第八章 脉冲波形的产生与整形主要内容
★ 555定时器的工作原理、逻辑功能及由 555构成的脉冲电路。
★由 门电路 构成的脉冲电路。
数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。
最常用的脉冲信号是方波 (矩形波 )。
如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。
脉冲电路分类：
脉冲电路作用,脉冲波形的产生和整形。
脉冲电路 构成,开关电路 + RC电路破坏电路的稳态，产生暂态。
控制暂稳态时间的变化规律。
脉冲电路与数字电路的比较：
单稳态电路（单稳态触发器）
多谐振荡（无稳态）电路施密特电路（施密特触发器）
★ 数字信号的波形也是一种脉冲电路
★ 脉冲电路侧重 波形,数字电路侧重 逻辑关系。
电容充放电知识复习：
(1) 电容两端的电压不能突变,Vc（ 0＋ ）＝ Vc（ 0－ ）,
电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与
τ ＝ RC有关,工程上取 3τ ；
（ 2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；
充放电结束，电路处于稳态,C支路电流为 0，阻抗很大，
相当开路；
（ 3）简单 RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；
（ 4）在简单 RC电路中
)( tvC ＋= )(vC - )(vC )0(vC +［ ］ e τ
t
)()(
)0()(ln
tvv
vvτt
CC
CC
-
- = +
或
§ 1 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
单定时器 双极型 —— 最后 3位数 555单极型 —— 最后 4位数 7555
双定时器 双极型 —— 最后 3位数 556
单极型 —— 最后 4位数 7556
型号：
一,555定时器的电路结构和基本功能
555定时器的内部电路包括以下几部分,
① 两个电压比较器,C1,C2 ;
② 一个基本 RS 触发器 ;
③ 一个晶体管 T；
④ 由三个相等电阻组成的分压器 ;
⑤ 一个反相器 等 。
1.电路结构低 电平触发端高 电平触发端电压控制端复位端低 电平有效放电端
4.5～ 18V
输出端地
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
电源电压范围,
4.5V ~ 18V
555定时器的管脚图
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Vo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位
2.基本功能
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
Vcc32
Vcc31
三个电阻构成的分压器给两个比较器提供 基准电压,
分别为 和 。
Vcc32 Vcc31
0
0
1
导通,01时0 T,V o ＝＝Q,＝R ①
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
b
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
vo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＞ 2/3VCC
＞ 1/3 VCC
0
0
01
1
导通,01时0 T,V o ＝＝Q,＝RD ①
。、＝、、＝、
，②
导通,001101
时
3
1,
3
21
T Vo ＝Q＝Q
,＝RD
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
vo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＜ 2VCC/3
＞ VCC/3
1
1
0
1
0
b
状态不变。不变不变、、＝、
，③
T VoQQ
,＝RD
,;111
时
3
1,
3
21
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
uo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＜ 2VCC/3
<VCC/3
1
0 11
0
b
状态不变。不变不变、、＝、
，③
T VoQQ
,＝RD
,;111
时
3
1,
3
21
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
截止。、、＝、
，④
T 0 C2C
VVVV CCTRCCTH
VoQQ
,＝RD
,1;1011
时
3
1,
3
21
====
×
2VCC / 3 VCC / 3大于小于 保持 保持1
大于 2VCC / 3 VCC / 3大于1 0 导通
0 0 导通
2VCC / 3 VCC / 3小于小于1 1 截止阈值端 触发端
TH TRRD
晶体管
Tvo
综合以上的分析结果,便可得到
555的功能表,
555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等。下面举例说明：
二,555定时器的基本应用
⒈ 单稳态触发器单稳态触发器的特点
① 电路有一个稳态和一个暂稳态。
② 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，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。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么 会自动返回?需 多少时间?
图示暂稳态：
R
C
⑴ 单稳态触发器电路：
外接
RC
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
vI
T b
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T截止时，
对 C充电
T导通时，
C放电
⑵ 工作原理：
可以在 5脚外接控制电压，
以改变放电阀值。
VTH
VC bT
VC>2/3VCC时，
Vo＝ 0,T导通,C放电。
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
① 稳态 （ VI＝ 1,Vo =0）
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
接通 VCC后,C充电，当 vc上升到 2VCC/3时,
→ 比较器 C1=0，将触发器置 0，
→ Vo＝ 0。
→ T导通,C放电,vc ≈0
→ 电路进入稳态。
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
② 外触发,Vi
Vi＜ 1/3 VCC，
→ 比较器 C2＝ 0，触发器置 1，
→ Vo＝ 1
→ T截止,C充电
→ 电路进入暂稳态。
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
T截止,C充电，当 vc上升到
2/3 VCC时,
→ 比较器 C1=0，触发器置 0，
→ Vo＝ 0
→ T导通,C放电,vc ≈0 电路
→ 电路返回稳态。
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
③ 自动返回 （ VI＝ 1）,
由以上过程可以看出,每来一次负脉冲,vo 便输出一个正脉冲,其宽度 tW
由 R C 决定 。
vI
vO
VCC
R
Cv
C
0.01uF1
2
3
48
7
6
5
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
0
vo
t
t
tW
⑶ 输出脉冲宽度 tw
tw是 Vc从 0指数上升到 2VCC/3时所需的时间注意,tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。
tw 的范围为几秒到几分钟。
2/3VCC
t
v
i
0
0
vC
0
v
o
t
t
tW
0)0( =+cv CCc Vv =? )(
CCc Vtv 3
2)( =
tw
CCCC
CC
CC
CC
VV
V
RC
tVV
VV
RC
3
2
0
ln
)()(
)0()(
ln
-
-
=
-?
-?
