第八章 脉冲波形的产生与整形一,555定时器的电路结构由以下几部分组成：
（ 1） 三个阻值为 5kΩ的电阻组成的分压器 。
（ 2） 两个电压比较器 C1和 C2。
8.1 集成 555定时器电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
（ 3） 基本 RS触发器,
（ 4） 放电三极管 T及缓冲器 G。
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
1
2
6
5
8 4
3
7
O
v
,
v I2
I1v
v IC
VCC
v O
555
DR
二,工作原理
（ 1） 4脚为复位输入端（ RD ），当 RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出 vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。
（ 2） 5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器 C1和 C2的比较电压分别为
2/3VCC 和 1/3VCC 。
（ 3） 2脚为触发输入端,6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器
C1和 C2的输出，从而控制 RS触发器，决定输出状态。
8.2 施密特触发器施密特触发器 —— 具有回差电压特性,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲 。
一,用 555定时器构成的施密特触发器
1,电路组成及工作原理
1
2
6
5
V CC R D
O555 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
2,电压滞回特性和主要参数
（ 1）电压滞回特性
（ 2） 主要静态参数
（ a） 上限阈值电压 VT+—— vI上升过程中,输出电压 vO由高电平 VOH跳变到低电平 VOL时,所对应的输入电压值 。 VT+=2/3VCC。
（ b） 下限阈值电压 VT — —— vI下降过程中,vO由低电平 VOL跳变到高电平
VOH时,所对应的输入电压值 。 VT— =1 /3VCC。
（ 3） 回差电压 ΔVT ΔVT= VT+－ VT— =1 /3VCC
二,集成施密特触发器
1,CMOS集成施密特触发器 CC40106
2,TTL集成施密特触发器 74LS14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
V
V
DD
SS
( a ) CC 401 06
1
2
3
4
5
6
7
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
G N D
8
9
10
11
12
13
14
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
V CC
( b) 74L S 14
三,施密特触发器的应用举例
1,用作接口电路 —— 将缓慢变化的输入信号,转换成为符合 TTL系统要求的脉冲波形 。
2,用作整形电路 —— 把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲 。
3,用于脉冲鉴幅 —— 从一系列幅度不同的脉冲信号中,选出那些幅度大于 VT+的输入脉冲 。
8.3 多谐振荡器多谐振荡器 —— 能产生矩形脉冲波的自激振荡器 。
一,用 555定时器构成的多谐振荡器
1,电路组成及工作原理
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
R
V CC
1
2
C
1 5
0,0 1 μF
C 1
v
C
P
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
2,振荡频率的估算
（ 1） 电容充电时间 T1,（ 用三要素法计算 ）
（ 2） 电容放电时间 T2
（ 3） 电路振荡周期 T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
（ 4） 电路振荡频率 f
（ 5） 输出波形占空比 q
)()(
)0()(ln
1
11 Tvv
vvT
CC
CC
CRR )(7.0 21
CCCC
CCCC
VV
VV
3
2
3
1
ln1
CRT 22 7.0?
CRRTf )2(
43.11
21?
