第二暂稳态。这时，

7、进入第二暂稳态。这时，uO1的高电平的高电平VDD经经R、C、和、和G2的的输出电阻对输出电阻对C进行充电，进行充电，ui随之上升。当随之上升。当ui上升到上升到G1的的UTH时，时，G1又开通，又开通，G2又关闭，电路返回到第一暂稳态。又关闭，电路返回到第一暂稳态。由上分析可知，由于电容由上分析可知，由于电容C交替地进行充电和放电，使两个交替地进行充电和放电，使两个暂稳态不断相互交换，从而输出周期性的矩形脉冲。暂稳态不断相互交换，从而输出周期性的矩形脉冲。上一页 下一页返回7.1 多谐振荡器多谐振荡器上一页 下一页返回2.振荡周期的计算振荡周期的计算 振荡周期可用下式估算：振荡周期可用下式估

8、算：T1.4RC7.1.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器，石英晶体的电路符号和阻抗频率特性如的石英晶体振荡器，石英晶体的电路符号和阻抗频率特性如图图7-3所示。所示。由阻抗频率特性曲线可知，石英晶体的选频特性非常好，它由阻抗频率特性曲线可知，石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率（固有频率）有一个极为稳定的串联谐振频率（固有频率）fS，且等效品，且等效品质因数质因数Q值很高。当频率等于值很高。当频率等于fS时，石英晶体的电抗为时，石英晶体的电抗为0，

9、而，而当频率偏离当频率偏离fS时，石英晶体的电抗急剧增大，因此，在串联时，石英晶体的电抗急剧增大，因此，在串联谐振电路中，只有频率为谐振电路中，只有频率为fS的信号最容易通过，而其他频率的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。振荡频率只取决于固有频率的信号均会被晶体所衰减。振荡频率只取决于固有频率fS，而与而与RC无关。无关。7.1 多谐振荡器多谐振荡器fP是石英晶体的并联谐振频率是石英晶体的并联谐振频率 。石英晶体的串联谐振频率。石英晶体的串联谐振频率fS和并联谐振频率和并联谐振频率fP仅仅取决于石英晶体的几何尺寸，通过加仅仅取决于石英晶体的几何尺寸，通过加工成不同尺寸的晶片，即

10、可得到不同频率的石英晶体，并且工成不同尺寸的晶片，即可得到不同频率的石英晶体，并且串联谐振频率串联谐振频率fS和并联谐振频率和并联谐振频率fP的值非常接近。的值非常接近。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。 为了改善输出波形的前沿、后沿和提高负载能力，一般在石为了改善输出波形的前沿、后沿和提高负载能力，一般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器，如英晶体振荡器的输出端加一级反相器，如图图7-4和和图图7-5所所示。示。上一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器可以在外部触发信号作用下，输出一个一定宽单稳态触发器可

11、以在外部触发信号作用下，输出一个一定宽度、一定幅值的矩形脉冲波形。它具有以下特点。度、一定幅值的矩形脉冲波形。它具有以下特点。 电路有一个稳态和一个暂稳态。电路有一个稳态和一个暂稳态。 没有触发信号时，电路始终处于稳态，在外来触发信号没有触发信号时，电路始终处于稳态，在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。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，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延时延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间取决于电路中稳态持续的时间取决于电路中

12、RC的参数。的参数。下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器7.2.1 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器1.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（1） 电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路结构：微分型单稳态触发器可由与非门或者或非门电路电路结构：微分型单稳态触发器可由与非门或者或非门电路构成，构成，图图7-7（a）、（）、（b）分别为由与非门和或非门构成的分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器，单稳态触发器，RC电路是一个微分延时环节电路是一个微分延时环节 。图图7-7（b）的工作原理：对于）的工作原理：对于CMOS门电路，可以认为输门电路，可以认为输出的高电平出的高电