=
+
＝ 1.1RC
2/3Vcc
vC
vI(S)
vO
在充电过程中 vI 0←→1 变化,C1=1,C2=0/1,Q保持为 1，电路状态不变（ T截止,C保持充电状态）。
多次触发时的情况：
故该电路为 不可重复触发 型单稳态触发器：
① 电路图：
⑷ 可重复触发的单稳态触发器
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
⑷ 可重复触发的单稳态触发器（续）
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
② 工作过程
b.触发时,
a.稳态时,
VI=1,T1截止,
电路状态同普通单稳。
VI=0，电路触发翻转,Vo＝ 1
VI=0期间,T1导通,电容不能充电。
VI=1后,T1截止,电容开始充电。
⑷ 可重复触发的单稳态触发器（续）
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
② 工作过程（续）
c.重复触发时,当 Vc<2/3VCC (电路仍处暂态 )时，若 VI又进行触发 (VI=0),则 C通过 T1放电,电路将维持在暂态,直到在 tW 时间内没有新的触发,电路回到稳态。
a.稳态时,
b.触发时,
vI
③ 可重复触发的单稳态触发器的波形图：
vC
vO
VTH
VCC
Vcc32
失落脉冲检测仪触发过程：
c,VI=1→ 电容开始充电
e.重复触发：
电容充电过程中 VI=0,
电容放电,VI=1后，再次充电 →→ 实现可重复触发 。
a,VI=1,稳态 → VO=0
tW tW
b,VI=0,触发 → VO=1
→ 进入暂态
d,VC>2/3Vcc → Q=0,
→ VO=0,恢复稳态，
→ T导通,电容放电
⑸ 单稳态触发器的应用一般用于定时 （产生一定宽度的矩形波）
整形 （把不规则的波形转换成宽度、
幅度都相等的波形）
延时 （把输入信号延迟一定时间后输出）
u
o
&
u
i
u
A
u '
o
( a ) 电路示意图 ( b ) 波形图单稳态触发器
u
o
u '
o
u
i
u
A
t
p
u i
u o t p
1)定时、延时
2)整形
⒉ 555定时器做多谐振荡器多谐振荡器的特点：
（ 1）不需外触发的自激振荡器；
（ 2）无稳定状态，均为暂稳态；
（ 3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。
外接 R1,R2,C
⑴ 电路：
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
Rb
Q
Q
C1
C2
T
R1
C
R2
vO
VCC
R1
Cv
C
0.01uF
12
3
48
7
6
5
R2
① Vcc通过 R1,R2向 C充电,在
VC 没有充电到 2VCC/3 之前,Vo 保持 1 不变。
② 当 VC＝ 2VCC /3时
→ Vo由 1翻转为 0 。
→ T 导通
→ 电容 C 经 R2,T放电。
vC
0 t
0 t
vo
VCC /3
2VCC /3
t1 t2 t3③ 当 Vc降至 VCC /3时，使得
→ Vo回到 1
→T 截止
→ 电容 C 再充电,进入循环,..
⑵ 原理
VCC/3
2VCC/3
所需的时间：
3/1 VCC
3/2ln
2
VCRt CC
w2 = ≈ 0.7R2C
第一个暂稳态的脉冲宽度 tw1,Vc从 VCC/3充电上升到 2VCC/3所需的时间：
第二个暂稳态的脉冲宽度 tw2,Vc从 2VCC/3放电下降到 VCC/3
3/2
3/1ln)(
21 VV
VVCRRt
CCCC
CCCC
w1 -
-+= ≈ 0.7(R +R )C
21
vO
tW2 tW1
vc
占 空 比,q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)
频 率,f＝ ≈ 1.43/1T R1＋ 2R2)C(
振荡周期,T＝ tw1＋ tw2≈ 0.7(R1＋ 2R2)C
电路特点,充放电电路分开充电路径,tw1=RACln2
放电路径,tw2=RBCln2
占空比：
q=tw1/(tw1+tw2) =RA / (RA+RB)
通过调节 R2来调节占空比
vO
VCCR
1
C
0.01uF
12
3
487
6
5
R2
R3
RA
RB
⑶ 占空比可调 多谐振荡器,
⒊ 555定时器做施密特触发器施密特触发器 的特点：
（ 1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；
（ 2）电平触发 —— 电压达到某个值时电路状态翻转；
（ 3）具有滞后电压传输特性 —— 回差特性
（两次翻转输入电平不同）；
⑴ 电路,2,6端连在一起作为信号输入端
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
vI
Vcc1 vo1
VI<1/3VCC时,C1输出高电平,C2输出低电平,VO=1
VI>2/3VCC时,C1输出低电平,C2输出高电平,VO=0
构成集电极开路型输出端。
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
⑵ 工作原理：
（ a）当 Vi ＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
。 升高时，在未到达 2Vcc/3以前,的状态不会改变。VO ＝ 1 Vi VO ＝ 1
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
（ b） vi 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0,C2 输出为 1，触发器置 0，即
Q＝ 0,1=Q,vo=0。此后,vi 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达 VCC/3
以前,vo＝ 0 的状态不会改变。
（ a）当 vi＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
vo＝ 1。 vi 升高时，在未到达 2VCC/3 以前,vo＝ 1 的状态不会改变。
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
（ c） vi 下降到 V CC/3 时，比较器 C1 输出为 1,C2 输出为 0，触发器置 1，
即 Q＝ 1,0=Q,vo=1。此后,vi 继续下降到 0，但 vo＝ 1 的状态 不会改变。
（ b） vi 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0,C2 输出为 1，触发器置 0，即
Q＝ 0,1=Q,vo=0。此后,vi 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达 VCC/3
以前,vo＝ 0 的状态不会改变。
（ a）当 vi＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
vo＝ 1。 vi 升高时，在未到达 2VCC/3 以前,vo＝ 1 的状态不会改变。
下限阈值电压
vovi
(b)逻辑符号(a)传输特性
VT － V T+
上限阈值电压回差电压 （ 滞后电压 ）,VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCC
ΔVT＝ VT＋ － VT－ =1/3VCC
vI
vO
② 在 7脚外接一电阻，并与 VCC1 相连，
vO=1时,vO1=0; vO=0时,vO1=VCC1，
可以实现电平移动。
① 在 5脚上加控制电压 VCO可以改变 VT+,VT-,
以调节回差电压的大小
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差说明：
⑶ 施密特触发器的应用：
① 波形变换 —— 三角波、正弦波变换成方波
vI
t
vO
t
VT+
VT-
VT+
VT-
vI
t
vO
t
正弦波 → 方波 三角波 → 方波调节 VT+,VT-可以改变宽度
② 波形整形 —— 消除噪声干扰
vI
t
vO
t
VT+
VT-
vI
t
vO
t
VT+
VT-
回差电压比较小 回差电压比较大
③ 幅度鉴别
vI
t
vO
t
VT+
VT-
可以调节 VT+作为鉴别门限
④ 构成多谐振荡器
1v
I vO
§ 2 集成门构成的脉冲电路一,单稳态触发器
RC不同接法微分型 √
积分型（没有正反馈，波形不好）
1,微分型单稳态触发器
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
由 与非门 和 RC 微分电路 构成，二个与非门首尾相接交叉耦合,RC 为定时元件。
窄脉冲触发 R<R
off
(1)电路构成,
vo1
vo2
R
C
＆ ＆v
i vR
(a)稳态
vI=1,无触发，
电路处于稳态，
vO1=0,vO2=1
vC≈0
=1
=0 =1
=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
（ 2）工作原理：
R<Roff
vI
vO1
vR
vO2
(b) 外加触发信号
vI=0
vO1=1,电容电压不能突变
vR=1?vO2=0
进入 暂稳态
vO2=0?vO1=1?vO2=0
形成正反馈，自锁,vI即使为 1也不影响
=0
=1
=1
=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
(c) 自动返回
=1
电容 C按指数上充电，
vR按指数逐渐降低；
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
VTH
当 vR 下降到达门电路 阈值电压（ 1.4V） 时，电路状态将发生翻 转
vI即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出仍能维持。
vR下降，电路状态改变
vR下降?vO2=1?vO1=0
电容电压不能突变 vC=VTH?