21
211 2 RR RRTTq
二,占空比可调的多谐振荡器电路利用半导体二极管的单向导电特性,把电容 C充电和放电回路隔离开来,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器 。
可计算得,T1=0.7R1C
T2=0.7R2C
占空比：
2
6
V
CC
R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V
CC
C
1 5
0,01 μF
C 1
v
C
D
D 1
2
1R
2R
21
1
21
1
21
11
7.07.0
7.0
RR
R
CRCR
CR
TT
T
T
T
q
三,石英晶体多谐振荡器
1.石英晶体的选频特性有两个谐振频率 。 当 f=fs时,为串联谐振,石英晶体的电抗 X=0；
当 f=fp时,为并联谐振,石英晶体的电抗无穷大 。
由晶体本身的特性决定,fs≈fp≈ f0（ 晶体的标称频率 ）
石英晶体的选频特性极好,f0十分稳定,其稳定度可达 10-10～ 10-11。
0
f
f
0
X
电感性电容性 石英晶体的符号
f
p
2,石英晶体多谐振荡器
（ 1） 串联式振荡器
R1,R2的作用 —— 使两个反相器在静态时都工作在转折区,成为具有很强放大能力的放大电路 。
对于 TTL门,常取 R1=R2=0.7～ 2kΩ,若是 CMOS门则常取 R1=R2=10～
100MΩ ； C1=C2是耦合电容 。
石英晶体工作在串联谐振频率 f0下,只有频率为 f0的信号才能通过,满足振荡条件 。 因此,电路的振荡频率 = f0,与外接元件 R,C无关,所以这种电路振荡频率的稳定度很高 。
（ 2）并联式振荡器
RF是偏置电阻,保证在静态时使 G1工作转折区，构成一个反相放大器。
晶体工作在略大于 fS与 fP之间,等效一电感,与 C1,C2共同构成电容三点式振荡电路 。 电路的振荡频率 =f0。
反相器 G2起整形缓冲作用,同时 G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响 。
四．多谐振荡器应用实例
1,简易温控报警器
2
6
V
CC
R D
555
3
v
I2
I1
v
8 4
7
R
R
V
CC
1
2
C
1 5
0,01
C
1
10 μ / 10 V
C
2
20k
100k
0,01
3R2k
（ + 6V ）
T
3A X 31
μ
μ
2,双音门铃 。
1
v
I1
8
1
2R
555
0.01
1
5
C
R
R
D
4
2
7
V
I2
6
v
CC
3k
3k
0.1 μ
μ
R 4
4.7k
3
C
47μ
C
D
D 1
2
2CP
3
R 3.9k
CC
V
（ + 6V ）
C
2
47μ
3
8Ω
P
AN
3,秒脉冲发生器
CMOS石英晶体多谐振荡器产生 f=32768Hz的基准信号,
经 T/触发器构成的 15级异步计数器分频后,便可得到稳定度极高的秒信号 。
这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源 。
8.4 单稳态触发器单稳态触发器 —— 有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，
自动返回到稳态。
一,用 555定时器组成单稳态触发器
1,电路组成及工作原理
（ 1） 无触发信号输入时电路工作在稳定状态当 vI=1时,电路工作在稳定状态,
即 vO=0,vC=0。
（ 2） vI下降沿触发当 vI下降沿到达时,vO由 0跳变为
1,电路由稳态转入暂稳态 。
2
6
V
CC
R D
O
555
3
v
I2
I1
v
8 4
v
7
R
V
CC
C
1 5
0.01 μF
C
1
v
C
v
I
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
（ 3） 暂稳态的维持时间在暂稳态期间,三极管 T截止,VCC经 R向 C充电 。 时间常数 τ1=RC，
vC由 0V开始增大,在 vC上升到 2/3VCC之前,电路保持暂稳态不变 。
（ 4）自动返回（暂稳态结束）时间当 vC上升至 2/3VCC时,vO由 1跳变 0，三极管 T由截止转为饱和导通，
电容 C经 T迅速放电，电压 vC迅速降至 0V，电路由暂稳态重新转入稳态。
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
V CC
C
1 5
0.01 μF
C 1
v
C
v
I
2
C
3
V CC
v
t
t
O
O
t t
Ov
v
O
t
I
V CC
0 1
t W
（ 5） 恢复过程当暂稳态结束后,电容 C通过饱和导通的放电三极管 T放电,时间常数 τ2=RCESC,经过 （ 3～ 5） τ2后,电容 C放电完毕,恢复过程结束 。
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
V CC
C
1 5
0.01 μF
C 1
v
C
v
I
2
C
3
V CC
v
t
t
O
O
t t
Ov
v
O
t
I
V CC
0 1
t W
2,主要参数估算
(1) 输出脉冲宽度 Tw（ 用三要素法计算 ）
reW ttT
f 11
m i n
m a x
上式说明,单稳态触发器输出脉冲宽度 tW仅决定于定时元件 R、
C的取值,与输入触发信号和电源电压无关,调节 R,C的取值,即可方便的调节 tW。
（ 2） 恢复时间 tre
tre=（ 3～ 5） τ2
（ 3） 最高工作频率 fmax
vI周期的最小值,Tmin= tW＋ tre
因此,单稳态触发器的最高工作频率应为,
CR
VV
V
tvv
vvt
CCCC
CC
WCC
CC
W 1.1
3
2
0ln
)()(
)0()(ln
11?