13、平UOH= VDD、输出的低电平、输出的低电平UOL0、两个或非门、两个或非门的阈值电压的阈值电压UTH都为都为VDD /2。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器 稳定的状态稳定的状态当输入电压当输入电压ui为低电平时，由于为低电平时，由于G2输入通过电阻输入通过电阻R接接VDD，因此，因此，G2输出低电平输出低电平UOL0，G1输入全输入全0，输出，输出uO1为高电为高电平平UOH VDD。这时，电容。这时，电容C上的电压上的电压UC 0。电路处于。电路处于UO1为高电平为高电平VDD、uO2为低电平为低电平0的稳定状态。的稳定状态。 触发进入暂稳态触发进入暂稳态当输入当输入u

14、i为低电平正跃到大于为低电平正跃到大于G1的的 值电压值电压UTH时，使时，使G1输输出电压出电压uO1产生负跃变，由于电容产生负跃变，由于电容C两端的电压不能突变，使两端的电压不能突变，使G2的输入电压的输入电压uA产生负跃变，这又促使产生负跃变，这又促使G2的输出电压的输出电压uO2产产生正跃变，它再反馈到生正跃变，它再反馈到G1的输入端，于是，电路产生如下正的输入端，于是，电路产生如下正反馈过程。反馈过程。uiuO1uAu02ui上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器正反馈的结果使正反馈的结果使G1开通，输出开通，输出uO1迅速跃到低电平，由于电迅速跃到低电平，由于电容两端的

15、电压不能突变，使容两端的电压不能突变，使uA产生同样的负跃变，产生同样的负跃变，G2输出由输出由低电平迅速跃到高电平低电平迅速跃到高电平VDD。于是，电源。于是，电源VDD经经R、C和和G1的的输出电阻开始对电容输出电阻开始对电容C充电。电路进入暂稳态。在此期间输充电。电路进入暂稳态。在此期间输入电压入电压ui回到低电平。回到低电平。 .自动翻转自动翻转随着电容随着电容C的充电，电容上的电压的充电，电容上的电压UC随之升高，电压随之升高，电压uA也逐也逐渐升高。当渐升高。当uA上升到上升到G2的的UTH时，时，u02下降，使下降，使uO1上升，上升，又使又使uA进一步增大。电路又产生了另一个正

16、反馈过程。进一步增大。电路又产生了另一个正反馈过程。uAu02uO1uA正反馈使正反馈使G1迅速关闭，输出迅速关闭，输出uO1为高电平为高电平VDD，G2迅速开通，迅速开通，输出输出u02跃到低电平跃到低电平0。电路返回到初始的稳定状态。电路返回到初始的稳定状态。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器. 恢复过程恢复过程暂稳态结束后，电容暂稳态结束后，电容C通过电阻通过电阻R、G2的输入保护回路等向的输入保护回路等向VDD放电，使放电，使C上的电压恢复到初始状态时的上的电压恢复到初始状态时的0V。电路各点工作波形如电路各点工作波形如图图7-8所示所示.(2) 输出脉冲宽度的估算输出

17、脉冲宽度的估算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，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，用用tw表示。它为电容表示。它为电容C上的电压由低电平上的电压由低电平0充到充到G2的的UTH所需所需的时间。其大小可用下式进行估算的时间。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。输入触发脉冲在使用微分型单稳态触发器时。输入触发脉冲ui的宽度的宽度twi应应小于输出脉冲的宽度小于输出脉冲的宽度tw,即即twitw的情况时，可在触发信号源的情况时，可在触发信号源ui和和G1输入端之间输入端之间接入一个接入一个RC微分电路。微分电路。上一页 下一页返回7

18、.2 单稳态触发器单稳态触发器2.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器若采用若采用RC积分延时环节构成的单稳态触发器，称为积分型单积分延时环节构成的单稳态触发器，称为积分型单稳态触发器，电路和各级波形。其分析方法和微分型单稳态稳态触发器，电路和各级波形。其分析方法和微分型单稳态触发器相同，不同的地方是：触发器相同，不同的地方是：RC延时环节的特性不同，微分延时环节的特性不同，微分型的型的RC环节是快充快放，故要求触发信号的脉冲宽度小于输环节是快充快放，故要求触发信号的脉冲宽度小于输出的脉冲宽度，电路在翻转时才能形成正反馈；积分型的出的脉冲宽度，电路在翻转时才能形成正反馈；积分型的RC环节是慢充