vR下降△ V
vI
vO1
vR
vO2
VTH
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
(d) 恢复稳态电容放电,vC恢复电路恢复到稳态
vI=1
vO1=0
vO2=1
vR=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
VTH
G1的输出电阻
vR
vO2
tW
VTH
7.0
0ln
-=
tW=0.7（ R＋ R 0） C
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vRvO1
R
R0
0
（ R＋ R0） CtW = )())(ln tvv
R
R
-(vR
- )0(vR +
（ R＋ R0） C
- RR＋ R
0
VOH
(3) 输出脉冲宽度 tW
VTH
（ R＋ R0） C
取 VOH＝ 3.6V
R=330 Ω
R 0=100Ω
tre
)()(
)0()(ln
tvv
vvRCt
RR
RR
-?
-?= +
一般认为经过（ 3~5)RC时间，
电容已经放电完毕即最大工作频率：
reW
M A X ttTf +==
11
vO2
(4)恢复时间 tre
tre=(3~5)RC
（ 1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端另加微分电路说明,
（ 2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；
电路中有正反馈，所以输出的边沿比较好。
vdvi
(Rd＞ Ron)
Cd
Rd
vo1
vo2
R
C
＆ ＆
(Vi’) vR
(R<Roff)
不被再次触发
tW tW tWtW
被再次触发
2,集成单稳态触发器：
分类可重复触发不可重复触发电路进入暂稳态 (被触发状态 )中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持 tW。
74121(单 )
74221(双 )
74122(单 )
74123(双 )
B=1时
A:1→0
→
QNC
A1A
2B
Q
GND
VCC
NCNC
NC
Rext/Cext
CextR
int
A1,A2,B触发输入
Q,Q 输出
Rext/Cext,Cext,Rint
外接电阻 /电容 /内接电阻引脚
0X
X0
1
11
11
10X11
100XX
1010X
101X0
QQBA2A1(1)功能表
A有 0时
B:0→1
(2)电路
(3)原理
① 稳态
01:
031
01:
=?=
=?=?=?=?
==
G7V
ZZG5ZGG4
R又假设 Q Q
回到稳态
G5G6
10
17
==?
=+=?
Q,Q
G
稳态信号,Z＝ 0,VR＝ 1,G3＝ 1
10 == Q Q
(3)原理 (续 1)
进入暂态时当外触发信号使
01
:
==?==?
=
Q Q G6 G5
Z
② 触发翻转
1 1 0 1
0
(3)原理 (续 2)
0G50G31G4 =?=?=?= 0Q
③ 延时返回翻转后,
至此使 G5完成了一个窄脉冲输出（ 6级门延时）。
0G7G6 =?=?= VVCV c c R 4.10 充电，当向回到稳态?
=
=?=?
=
= 1G6
0G5
0G7
1
0
Q
Q
1 1 0 1
0
1
0
→0
0
→ 1
→ 0
→ 1
(4)触发方式为使 Z＝ 可为：
① B＝ 1时,A1A2＝ 11变为有 0
② A1A2有 0时,B由 0变 1。
Vcc
A1
A2
B
Z
(5)定时参数
R：内接＝ 2KΩ
外接＝ 1.4～ 40KΩ
C：外接＝ 10Pf～ 10μf
tW＝ 0.7RC
外接电容接在 10,11引脚 (Cext,Rext/Cext)之间，
如果 C有极性，正极接 10脚 (Cext)
如 果使用外部电阻 (1.4～ 40k)，电阻两端分别接
11,14脚 (Rext,VCC)
(6)元件连接,
如果使用内部电阻 (2k)，把 9引脚 (Rint)接 VCC。
(7)应用,
整形、定时、延时。
0X
X0
11
QQBA2A1
外接电阻 内部电阻二、多谐振荡器一种自激振荡电路，无需外界触发即可产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。没有稳定状态 —— 无稳态电路。
方波含有很多高次谐波分量，称为多谐振荡器。
方波输出 —— 由数字逻辑器件 (逻辑门电路）完成；
一定频率 —— 由延时电路 (RC充放电回路）完成；
自动进入振荡状态 —— 由反馈回路完成。
1,CMOS自激多谐振荡器
(1)电路构成
vO2
G1 G2v
O1
R
C
1 1
① 由 2个 CMOS反相器和外接
RC组成。
② CMOS反相器内置保护二极管。
VDD+ΔV+
ΔV+
VC可变范围
(2)工作原理
(仅分析稳定工作时的状态）
设,反相器翻转门坎电平为
VTH＝ 1/2VDD
① 设 Vo1=1,Vo2=0:暂态 Ⅰ
VDD→V1 →R →C →V4 向 C充电。
当 VC上升使 VC＝ VTH 电路翻转,Vo1→,Vo2↑ 。
② Vo1=0,Vo2=1:暂态 Ⅱ
VDD→V3 → C → R →V2 向 C反向充电。
当 VC下降使 VC＝ VTH 电路翻转,Vo1↑,Vo2→ → 电路回到暂态 Ⅰ 。
(3)工作波形
① t=0时刻接通电源,C未充电；
VC=0,VO1=VDD,VO2=0;
第一暂稳态 ;
VDD
VTH
VC
vO1
vO2
VDD
VDD
② VO1高电平,VO2低电平，通过 R向 C充电,VC电压逐渐升高,
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VDD+VTH
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
③ 当 VC上升至 VTH时,
门电路 G1发生状态翻转，
→ VO1=0,VO2=VDD
电容两端电压不能突变
→ VC=VTH 突变成 VC=VDD+VTH
VC应该上升到 1.5VDD，但是由于保护二极管的作用,VC不能上升那么高，仅到达 VDD+ΔV +
VDD+ΔV+
(3)工作波形 (续 1)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VDD+ΔV+
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
④ VO1=0,VO2=VDD,
电容通过 R放电并反向充电
VC电压逐渐下降。
第二暂稳态 ;
(3)工作波形 (续 2)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
⑤ 当 VC下降到 VTH,
门电路 G1再次发生状态变化
→ VO1=VDD,VO2=0
此时 VC =VDD-VTH,电容电压不能突变
→ VC =VTH-VDD
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
VC应该下降到 -1/2VDD,由于保护二极管的作用,VC只能下降到 -ΔV -
-ΔV-
-1/2VTH
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
(3)工作波形 (续 3)
⑥ VC =-ΔV -
VO1=VDD
VO2=0,回到第一暂稳态，
电路继续持续翻转、振荡。
VDD
VTH
vc
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
(3)工作波形 (续 4)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
(4)振荡频率计算,
VDD
VTH
vC
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
RC电路的瞬态响应：
e RC tcccc VVVtV -+?-+?= )()0()()(
)()(
)0()(ln
tvv
vvRCt
cc
cc
-?
