7.4多諧振蕩器7.3單穩態觸發器7.2施密特觸發器第7章脈沖信號的產生與整形7.1555集成定時器第7章脈沖信號的產生與整形教學基本要求掌握:555定時器構成的施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器的結構、工作原理及參數計算。理解：施密特觸發器、單穩態觸發器的應用。了解：石英晶體多諧振蕩器的工作原理。

555定時器是一多用途的數字模擬混合集成電路，最大的優點是電源電壓范圍大，為4.5V～18V，可以和TTL和CMOS器件兼容，同時驅動電流大約為200mA,可以構成單穩態觸發器、多諧振蕩器、壓控振蕩器等多種應用電路，并直接驅動負載。7.1555集成定時器

555定時器是一種用途廣泛的模擬數字混合集成電路。

CH7555定時器符號圖7.1.1555定時器的工作原理地低觸發端高觸發端放電端電源端清零端輸出端電壓控制端GND7.1555集成定時器CH7555定時器電路框圖

555定時器主要由比較器、觸發器、反相器和由三個5k

電阻組成的分壓器等部分構成，電路如圖所示。電阻分壓器比較器RS觸發器反相器CH7555定時器電路框圖真值表的第一行00110導通清零0保持保持0010110真值表的第二行從第二行到第三行導通0真值表的第四行10010101截止從第四行返回第三行00保持保持1截止回差現象5.3施密特觸發器7.2.2由門電路構成的施密特觸發器7.2.1由555定時器構成的施密特觸發器7.2.3施密特觸發器的應用7.2施密特觸發器7.2.1由555定時器構成的施密特觸發器施密特觸發器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數字電路需要的矩形脈沖的電路。vIvO1vIvOuoui08V3V傳輸特性+6V-6V+VCC7.2.1由555定時器構成的施密特觸發器+VCC+VCCG1G2R11vO1vI＇1vOR2vI（1）

當vI=0時，vO1≈

VDD，

vO

≈

0V，

vI＇≈

0V；（2）當vI升高時，vI’也升高。當vI’達到VTH=1/2VDD時，G1、G2輸出狀態將發生翻轉。此時對應的vI值稱為VT+。（3）當vI大于VT+時，電路轉到另一穩態：vO1≈0V，vO

≈VDD

。

0100＞VT+＞1/2VDD→0→1↑↑1007.2.2由門電路構成的施密特觸發器G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI（4）當vI由高變低時，vI

’也由高變低。當vI’≤1/2VDD時，電路又將發生轉換。此時對應的vI稱為VT－。（5）當vI小于VT－時，電路轉到另一穩態：vO1≈VDD，vO

≈

0V。

01↓↓→1→0＜VT－＜1/2VDD

工作波形vIVT+VT－0t0tvO10tvOvIvO1vIvO所以⊿UT＝UT+-UT-＝由此可知，調節R1、R2可以調節回差，但必須保證R1＜R2,否則電路不能正常工作。集成施密特觸發器四二輸入施密特觸發與非門集成施密特觸發器在集成電路手冊中被歸類在門電路中六單輸入施密特觸發非門7.2.3施密特觸發器的應用(a)整形電路的輸入、輸出波形輸入輸出UT+UT－1輸入輸出UT+UT－(b)幅度鑒別的輸入、輸出波形(c)多諧振蕩器CRucu'ouoUi0t0UotT+UT-U波形變換

7.3單穩態觸發器7.3.2由門電路構成的單穩態觸發器7.3.1由555定時器構成的單穩態觸發器7.3.3單穩態觸發器的應用單穩態觸發器在數字電路中一般用于定時（產生一定寬度的矩形波）、整形（把不規則的波形轉換成寬度、幅度都相等的波形）以及延時（把輸入信號延遲一定時間后輸出）等。（1）電路有一個穩態和一個暫穩態。（2）在外來觸發脈沖作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。（3）暫穩態是一個不能長久保持的狀態，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的持續時間與觸發脈沖無關，僅決定于電路本身的參數。單穩態觸發器具有下列特點：7.3.1由555定時器構成的單穩態觸發器7.3.1由555定時器構成的單穩態觸發器假設電容C無初始電壓。接通VCC后瞬間，VCC通過R對C充電，當uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發器置0，uo＝0。這時Q=1，放電管T導通，C通過T放電，電路進入穩態。+VDD0.01uF7.3.1由555定時器構成的單穩態觸發器

ui負脈沖到來時，因為ui＜VCC/3，使C2＝0，觸發器置1，uo又由0變為1，電路進入暫穩態。由于此時Q=0，放電管T截止，VCC經R對C充電。+VDD0.01uF7.3.1由555定時器構成的單穩態觸發器即使負觸發脈沖已消失，比較器C2的輸出變為1，但充電繼續進行，直到uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發器置0，電路輸出uo＝0，T導通，C放電，電路恢復到穩定狀態。+VDD0.01uF暫穩態持續時間（脈寬TW）的計算應用舉例：觸摸定時控制開關