19、慢放。而且电路翻转时没有正反馈作用，所以要环节是慢充慢放。而且电路翻转时没有正反馈作用，所以要求触发信号的脉冲宽度大于输出的脉冲宽度，才能使电路正求触发信号的脉冲宽度大于输出的脉冲宽度，才能使电路正常工作。常工作。图图7-10是由或非门构成的单稳态触发器及其各点的工作波是由或非门构成的单稳态触发器及其各点的工作波形图。形图。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器7.2.2 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可重复触发和不可重复触发两种形式。集成单稳态触发器分为可重复触发和不可重复触发两种形式。两者最大的区别是：不可重复触发单稳态触发器在进入暂稳两者最大的区别是：不

20、可重复触发单稳态触发器在进入暂稳态期间，即使再受到触发脉冲作用，也不会影响电路既定的态期间，即使再受到触发脉冲作用，也不会影响电路既定的暂稳态过程，输出脉冲宽度仅由暂稳态过程，输出脉冲宽度仅由R、C参数确定；而可重复触参数确定；而可重复触发单稳态触发器在进入暂稳态期间，若有触发脉冲作用，电发单稳态触发器在进入暂稳态期间，若有触发脉冲作用，电路又将被解触发，重新开始暂稳态过程，这样可使暂稳态总路又将被解触发，重新开始暂稳态过程，这样可使暂稳态总的时间延长，直至触发脉冲的时间间隔超过电路输出的脉冲的时间延长，直至触发脉冲的时间间隔超过电路输出的脉冲宽度，才会回到稳态。宽度，才会回到稳态。可重复触发

21、器有可重复触发器有74122、74LS122、74123、74LS123， 不可重复触发器有不可重复触发器有74121、74221、74LS221。两种单稳态触发器的工作波形分别如两种单稳态触发器的工作波形分别如图图7-11（a）、（）、（b）所示。所示。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器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是一种是一种TTL的不可重复触发集成单稳态触发器，其引的不可重复触发集成单稳态触发器，其引脚图如脚图如图图7-12所示。所示。（1） 触发方式触发方式74121集成单稳态触发器有集成单稳态触发器有3个触发输入端，在下列情

22、况下，个触发输入端，在下列情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态：电路可由稳态翻转到暂稳态： 在在A1、A2两个输入中有一个或两个为低电平的情况下，两个输入中有一个或两个为低电平的情况下，B发生由发生由0到到1的正跳变。的正跳变。 在在B为高电平的情况下，为高电平的情况下，A1、A2中有一个为高电平而另中有一个为高电平而另一个发生由一个发生由1到到0的负跳变，或者的负跳变，或者A1、A2同时发生负跳变。同时发生负跳变。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121是在微分型单稳态触发器的基是在微分型单稳态触发器的基础上，附加输入控制电路和输出缓冲电

23、路而形成的，础上，附加输入控制电路和输出缓冲电路而形成的，1脚脚Q和和6脚脚Q是脉冲输出端，两端波形反相（互补）。是脉冲输出端，两端波形反相（互补）。3脚脚A1、4脚脚A2、5脚脚B是触发方式控制端，用于实现上升沿触发或下是触发方式控制端，用于实现上升沿触发或下降沿触发的方式控制。若需用上升沿触发时，触发脉冲由降沿触发的方式控制。若需用上升沿触发时，触发脉冲由B输入，同时输入，同时A1或或A2至少有一个接低电平；若需用下降沿触发至少有一个接低电平；若需用下降沿触发时，触发脉冲由时，触发脉冲由A1或或A2输入，若输入，若 A1或或 A2有一端不作为脉有一端不作为脉冲输入端时应和冲输入端时应和B端