-?= +
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VO1
VC
R
C
T1,t1为时间起点 0+；
T2,t2为时间起点 0+ ；
计算 T1：
VC(0+)=-ΔV -
VC(T1)=VTH
VC(∞)=V DD
VDD
VTH
vC
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
THDD
DD
THDD
DD
cc
cc
VV
VV
RC
VV
VV
RC
Tvv
vv
RCT
-
+
=
-
--
=
-?
-?
=
-
-
+
ln
)(
ln
)()(
)0()(
ln
1
1
=VDD
vO2=0
VO1
VC
R
C
(4)振荡频率计算 (续 1),
计算 T2：
VC(∞)=0
VC(T2)=VTH
VC(0+)=VDD+ΔV +
VDD
VTH
vI
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
vO1=0
vO2=VDDv
I
R
C
TH
DD
TH
DD
cc
cc
V
VV
RC
V
VV
RC
Tvv
vv
RCT
+
+
+
=
-
+-
=
-?
-?
=
+
ln
0
)(0
ln
)()(
)0()(
ln
2
2
(4)振荡频率计算 (续 2),
+
-
+
=
+
+
-
+
=
+=
+-
+-
TH
DD
THDD
DD
TH
DD
THDD
DD
V
VV
VV
VV
RC
V
VV
RC
VV
VV
RC
TTT
ln
lnln
21
ΔV +,ΔV -的值为保护二极管的正向导通电压,大约为 0.7V,
相对于 VDD可以忽略不计,对 CMOS门电路,VTH=1/2VDD
RCRC
V
V
RC
V
V
VV
V
RCT
TH
DD
TH
DD
THDD
DD
4.14lnln
ln
2
=
=
-
=
(4)振荡频率计算 (续 3),
2.石英晶体多谐振荡器石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号,
为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体,组成 石英晶体振荡器
f
石英晶体阻抗频率特性
0
X
fs电容性电感性
fp
(1)石英晶体 阻抗频率特性在固有频率 fs上,
阻抗 X=0。
内部电路
(2)石英晶体 振荡器石英晶体振荡频率等于石英晶体的谐振频率 fs
1 1
R1 R2
C2
C1 vo
TTL门
R1,R2,0.7～ 2KΩ
C,0.1μF
1
R
C2C1
vo1
CMOS门
R,10～ 100MΩ
C,30Pf
常见的外接振荡电路三,施密特触发器
1.两级 CMOS反向器构成的施密特触发器
⑴ 电路
⑵ 原理 1R1 V
O1
R2
Vi
Vo1
G1 G2Vi
’
Vi＝ 0 → Vo1 ＝ 1→ VO ＝ 0
① Vi由 0上升
Vi↑ → Vi’ ↑ → Vth 引起正反馈 Vi’ ↑ → Vo1 → → Vo ↑
结果,Vo1 ＝ 0,VO ＝ 1
21
2'
RR
RVVV
ithi +== +=+=? Tthi VVR
RV )
2
11(
Vi’ 由 Vi单独作用：
1R1 VO1
R2
Vi
Vo1
G1 G2Vi
’
Vi→ → Vi’ → → Vth 引起正反馈
Vi’ → → Vo1 ↑ → Vo → 结果,V
o1 ＝ 1,VO ＝ 0
thiiiHO VVVRR
RVV ==+
+- '21
1)(
-=-+=? TOHthi VVR
RV
R
RV
2
1)
2
11(
⑵ 原理（续 1）
② Vi由最大值下降
Vi’ 由 Vi和 VO 共同作用：
DDDDOH VV t hVV 2
1,== 取
thT VR
RV )
2
11( -=?
-
⑵ 原理（续 2）
③ 回差
thT VR
RV )
2
11( -=
- thT VR
RV )
2
11( +=
+
thTTT VR
RVVV
2
12=-=?