二,集成单稳态触发器 74121
A1和 A2是两个下降沿有效的触发信号输入端,B是上升沿有效的触发信号输入端 。
A
A
B
v
o
v
o
e x tC R in t
C e x t
e x tR V
CC
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
集成单稳态触发器 74121的外部元件连接方法,
（ a）使用外部电阻 Rext且电路为下降沿触发的连接方式,
（ b） 使用内部电阻 Rint且电路为上升沿触发的连接方式 。A
A
B
o
v
o
v
e x tC i n t
R
e x t
e x t
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
CCV
e x tR
1
v
I
C e x t
A
A
B
o
v
o
v
e x tC i n tR
e x t
e x t
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
v
I
C e x t CCV
74121的主要参数
(1) 输出脉冲宽度 tW
使用外接电阻,tW ≈ 0.7RextC
使用内部电阻,tW ≈ 0.7RintC
（ 2） 输入触发脉冲最小周期 Tmin
Tmin=tW＋ tre
tre是恢复时间 。
（ 3） 周期性输入触发脉冲占空比 q
定义,q = tW/T
最大占空比,qmax=tW/ Tmin
74121内部 电阻 =2kΩ,外接电阻 Rext可在 1.4～ 40kΩ之间选择，
外接电容 C可在 10pF～ 10μ F之间选择，
所以，当 R=2kΩ时,最大占空比 qmax为 67%；
当 R=40kΩ 时,最大占空比 qmax可达 90%。
三,单稳态触发器的应用
1,延时与定时
（ 1） 延时图中,v/O的下降沿比 vI的下降沿滞后了时间 tW。
（ 2） 定时当 v/O=1时,与门打开,
vO=vF。 当 v/O=0时,
与门关闭,vO为低电平 。
显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I Ov
v O
单稳 与门
v F
t
W
v
I
v
O
v
F
O
v
2,整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号 vI,整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲 vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高,低电平,宽度 tW决定于暂稳态时间 。
I
v
t
WOv
3,触摸定时控制开关
555定时器构成单稳态触发器 。 只要用手触摸一下金属片 P,由于人体感应电压相当于在触发输入端 （ 管脚 2） 加入一个负脉冲,555输出端输出高电平,
灯泡 （ RL） 发光,当暂稳态时间 （ tW） 结束时,555输出端恢复低电平,灯泡熄灭 。
该触摸开关可用于夜间定时照明,定时时间可由 RC参数调节 。
8 4
7
6
2
1 5
3
5 5 5
+V CC
R L
R
100k
C
100μ
C 1
0,01 μ
( + 6V )
P
4,触摸、声控双功能延时灯
555和 T1,R3,R2,C4组成单稳定时电路,定时 （ 即灯亮 ） 时间约为 1分钟 。
当击掌声传至压电陶瓷片时,HTD将声音信号转换成电信号,经 T2、
T1放大,触发 555,使 555输出高电平,触发导通晶闸管 SCR,电灯亮；
同样,若触摸金属片 A时,人体感应电信号经 R4,R5加至 T1基极,也能使
T1导通,触发 555,达到上述效果 。
8 4
7
6
2
1 5
3
C
4
47μ
C
0.0 1μ
55 5NE
A
~ 22 0V
R 3
R
1M
2
20k
S C R
M C R 10 0
4.7 M
4.7 M
R 4
R 5
R 6
R 7
1M
10k
5
C
0.0 22 μ
T
T
1
2
9014
9013
H T D
C
3
220μ
D
1N 40 04 C 1
0.5 6μ /40 0V
1R
330
0.0 1μ
C
2
V
DD
（ + 6 V ）
DW
2C W 13
举例,8.4.3 图题 8.4.3为一心律失常报警电路，图中 vI是经过放大后的心电信号，其幅值 vIm=4V。
（ 1）对应 vI分别画出图中 vo1,vo2,vo三点的电压波形；
（ 2）说明电路的组成及工作原理 。
1
2
6
55 5
I
v
5