24、都接高电平。端都接高电平。9脚脚 Rint、10脚脚Cext、11脚脚Rext/ Cext是是RC微分环节的元件连接端，其中微分环节的元件连接端，其中 Rint是内部电阻连接端，阻值约为是内部电阻连接端，阻值约为2k ，用它取代外接电，用它取代外接电阻阻Rext 时，可简化外部连线。时，可简化外部连线。14脚接正电源，脚接正电源，7脚接地端，脚接地端，2脚、脚、8脚、脚、12脚和脚和13脚都悬空。脚都悬空。74121不可重复触发单不可重复触发单稳态触发器的逻辑功能如稳态触发器的逻辑功能如表表7-1所示：所示：上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器从表中可以看出，前面从表中可以看出，

25、前面4行都属于无效的输入，电路状态不行都属于无效的输入，电路状态不会发生改变，一直处于稳定状态上，即会发生改变，一直处于稳定状态上，即Q=0；后面；后面5行可以行可以接受相应的触发脉冲信号，由稳态进入暂稳态，即接受相应的触发脉冲信号，由稳态进入暂稳态，即Q=1。这。这5行发生暂稳态的条件可以归纳为两种情况；一种是行发生暂稳态的条件可以归纳为两种情况；一种是A1或或A2至少一个接低电平时，若至少一个接低电平时，若B端脉冲发生正跳变，电路端脉冲发生正跳变，电路 就会出就会出现暂稳态，另一种是现暂稳态，另一种是A1或或A2至少有一个输入脉冲发生负跳变，至少有一个输入脉冲发生负跳变，其余触发控制端全接

26、高电平时，电路也会出现暂态。其余触发控制端全接高电平时，电路也会出现暂态。74121一旦进入暂稳态，就不再受一旦进入暂稳态，就不再受A1、A2、B跳变的影响，暂稳态跳变的影响，暂稳态阶段的定时仅取决于阶段的定时仅取决于RC数值，因此，它属于不可重复触发的数值，因此，它属于不可重复触发的单稳态触发器。单稳态触发器。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器（2）定时）定时74121的定时时间取决于定时电阻和定时电容的数值。定时的定时时间取决于定时电阻和定时电容的数值。定时电容电容Cext连接在引脚连接在引脚Cext（10脚）和脚）和Rext/Cext（11脚）脚）之间。如果使用有极性的电

27、解电容，电容的正极应接在之间。如果使用有极性的电解电容，电容的正极应接在Cext引脚（引脚（10脚）。对于定时电阻，有两种选择：脚）。对于定时电阻，有两种选择： 采用内部定时电阻采用内部定时电阻Rint（Rint=2k），此时只需将），此时只需将Rint引脚（引脚（9脚）接至电源脚）接至电源VCC； 采用外部定时电阻（阻值应在采用外部定时电阻（阻值应在1.4k40k之间），之间），此时此时Rint引脚（引脚（9脚）应悬空，外部定时电阻接在引脚脚）应悬空，外部定时电阻接在引脚Rext/Cext（11脚）和脚）和VCC之间。之间。74121的输出脉冲宽度为：的输出脉冲宽度为： tW0.7RC通常通

28、常R的取值在的取值在2k30k之间，之间，C的取值在的取值在10pF10F之间，得到的之间，得到的tW在在20ns200ms之间。之间。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器CD4528是一种是一种CMOS的可重复触发集成单稳态触发器，其的可重复触发集成单稳态触发器，其引脚图如引脚图如图图7-13所示。所示。7.2.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1. 定时定时由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形脉冲输出，如果利由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形脉冲输出，如果利用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在用这

29、个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在tW时时间内动作。例如，利用单稳态触发器输出的矩形脉冲作为与间内动作。例如，利用单稳态触发器输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号，如门输入的控制信号，如图图7-14所示，则只有在这个矩形波所示，则只有在这个矩形波的的tW时间内，信号时间内，信号uF才有可能通过与门。才有可能通过与门。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器2. 延时延时单稳态触发器的延时作用不难从单稳态触发器的延时作用不难从图图7-8所示的微分型单稳态所示的微分型单稳态触发器的工作波形看出。图中输出端触发器的工作波形看出。图中输出端uo1的上升沿相对于输的上升沿相对于输入信