-+
Vi
Vo
VT－ VT＋
2.集成施密特触发器（ 74LS14）
⑴ 电路
⑵ 原理由输入级、滞后特性形成级、倒相放大级、
推拉输出级,4级电路组成。（ 书 P229）
自学（核心器件,V1,V2,R2,R3,R4）。
⑶ 特性曲线
Vi
Vo
VT－ VT＋
⑷ 符号
3,施密特触发器的应用
⑴ 波形整形
⑵ 鉴幅
⑶ 波形变换本章要求
⒈ 熟练掌握 555定时器的基本功能和三种基本应用。
⒉ 熟练掌握脉冲电路有关参数的计算和波形的绘制。
⒊ 掌握三种脉冲电路的主要应用。
⒋ 掌握集成单稳、集成施密特触发器的主要特点和基本结构。
作业,8.3
8.4
8.8
8.10
8.11
思考,
★ 555定时器的工作原理、逻辑功能及由 555构成的脉冲电路。
★由 门电路 构成的脉冲电路。
数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。
最常用的脉冲信号是方波 (矩形波 )。
如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。
脉冲电路分类：
脉冲电路作用,脉冲波形的产生和整形。
脉冲电路 构成,开关电路 + RC电路破坏电路的稳态，产生暂态。
控制暂稳态时间的变化规律。
脉冲电路与数字电路的比较：
单稳态电路（单稳态触发器）
多谐振荡（无稳态）电路施密特电路（施密特触发器）
★ 数字信号的波形也是一种脉冲电路
★ 脉冲电路侧重 波形,数字电路侧重 逻辑关系。
电容充放电知识复习：
(1) 电容两端的电压不能突变,Vc（ 0＋ ）＝ Vc（ 0－ ）,
电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与
τ ＝ RC有关,工程上取 3τ ；
（ 2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；
充放电结束，电路处于稳态,C支路电流为 0，阻抗很大，
相当开路；
（ 3）简单 RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；
（ 4）在简单 RC电路中
)( tvC ＋= )(vC - )(vC )0(vC +［ ］ e τ
t
)()(
)0()(ln
tvv
vvτt
CC
CC
-
- = +
或
§ 1 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
单定时器 双极型 —— 最后 3位数 555单极型 —— 最后 4位数 7555
双定时器 双极型 —— 最后 3位数 556
单极型 —— 最后 4位数 7556
型号：
一,555定时器的电路结构和基本功能
555定时器的内部电路包括以下几部分,
① 两个电压比较器,C1,C2 ;
② 一个基本 RS 触发器 ;
③ 一个晶体管 T；
④ 由三个相等电阻组成的分压器 ;
⑤ 一个反相器 等 。
1.电路结构低 电平触发端高 电平触发端电压控制端复位端低 电平有效放电端
4.5～ 18V
输出端地
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
电源电压范围,
4.5V ~ 18V
555定时器的管脚图
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Vo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位
2.基本功能
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
Vcc32
Vcc31
三个电阻构成的分压器给两个比较器提供 基准电压,
分别为 和 。
Vcc32 Vcc31
0
0
1
导通,01时0 T,V o ＝＝Q,＝R ①
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
Rb
TH
CO
TR
D
Q
Q
+Vcc RD
C1
C2
T
b
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
vo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＞ 2/3VCC
＞ 1/3 VCC
0
0
01
1
导通,01时0 T,V o ＝＝Q,＝RD ①
。、＝、、＝、
，②
导通,001101
时
3
1,
3
21
T Vo ＝Q＝Q
,＝RD
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
vo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＜ 2VCC/3
＞ VCC/3
1
1
0
1
0
b
状态不变。不变不变、、＝、
，③
T VoQQ
,＝RD
,;111
时
3
1,
3
21
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
TH
CO
TR
D
+Vcc RD
uo
+
+-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ 1
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
＜ 2VCC/3
<VCC/3
1
0 11
0
b
状态不变。不变不变、、＝、
，③
T VoQQ
,＝RD
,;111
时
3
1,
3
21
C2C
VVVV CCTRCCTH
=
截止。、、＝、
，④
T 0 C2C
VVVV CCTRCCTH
VoQQ
,＝RD
,1;1011
时
3
1,
3
21
====
×
2VCC / 3 VCC / 3大于小于 保持 保持1
大于 2VCC / 3 VCC / 3大于1 0 导通
0 0 导通
2VCC / 3 VCC / 3小于小于1 1 截止阈值端 触发端
TH TRRD
晶体管
Tvo
综合以上的分析结果,便可得到
555的功能表,
555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等。下面举例说明：
二,555定时器的基本应用
⒈ 单稳态触发器单稳态触发器的特点
① 电路有一个稳态和一个暂稳态。
② 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，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。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么 会自动返回?需 多少时间?
图示暂稳态：
R
C
⑴ 单稳态触发器电路：
外接
RC
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
vI
T b
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T截止时，
对 C充电
T导通时，
C放电
⑵ 工作原理：
可以在 5脚外接控制电压，
以改变放电阀值。
VTH
VC bT
VC>2/3VCC时，
Vo＝ 0,T导通,C放电。
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
① 稳态 （ VI＝ 1,Vo =0）
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
接通 VCC后,C充电，当 vc上升到 2VCC/3时,
→ 比较器 C1=0，将触发器置 0，
→ Vo＝ 0。
→ T导通,C放电,vc ≈0
→ 电路进入稳态。
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
② 外触发,Vi
Vi＜ 1/3 VCC，
→ 比较器 C2＝ 0，触发器置 1，
→ Vo＝ 1
→ T截止,C充电
→ 电路进入暂稳态。
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
T截止,C充电，当 vc上升到
2/3 VCC时,
→ 比较器 C1=0，触发器置 0，
→ Vo＝ 0
→ T导通,C放电,vc ≈0 电路
→ 电路返回稳态。
vI
vO
VCC
R
C vC 0.01uF12
3
48
7
6
5
V6=VTH V2=VTR Vo T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 保持
<2/3 VCC <1/3 VCC 1 截止
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
t
0
vo
t
③ 自动返回 （ VI＝ 1）,
由以上过程可以看出,每来一次负脉冲,vo 便输出一个正脉冲,其宽度 tW
由 R C 决定 。
vI
vO
VCC
R
Cv
C
0.01uF1
2
3
48
7
6
5
2/3VCC
t
vi
0
0
vC
0
vo
t
t
tW
⑶ 输出脉冲宽度 tw
tw是 Vc从 0指数上升到 2VCC/3时所需的时间注意,tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。
tw 的范围为几秒到几分钟。
2/3VCC
t
v
i
0
0
vC
0
v
o
t
t
tW
0)0( =+cv CCc Vv =? )(
CCc Vtv 3
2)( =
tw
CCCC
CC
CC
CC
VV
V
RC
tVV
VV
RC
3
2
0
ln
)()(
)0()(
ln
-
-
=
-?
-?