555定時器構成單穩態觸發器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在觸發輸入端（管腳2）加入一個負脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發光。當暫穩態時間（tW）結束時，555輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數調節。當沒有觸發信號時，ui為低電平。因為門G2的輸入端經電阻R接至VDD，VA為高電平，因此uo2為低電平；門G1的兩個輸入均為0，其輸出uo1為高電平，電容C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩態，在觸發信號到來之前，電路一直處于這個狀態：uo1＝1，uo2＝0。0011（1）沒有觸發信號時,電路工作在穩態7.3.2由門電路構成的單穩態觸發器110（2）外加觸發信號使電路由穩態翻轉到暫穩態當正觸發脈沖ui到來時，門G1輸出uo1由1變為0。由于電容電壓不能躍變，uA也隨之跳變到低電平，使門G2的輸出uO2變為1。這個高電平反饋到門G1的輸入端，此時即使ui的觸發信號撤除，仍能維持門G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態是不能長久保持的，所以稱為暫穩態。暫穩態時，uo1＝0，uo2＝1。00011（3）電容充電使電路由暫穩態自動返回到穩態在暫穩態期間，VDD經R和G1的導通工作管對C充電，隨著充電的進行，C上的電荷逐漸增多，使uA升高。當uA上升到閾值電壓UT時，G2的輸出uo2由1變為0。由于這時G1輸入觸發信號已經過去，G1的輸出狀態只由uo2決定，所以G1又返回到穩定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變，加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩態而進入穩態，此時uo1＝1，uo2＝0。脈沖寬度：tp=0.7RC1010電路的改進當ui的寬度很寬時，可在單穩態觸發器的輸入端加一個RC微分電路，否則，在電路由暫穩態返回到穩態時，由于門G1被ui封住了，無正反饋過程，會使uo2的下降沿變緩。

ui負跳變到0時，G1截止，uo1隨之跳變到1。由于電容電壓不能躍變，uA仍為0，故門G2截止，uo2跳變到1。在G1、G2截止時，C通過R和G1的導通管放電，使uA逐漸上升。當uA上升到管子的開啟電壓UT時，如果ui仍為低電平，G2導通，uo2變為0。當ui回到高電平后，G1導通，C又通過R和G1的導通管充電，電路恢復到穩定狀態。穩態時，ui＝1，G1、G2均導通。uo1＝0，uA＝0，uo2＝0。7.3.3單穩態觸發器的應用延遲與定時整形電機轉速的測定tp＝1S計數7.4多諧振蕩器7.4.2由門電路構成的多諧振蕩器7.4.1由555定時器構成的多諧振蕩器7.4.3多諧振蕩器的應用7.4.1由555定時器構成的多諧振蕩器能產生矩形脈沖的自激振蕩電路叫做多諧振蕩器。+VCC0.01uF假設電容的初始電壓為零。則C1輸出0電平，C2輸出1電平，輸出端uo=Q=1。此時，Q=0，三極管T截止，電源VCC通過R1、R2向電容C充電。7.4.1由555定時器構成的多諧振蕩器

VCC經R1和R2對C充電。當uc上升到2VCC/3時，uo=0，T導通，C通過R2和T放電，uc下降。+VCC0.01uF7.4.1由555定時器構成的多諧振蕩器

C通過R2和T放電，uc下降。當uc下降到VCC/3時，uo又由0變為1，T截止，VCC又經R1和R2對C充電。如此重復上述過程，在輸出端uo產生了連續的矩形脈沖。+VCC0.01uF脈沖寬度的計算脈沖寬度的計算占空比可調的多諧振蕩器電路

利用半導體二極管的單向導電特性，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可構成占空比可調的多諧振蕩器。可計算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C

占空比：7.4.2由門電路構成的多諧振蕩器1、RC環形多諧振蕩器在t1時刻，ui1（uo）由0變為1，于是uo1（ui2）由1變為0，uo2由0變為1。由于電容電壓不能躍變，故ui3必定跟隨ui2發生負跳變。這個低電平保持uo為1，以維持已進入的這個暫穩態。在這個暫穩態期間，uo2（高電平）通過電阻R對電容C充電，使ui3逐漸上升。在t2時刻，ui3上升到門電路的閾值電壓UT，使uo（ui1）由1變為0，uo1（ui2）由0變為1，uo2由1變為0。同樣由于電容電壓不能躍變，故ui3跟隨ui2發生正跳變。這個高電平保持uo為0。至此，第一個暫穩態結束，電路進入第二個暫穩態。第一暫穩態及其自動翻轉的工作過程第二暫穩態及其自動翻轉的工作過程在t2時刻，uo2變為低電平，電容C開始通過電阻R放電。隨著放電的進行，ui3逐漸下降。在t3時刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0變為1，第二個暫穩態結束，電路返回到第一個暫穩態，又開始重復前面的過程。2、CMOS多諧振蕩器在t1時刻，uo由0變為1，由于電容電壓不能躍變，故ui1必定跟隨uo發生正跳變，于是ui2（uo1）由1變為0。低電平保持uo為1，以維持已進入的這個暫態。在這個暫態期間，電容C通過電阻R放電，使ui1逐漸下降。在t2時刻，ui1上升到門電路的開啟電壓UT，使uo1（ui2）由0變為1，uo由1變為0。同樣由于電容電壓不能躍變，故ui1跟隨uo發生負跳變，于是ui2（uo1）由0變為1。這個高電平保持uo為0。至此，電路進入第二個暫態。第一暫態及其自動翻轉的工作過程第二暫穩態及其自動翻轉的工作過程在t2時刻，uo1變為高電平，這個高電平通過電阻R對電容C充電。隨著放電的進行，ui1逐漸上升。在t3時刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0變為1，第二個暫穩態結束，電路返回到第一個暫穩態，又開始重復前面的過程。3、石英晶體多諧振蕩器電阻R1、R2的作用是保證兩個反相器在靜態時都能工作在線性放大區。對TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7kΩ～2kΩ，而對于CMOS門，則常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C是耦合電容，容抗在石英晶體諧振頻率f0時可以忽略不計；石英晶體構成選頻環節。振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率f0。3、石英晶體多諧振蕩器CMOS石英晶體多諧振蕩器產生f=32768Hz的基準信號，經T/