30、号入信号ui的上升沿延迟了一个的上升沿延迟了一个tW的时间。单稳态的延时作的时间。单稳态的延时作用常被应用于时序控制。用常被应用于时序控制。 3. 多谐振荡器多谐振荡器利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。由两片利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。由两片74121集成单稳态触发器组成的多谐振荡器如集成单稳态触发器组成的多谐振荡器如图图7-15所示。图中所示。图中开关开关S为振荡器控制开关。为振荡器控制开关。上一页 下一页返回7.2 单稳态触发器单稳态触发器4.噪声消除电路噪声消除电路 利用单稳态触发器可以构成噪声消除电路（或称脉宽鉴别电利用单稳态触发器可以构成噪声消除电路（或称脉宽鉴别电

31、路）。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号路）。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。利用单稳电路，将输出脉宽调节到大于都具有一定的宽度。利用单稳电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号脉宽，即可消除噪声。噪声宽度而小于信号脉宽，即可消除噪声。 上一页返回7.3 施密特触发器施密特触发器施密特触发器可以将缓慢变化的输入波形整形为矩形脉冲，施密特触发器可以将缓慢变化的输入波形整形为矩形脉冲，它具有下述特点：它具有下述特点： 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值时，

32、输出电压会发生突变。用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 输入信号增加或减少时，电路有不同的阈值电压。其电压输入信号增加或减少时，电路有不同的阈值电压。其电压传输特性如传输特性如图图7-17所示。所示。7.3.1 由门电路组成的施密特触发器由门电路组成的施密特触发器1. 电路结构电路结构由由CMOS门电路组成的施密特触发器如门电路组成的施密特触发器如图图7-18所示。所示。 基本基本连接方法是将两个门串联起来，同时通过分压电阻把输出电连接方法是将两个门串联起来，同时通过分压电阻把输出电压正反馈到输入端所构成的。图压正反馈到输入端所构成的。图7-18是用两个是用两个CMOS反相

33、反相器和两个分压电阻器和两个分压电阻R1，R2构成的基本施密特触发器，改变构成的基本施密特触发器，改变R1，R2阻值可调整电路的阈值电平阻值可调整电路的阈值电平VT+ 和和VT- ，即改变，即改变 V 值。但值。但R1必须小于必须小于R2，否则电路状态将进入自锁而无，否则电路状态将进入自锁而无法正常翻转。法正常翻转。下一页返回7.3 施密特触发器施密特触发器CMOS门的开启电压门的开启电压VTVDD /2,故有故有VT+=（1+ R1/ R2）VT ，VT-=（1 R1/ R2）VT2. 工作原理工作原理为了便于分析，假设输入为了便于分析，假设输入ui为一个三角波信号。为一个三角波信号。若输入

34、若输入ui为为0时，电路处于时，电路处于0状态，即状态，即Q=0， =1。这就是。这就是施密特触发器的第施密特触发器的第I个稳定状态，即个稳定状态，即 u0=0V。ui由由0逐渐上升时，逐渐上升时，G1输入端的电压输入端的电压ui1也随之上升。若也随之上升。若ui1上升还未达到上升还未达到G1门开启电压门开启电压 VT 之前，电路维持在第之前，电路维持在第I稳态稳态上。上。若若ui继续上升，当继续上升，当ui1到达到达VT 时，即时，即uiVT+ ，那么电路将，那么电路将发生下列正反馈过程。发生下列正反馈过程。uiui1ui2u0ui1上一页 下一页返回Q7.3 施密特触发器施密特触发器因此，

35、电路由第因此，电路由第I稳态迅速转为第稳态迅速转为第II稳态，即稳态，即Q=1， =0。此时，输出电压此时，输出电压u0= VDD同理，若同理，若ui由最大值由最大值VDD 下降时，下降时，ui1也会随之下降。也会随之下降。当当ui下降使下降使uiVT-时，电路也会发生下列正反馈过程。时，电路也会发生下列正反馈过程。uiui1 ui2u0ui1最后电路又翻转回第最后电路又翻转回第I稳态，即稳态，即 u0 =0V。该电路该电路 VT+ 和和VT-可由实验测出，其电压回差可由实验测出，其电压回差 V 为为V= VT+VT-= VDDR1/ R2由此可见，改变由此可见，改变R1和和R2的比值，可以调