=
+
＝ 1.1RC
2/3Vcc
vC
vI(S)
vO
在充电过程中 vI 0←→1 变化,C1=1,C2=0/1,Q保持为 1，电路状态不变（ T截止,C保持充电状态）。
多次触发时的情况：
故该电路为 不可重复触发 型单稳态触发器：
① 电路图：
⑷ 可重复触发的单稳态触发器
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
⑷ 可重复触发的单稳态触发器（续）
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
② 工作过程
b.触发时,
a.稳态时,
VI=1,T1截止,
电路状态同普通单稳。
VI=0，电路触发翻转,Vo＝ 1
VI=0期间,T1导通,电容不能充电。
VI=1后,T1截止,电容开始充电。
⑷ 可重复触发的单稳态触发器（续）
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
R
C
vI
T b
T1
② 工作过程（续）
c.重复触发时,当 Vc<2/3VCC (电路仍处暂态 )时，若 VI又进行触发 (VI=0),则 C通过 T1放电,电路将维持在暂态,直到在 tW 时间内没有新的触发,电路回到稳态。
a.稳态时,
b.触发时,
vI
③ 可重复触发的单稳态触发器的波形图：
vC
vO
VTH
VCC
Vcc32
失落脉冲检测仪触发过程：
c,VI=1→ 电容开始充电
e.重复触发：
电容充电过程中 VI=0,
电容放电,VI=1后，再次充电 →→ 实现可重复触发 。
a,VI=1,稳态 → VO=0
tW tW
b,VI=0,触发 → VO=1
→ 进入暂态
d,VC>2/3Vcc → Q=0,
→ VO=0,恢复稳态，
→ T导通,电容放电
⑸ 单稳态触发器的应用一般用于定时 （产生一定宽度的矩形波）
整形 （把不规则的波形转换成宽度、
幅度都相等的波形）
延时 （把输入信号延迟一定时间后输出）
u
o
&
u
i
u
A
u '
o
( a ) 电路示意图 ( b ) 波形图单稳态触发器
u
o
u '
o
u
i
u
A
t
p
u i
u o t p
1)定时、延时
2)整形
⒉ 555定时器做多谐振荡器多谐振荡器的特点：
（ 1）不需外触发的自激振荡器；
（ 2）无稳定状态，均为暂稳态；
（ 3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。
外接 R1,R2,C
⑴ 电路：
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
Rb
Q
Q
C1
C2
T
R1
C
R2
vO
VCC
R1
Cv
C
0.01uF
12
3
48
7
6
5
R2
① Vcc通过 R1,R2向 C充电,在
VC 没有充电到 2VCC/3 之前,Vo 保持 1 不变。
② 当 VC＝ 2VCC /3时
→ Vo由 1翻转为 0 。
→ T 导通
→ 电容 C 经 R2,T放电。
vC
0 t
0 t
vo
VCC /3
2VCC /3
t1 t2 t3③ 当 Vc降至 VCC /3时，使得
→ Vo回到 1
→T 截止
→ 电容 C 再充电,进入循环,..
⑵ 原理
VCC/3
2VCC/3
所需的时间：
3/1 VCC
3/2ln
2
VCRt CC
w2 = ≈ 0.7R2C
第一个暂稳态的脉冲宽度 tw1,Vc从 VCC/3充电上升到 2VCC/3所需的时间：
第二个暂稳态的脉冲宽度 tw2,Vc从 2VCC/3放电下降到 VCC/3
3/2
3/1ln)(
21 VV
VVCRRt
CCCC
CCCC
w1 -
-+= ≈ 0.7(R +R )C
21
vO
tW2 tW1
vc
占 空 比,q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)
频 率,f＝ ≈ 1.43/1T R1＋ 2R2)C(
振荡周期,T＝ tw1＋ tw2≈ 0.7(R1＋ 2R2)C
电路特点,充放电电路分开充电路径,tw1=RACln2
放电路径,tw2=RBCln2
占空比：
q=tw1/(tw1+tw2) =RA / (RA+RB)
通过调节 R2来调节占空比
vO
VCCR
1
C
0.01uF
12
3
487
6
5
R2
R3
RA
RB
⑶ 占空比可调 多谐振荡器,
⒊ 555定时器做施密特触发器施密特触发器 的特点：
（ 1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；
（ 2）电平触发 —— 电压达到某个值时电路状态翻转；
（ 3）具有滞后电压传输特性 —— 回差特性
（两次翻转输入电平不同）；
⑴ 电路,2,6端连在一起作为信号输入端
+Vcc RD
vo
+
+
-
-
8 4
5
6
2
7
1
3
＆
＆ ＆
R
R
R
R
Q
Q
C1
C2
vI
Vcc1 vo1
VI<1/3VCC时,C1输出高电平,C2输出低电平,VO=1
VI>2/3VCC时,C1输出低电平,C2输出高电平,VO=0
构成集电极开路型输出端。
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
⑵ 工作原理：
（ a）当 Vi ＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
。 升高时，在未到达 2Vcc/3以前,的状态不会改变。VO ＝ 1 Vi VO ＝ 1
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
（ b） vi 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0,C2 输出为 1，触发器置 0，即
Q＝ 0,1=Q,vo=0。此后,vi 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达 VCC/3
以前,vo＝ 0 的状态不会改变。
（ a）当 vi＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
vo＝ 1。 vi 升高时，在未到达 2VCC/3 以前,vo＝ 1 的状态不会改变。
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差
vi
vo
t
t
0
0
UT+
UT－
2VCC/3
VCC/3
（ c） vi 下降到 V CC/3 时，比较器 C1 输出为 1,C2 输出为 0，触发器置 1，
即 Q＝ 1,0=Q,vo=1。此后,vi 继续下降到 0，但 vo＝ 1 的状态 不会改变。
（ b） vi 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0,C2 输出为 1，触发器置 0，即
Q＝ 0,1=Q,vo=0。此后,vi 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达 VCC/3
以前,vo＝ 0 的状态不会改变。
（ a）当 vi＝ 0 时，由于比较器 C1=1,C2=0，触发器置 1，即 Q＝ 1,0=Q,
vo＝ 1。 vi 升高时，在未到达 2VCC/3 以前,vo＝ 1 的状态不会改变。
下限阈值电压
vovi
(b)逻辑符号(a)传输特性
VT － V T+
上限阈值电压回差电压 （ 滞后电压 ）,VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCC
ΔVT＝ VT＋ － VT－ =1/3VCC
vI
vO
② 在 7脚外接一电阻，并与 VCC1 相连，
vO=1时,vO1=0; vO=0时,vO1=VCC1，
可以实现电平移动。
① 在 5脚上加控制电压 VCO可以改变 VT+,VT-,
以调节回差电压的大小
R
vi
8 4
6 7
555 3
2 5
1
vo1
+VCC +VCC1
vo
vCO
控制电压调节回差说明：
⑶ 施密特触发器的应用：
① 波形变换 —— 三角波、正弦波变换成方波
vI
t
vO
t
VT+
VT-
VT+
VT-
vI
t
vO
t
正弦波 → 方波 三角波 → 方波调节 VT+,VT-可以改变宽度
② 波形整形 —— 消除噪声干扰
vI
t
vO
t
VT+
VT-
vI
t
vO
t
VT+
VT-
回差电压比较小 回差电压比较大
③ 幅度鉴别
vI
t
vO
t
VT+
VT-
可以调节 VT+作为鉴别门限
④ 构成多谐振荡器
1v
I vO
§ 2 集成门构成的脉冲电路一,单稳态触发器
RC不同接法微分型 √
积分型（没有正反馈，波形不好）
1,微分型单稳态触发器
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
由 与非门 和 RC 微分电路 构成，二个与非门首尾相接交叉耦合,RC 为定时元件。
窄脉冲触发 R<R
off
(1)电路构成,
vo1
vo2
R
C
＆ ＆v
i vR
(a)稳态
vI=1,无触发，
电路处于稳态，
vO1=0,vO2=1
vC≈0
=1
=0 =1
=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
（ 2）工作原理：
R<Roff
vI
vO1
vR
vO2
(b) 外加触发信号
vI=0
vO1=1,电容电压不能突变
vR=1?vO2=0
进入 暂稳态
vO2=0?vO1=1?vO2=0
形成正反馈，自锁,vI即使为 1也不影响
=0
=1
=1
=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
(c) 自动返回
=1
电容 C按指数上充电，
vR按指数逐渐降低；
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
VTH
当 vR 下降到达门电路 阈值电压（ 1.4V） 时，电路状态将发生翻 转
vI即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出仍能维持。
vR下降，电路状态改变
vR下降?vO2=1?vO1=0
电容电压不能突变 vC=VTH?
vR下降△ V
vI
vO1
vR
vO2
VTH
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
(d) 恢复稳态电容放电,vC恢复电路恢复到稳态
vI=1
vO1=0
vO2=1
vR=0
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vI
vO1
vR
vO2
VTH
G1的输出电阻
vR
vO2
tW
VTH
7.0
0ln
-=
tW=0.7（ R＋ R 0） C
＆ ＆
vO1 vO2
G2G1
vI
vR
vRvO1
R
R0
0
（ R＋ R0） CtW = )())(ln tvv
R
R
-(vR
- )0(vR +
（ R＋ R0） C
- RR＋ R
0
VOH
(3) 输出脉冲宽度 tW
VTH
（ R＋ R0） C
取 VOH＝ 3.6V
R=330 Ω
R 0=100Ω
tre
)()(
)0()(ln
tvv
vvRCt
RR
RR
-?
-?= +
一般认为经过（ 3~5)RC时间，
电容已经放电完毕即最大工作频率：
reW
M A X ttTf +==
11
vO2
(4)恢复时间 tre
tre=(3~5)RC
（ 1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端另加微分电路说明,
（ 2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；
电路中有正反馈，所以输出的边沿比较好。
vdvi
(Rd＞ Ron)
Cd
Rd
vo1
vo2
R
C
＆ ＆
(Vi’) vR
(R<Roff)
不被再次触发
tW tW tWtW
被再次触发
2,集成单稳态触发器：
分类可重复触发不可重复触发电路进入暂稳态 (被触发状态 )中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持 tW。
74121(单 )
74221(双 )
74122(单 )
74123(双 )
B=1时
A:1→0
→
QNC
A1A
2B
Q
GND
VCC
NCNC
NC
Rext/Cext
CextR
int
A1,A2,B触发输入
Q,Q 输出
Rext/Cext,Cext,Rint
外接电阻 /电容 /内接电阻引脚
0X
X0
1
11
11
10X11
100XX
1010X
101X0
QQBA2A1(1)功能表
A有 0时
B:0→1
(2)电路
(3)原理
① 稳态
01:
031
01:
=?=
=?=?=?=?
==
G7V
ZZG5ZGG4
R又假设 Q Q
回到稳态
G5G6
10
17
==?
=+=?
Q,Q
G
稳态信号,Z＝ 0,VR＝ 1,G3＝ 1
10 == Q Q
(3)原理 (续 1)
进入暂态时当外触发信号使
01
:
==?==?
=
Q Q G6 G5
Z
② 触发翻转
1 1 0 1
0
(3)原理 (续 2)
0G50G31G4 =?=?=?= 0Q
③ 延时返回翻转后,
至此使 G5完成了一个窄脉冲输出（ 6级门延时）。
0G7G6 =?=?= VVCV c c R 4.10 充电，当向回到稳态?
=
=?=?
=
= 1G6
0G5
0G7
1
0
Q
Q
1 1 0 1
0
1
0
→0
0
→ 1
→ 0
→ 1
(4)触发方式为使 Z＝ 可为：
① B＝ 1时,A1A2＝ 11变为有 0
② A1A2有 0时,B由 0变 1。
Vcc
A1
A2
B
Z
(5)定时参数
R：内接＝ 2KΩ
外接＝ 1.4～ 40KΩ
C：外接＝ 10Pf～ 10μf
tW＝ 0.7RC
外接电容接在 10,11引脚 (Cext,Rext/Cext)之间，
如果 C有极性，正极接 10脚 (Cext)
如 果使用外部电阻 (1.4～ 40k)，电阻两端分别接
11,14脚 (Rext,VCC)
(6)元件连接,
如果使用内部电阻 (2k)，把 9引脚 (Rint)接 VCC。
(7)应用,
整形、定时、延时。
0X
X0
11
QQBA2A1
外接电阻 内部电阻二、多谐振荡器一种自激振荡电路，无需外界触发即可产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。没有稳定状态 —— 无稳态电路。
方波含有很多高次谐波分量，称为多谐振荡器。
方波输出 —— 由数字逻辑器件 (逻辑门电路）完成；
一定频率 —— 由延时电路 (RC充放电回路）完成；
自动进入振荡状态 —— 由反馈回路完成。
1,CMOS自激多谐振荡器
(1)电路构成
vO2
G1 G2v
O1
R
C
1 1
① 由 2个 CMOS反相器和外接
RC组成。
② CMOS反相器内置保护二极管。
VDD+ΔV+
ΔV+
VC可变范围
(2)工作原理
(仅分析稳定工作时的状态）
设,反相器翻转门坎电平为
VTH＝ 1/2VDD
① 设 Vo1=1,Vo2=0:暂态 Ⅰ
VDD→V1 →R →C →V4 向 C充电。
当 VC上升使 VC＝ VTH 电路翻转,Vo1→,Vo2↑ 。
② Vo1=0,Vo2=1:暂态 Ⅱ
VDD→V3 → C → R →V2 向 C反向充电。
当 VC下降使 VC＝ VTH 电路翻转,Vo1↑,Vo2→ → 电路回到暂态 Ⅰ 。
(3)工作波形
① t=0时刻接通电源,C未充电；
VC=0,VO1=VDD,VO2=0;
第一暂稳态 ;
VDD
VTH
VC
vO1
vO2
VDD
VDD
② VO1高电平,VO2低电平，通过 R向 C充电,VC电压逐渐升高,
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VDD+VTH
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
③ 当 VC上升至 VTH时,
门电路 G1发生状态翻转，
→ VO1=0,VO2=VDD
电容两端电压不能突变
→ VC=VTH 突变成 VC=VDD+VTH
VC应该上升到 1.5VDD，但是由于保护二极管的作用,VC不能上升那么高，仅到达 VDD+ΔV +
VDD+ΔV+
(3)工作波形 (续 1)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VDD+ΔV+
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
④ VO1=0,VO2=VDD,
电容通过 R放电并反向充电
VC电压逐渐下降。
第二暂稳态 ;
(3)工作波形 (续 2)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
⑤ 当 VC下降到 VTH,
门电路 G1再次发生状态变化
→ VO1=VDD,VO2=0
此时 VC =VDD-VTH,电容电压不能突变
→ VC =VTH-VDD
VDD
VTH
vI
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
VC应该下降到 -1/2VDD,由于保护二极管的作用,VC只能下降到 -ΔV -
-ΔV-
-1/2VTH
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
(3)工作波形 (续 3)
⑥ VC =-ΔV -
VO1=VDD
VO2=0,回到第一暂稳态，
电路继续持续翻转、振荡。
VDD
VTH
vc
vO1
vO2
VDD
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
(3)工作波形 (续 4)
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
(4)振荡频率计算,
VDD
VTH
vC
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
RC电路的瞬态响应：
e RC tcccc VVVtV -+?-+?= )()0()()(
)()(
)0()(ln
tvv
vvRCt
cc
cc
-?