36、整的比值，可以调整 V 的大小。的大小。Q上一页 下一页返回Q7.3 施密特触发器施密特触发器7.3.2 集成施密特触发器集成施密特触发器集成门电路中有多种型号的施密特触发器，集成门电路中有多种型号的施密特触发器，CC40106是其是其中的一种中的一种CMOS施密特反相器，施密特反相器，图图7-20是其引脚排列、逻是其引脚排列、逻辑符号及传输特性。辑符号及传输特性。7.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形的整形与变换波形的整形与变换施密特触发器可用于将三角波、正弦波以及不规则信号波形施密特触发器可用于将三角波、正弦波以及不规则信号波形变换成矩形脉冲。当传输的信号受到干扰而发生畸

37、变时，可变换成矩形脉冲。当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较好的矩形脉冲。如好的矩形脉冲。如图图7-21。上一页 下一页返回7.3 施密特触发器施密特触发器2. 信号鉴幅信号鉴幅如输入信号为一组幅度不等的脉冲，而要求将幅度大于如输入信号为一组幅度不等的脉冲，而要求将幅度大于VT+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鉴别，如幅度进行鉴别，如图图7-22所示。这时，可将输入幅度大于所示。这时，可将输入幅度大于VT+的脉冲

38、信号选出来，而幅度小于的脉冲信号选出来，而幅度小于VT+的脉冲信号则去掉。的脉冲信号则去掉。3.多谐振荡器多谐振荡器上一页返回7.4 555定时器及其应用定时器及其应用555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。因而在脉冲波形的产触发器、多谐振荡器和施密特触发器。因而在脉冲波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用

39、。都得到了广泛的应用。7.4.1 555定时器电路的结构及工作原定时器电路的结构及工作原理理1. 电路结构电路结构国产双极型定时器国产双极型定时器5G555的电路结构如的电路结构如图图7-25所示所示 。由电压比较器由电压比较器C1、C2（包括电阻分压器）、（包括电阻分压器）、G1和和G2组成的组成的基本基本RS触发器、集电极开路的放电管触发器、集电极开路的放电管V和输出缓冲级和输出缓冲级G3三部三部分组成。分组成。下一页返回7.4 555定时器及其应用定时器及其应用2. 工作原理工作原理C1和和C2为两个电压比较器，它们的基准电压为为两个电压比较器，它们的基准电压为Vcc经经3个个5k电阻分

40、压后提供。电阻分压后提供。UR1=2/3Vcc为比较器为比较器C1的基准电的基准电压，压，TH（阈值输入端）为其输入端。（阈值输入端）为其输入端。UR2=1/3Vcc为比较为比较器器C2的基准电压，的基准电压， （触发输入端）为其输入端。（触发输入端）为其输入端。CO为控为控制端，当外接固定电压制端，当外接固定电压VCO时，则时，则UR1=VCO、UR2=1/2VCO。 为直接置为直接置0端，只要端，只要 =0，输出，输出uo便便为低电平，正常工作时，端必须为高电平。下面分析为低电平，正常工作时，端必须为高电平。下面分析5G555的逻辑功能。的逻辑功能。设设TH和和 端的输入电压分别为端的输入

41、电压分别为uI1和和uI2。5G555定时器定时器的工作情况下的工作情况下:当当uI1UR1、uI2UR2时时,比较器比较器C1和和C2的输出的输出uC1=0、uc2=1,基本基本RS触发器被置触发器被置0，Q=0、 =1，输出，输出uo=0，同时同时V导通。导通。TR上一页 下一页返回TRDRDRQ7.4 555定时器及其应用定时器及其应用当当uI1UR1、uI2UR2时，两个比较器输出时，两个比较器输出uc1=1、uc2=0，基本基本RS触发器置，、触发器置，、 ，输出，输出uo=1，同时，同时截止。截止。当当uI1UR2时，两个比较器输出时，两个比较器输出uc1=1、uc2=1，基本，基