-?= +
VO2
G1 G2
VO1
Vc
R
C
1 1
VO1
VC
R
C
T1,t1为时间起点 0+；
T2,t2为时间起点 0+ ；
计算 T1：
VC(0+)=-ΔV -
VC(T1)=VTH
VC(∞)=V DD
VDD
VTH
vC
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
THDD
DD
THDD
DD
cc
cc
VV
VV
RC
VV
VV
RC
Tvv
vv
RCT
-
+
=
-
--
=
-?
-?
=
-
-
+
ln
)(
ln
)()(
)0()(
ln
1
1
=VDD
vO2=0
VO1
VC
R
C
(4)振荡频率计算 (续 1),
计算 T2：
VC(∞)=0
VC(T2)=VTH
VC(0+)=VDD+ΔV +
VDD
VTH
vI
vO2
VDD
VDD+ΔV+
-ΔV-
t1 t2
T1 T2
vO1=0
vO2=VDDv
I
R
C
TH
DD
TH
DD
cc
cc
V
VV
RC
V
VV
RC
Tvv
vv
RCT
+
+
+
=
-
+-
=
-?
-?
=
+
ln
0
)(0
ln
)()(
)0()(
ln
2
2
(4)振荡频率计算 (续 2),
+
-
+
=
+
+
-
+
=
+=
+-
+-
TH
DD
THDD
DD
TH
DD
THDD
DD
V
VV
VV
VV
RC
V
VV
RC
VV
VV
RC
TTT
ln
lnln
21
ΔV +,ΔV -的值为保护二极管的正向导通电压,大约为 0.7V,
相对于 VDD可以忽略不计,对 CMOS门电路,VTH=1/2VDD
RCRC
V
V
RC
V
V
VV
V
RCT
TH
DD
TH
DD
THDD
DD
4.14lnln
ln
2
=
=
-
=
(4)振荡频率计算 (续 3),
2.石英晶体多谐振荡器石英晶体振荡器常用 作数字系统的基准信号,
为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体,组成 石英晶体振荡器
f
石英晶体阻抗频率特性
0
X
fs电容性电感性
fp
(1)石英晶体 阻抗频率特性在固有频率 fs上,
阻抗 X=0。
内部电路
(2)石英晶体 振荡器石英晶体振荡频率等于石英晶体的谐振频率 fs
1 1
R1 R2
C2
C1 vo
TTL门
R1,R2,0.7～ 2KΩ
C,0.1μF
1
R
C2C1
vo1
CMOS门
R,10～ 100MΩ
C,30Pf
常见的外接振荡电路三,施密特触发器
1.两级 CMOS反向器构成的施密特触发器
⑴ 电路
⑵ 原理 1R1 V
O1
R2
Vi
Vo1
G1 G2Vi
’
Vi＝ 0 → Vo1 ＝ 1→ VO ＝ 0
① Vi由 0上升
Vi↑ → Vi’ ↑ → Vth 引起正反馈 Vi’ ↑ → Vo1 → → Vo ↑
结果,Vo1 ＝ 0,VO ＝ 1
21
2'
RR
RVVV
ithi +== +=+=? Tthi VVR
RV )
2
11(
Vi’ 由 Vi单独作用：
1R1 VO1
R2
Vi
Vo1
G1 G2Vi
’
Vi→ → Vi’ → → Vth 引起正反馈
Vi’ → → Vo1 ↑ → Vo → 结果,V
o1 ＝ 1,VO ＝ 0
thiiiHO VVVRR
RVV ==+
+- '21
1)(
-=-+=? TOHthi VVR
RV
R
RV
2
1)
2
11(
⑵ 原理（续 1）
② Vi由最大值下降
Vi’ 由 Vi和 VO 共同作用：
DDDDOH VV t hVV 2
1,== 取
thT VR
RV )
2
11( -=?
-
⑵ 原理（续 2）
③ 回差
thT VR
RV )
2
11( -=
- thT VR
RV )
2
11( +=
+
thTTT VR
RVVV
2
12=-=?
-+
Vi
Vo
VT－ VT＋
2.集成施密特触发器（ 74LS14）
⑴ 电路
⑵ 原理由输入级、滞后特性形成级、倒相放大级、
推拉输出级,4级电路组成。（ 书 P229）
自学（核心器件,V1,V2,R2,R3,R4）。
⑶ 特性曲线
Vi
Vo
VT－ VT＋
⑷ 符号
3,施密特触发器的应用
⑴ 波形整形
⑵ 鉴幅
⑶ 波形变换本章要求
⒈ 熟练掌握 555定时器的基本功能和三种基本应用。
⒉ 熟练掌握脉冲电路有关参数的计算和波形的绘制。
⒊ 掌握三种脉冲电路的主要应用。
⒋ 掌握集成单稳、集成施密特触发器的主要特点和基本结构。
作业,8.3
8.4
8.8
8.10
8.11
思考,