42、本RS触发器保持原来状态。触发器保持原来状态。3. 555定时器的功能表定时器的功能表综上所述，定时器综上所述，定时器5G555的功能如的功能如表表7-2所示：所示：7.4.2 555定时器的应用定时器的应用1. 用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将触发器的阈值输入端将触发器的阈值输入端ui1和触发输入端和触发输入端ui2连在一起，作为连在一起，作为触发信号触发信号ui的输入端，将输出端（的输入端，将输出端（3端）作为信号输出端，端）作为信号输出端，便可构成一个反相输出的施密特触发器，电路如便可构成一个反相输出的施密特触发器，电路如图图7-26所所示。示。图图7-26中，中

43、，R、VCC2构成另一输出端构成另一输出端uo2，其高电平可以通，其高电平可以通过改变过改变VCC2进行调节。进行调节。 上一页 下一页返回Q7.4 555定时器及其应用定时器及其应用电路工作原理：电路工作原理：为了提高基准电压为了提高基准电压UR1和和UR2的稳定性，常在的稳定性，常在CO控制端对地控制端对地接一个接一个0.01 F的滤波电容。的滤波电容。当输入当输入uI1/3VCC时，电压比较器时，电压比较器C1和和C2的输出的输出uC1=1，uC2=0，基本，基本RS触发器置触发器置1，Q=1、 =0，这时输出，这时输出uO=uOH。当输入当输入1/3VCCuI2/3 VCC时，时，C1

44、和和C2的输出的输出uC1=0、uC2=1，基本，基本RS触发器置触发器置0，Q=0、 =1，输出，输出uO由高由高电平电平uOH跃到低平跃到低平uOL，即，即uO=0。由以上分析可看出，在输。由以上分析可看出，在输入入uI上升到上升到2/3 VCC时，电路的输出状态发生跃变。因此，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施密特触发器的正向阈值电压UT+ =2/3 VCC。此后，。此后，uI再再增大时，对电压的输出状态没有影响。增大时，对电压的输出状态没有影响。Q上一页 下一页返回Q7.4 555定时器及其应用定时器及其应用当输入当输入uI由高电平逐渐下降，且由高电平逐渐下

45、降，且1/3VCCuI2/3VCC时，时，两个电压比较器的输出分别为两个电压比较器的输出分别为uC1=1、uC2=1。基本。基本RS触触发器保持原状态不变。即发器保持原状态不变。即Q=0、 =1，输出，输出uO=uOL。当输入当输入uI1/3VCC，电压比较器，电压比较器C2输出输出uC2=1,基本基本RS触发器置触发器置0，Q=0， =1，输出，输出u0=0。与此同时，三。与此同时，三极管极管V导通，电容导通，电容C经经V迅速放完电，迅速放完电，uC0，电压比较器，电压比较器C1输出输出UC1=1，这时基本，这时基本RS触发器的两个输入信号都为高电触发器的两个输入信号都为高电平平1，保持，保

46、持0状态不变。所以，在稳定状态时。状态不变。所以，在稳定状态时。uC=0、uO=0。(2) 触发进入暂稳态触发进入暂稳态当输入当输入uI由高电平由高电平UIH跃到小于跃到小于1/3VCC的低电平时，电压比的低电平时，电压比较器较器C2输出输出uC2=0，由于此时，由于此时uC=0，因此，因此，uC1=1，基本，基本RS触发器被置触发器被置1，Q=1， =0，输出，输出uO 由低电平跃到高由低电平跃到高电平电平U0H。同时三极管。同时三极管V截止，这时，电源截止，这时，电源 VCC经经R对对C充电，充电，电路进入暂稳态。在暂稳态期内输入电压电路进入暂稳态。在暂稳态期内输入电压uI回到高电平。回到高电平。Q上一页 下一页返回Q7.4 555定时器及其应用定时器及其应用(