7
V
CC ( + 5V )
8 4
3
v
O1
v
I
8
3
( + 5V )
4
CC
V
7 O2
55 5
1
2
5
6
v
O
v1
R
C
T
D D
1 2
V
I
T+
V
T-
V
V
o1
C
V
2
3
CC
V
V
o2
o
V
举例：间歇振荡器
EWB举例
100
R
7
6
0.01
μF
R
μF
D
10
C
μF
5
CC
4
2
R
4
v
6
VD
5
R
I2
7
3
v
2
( + 12V )
I1
555
C
v
4
5
V
O
1
1
I2
8
V
v
I1
v
100 k Ω
2
C
C
v
8
CC 10k Ω
μF
v
1
CC
3
555
0.01
150 k Ω
1 10k Ω
R
R
2
3
10k ΩR
举例：报警器
EWB举例本章小结
1,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 。 用 555定时器可以组成多谐振荡器,用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器 。 石英晶体振荡器的特点是 fo的稳定性极好 。
2,施密特触发器和单稳态触发器,虽然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,为数字系统提供标准的脉冲信号 。
3,555定时器是一种用途很广的集成电路,除了能组成施密特触发器,
单稳态触发器和多谐振荡器以外,还可以接成各种灵活多变的应用电路 。
4,除了 555定时器外,目前还有 556（ 双定时器 ） 和 558（ 四定时器 ） 等 。
（ 1） 三个阻值为 5kΩ的电阻组成的分压器 。
（ 2） 两个电压比较器 C1和 C2。
8.1 集成 555定时器电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
（ 3） 基本 RS触发器,
（ 4） 放电三极管 T及缓冲器 G。
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
1
2
6
5
8 4
3
7
O
v
,
v I2
I1v
v IC
VCC
v O
555
DR
二,工作原理
（ 1） 4脚为复位输入端（ RD ），当 RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出 vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。
（ 2） 5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器 C1和 C2的比较电压分别为
2/3VCC 和 1/3VCC 。
（ 3） 2脚为触发输入端,6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器
C1和 C2的输出，从而控制 RS触发器，决定输出状态。
8.2 施密特触发器施密特触发器 —— 具有回差电压特性,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲 。
一,用 555定时器构成的施密特触发器
1,电路组成及工作原理
1
2
6
5
V CC R D
O555 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
2,电压滞回特性和主要参数
（ 1）电压滞回特性
（ 2） 主要静态参数
（ a） 上限阈值电压 VT+—— vI上升过程中,输出电压 vO由高电平 VOH跳变到低电平 VOL时,所对应的输入电压值 。 VT+=2/3VCC。
（ b） 下限阈值电压 VT — —— vI下降过程中,vO由低电平 VOL跳变到高电平
VOH时,所对应的输入电压值 。 VT— =1 /3VCC。
（ 3） 回差电压 ΔVT ΔVT= VT+－ VT— =1 /3VCC
二,集成施密特触发器
1,CMOS集成施密特触发器 CC40106
2,TTL集成施密特触发器 74LS14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
V
V
DD
SS
( a ) CC 401 06
1
2
3
4
5
6
7
1A
1Y
2A
2Y
3A
3Y
G N D
8
9
10
11
12
13
14
4A
4Y
5A
5Y
6A
6Y
V CC
( b) 74L S 14
三,施密特触发器的应用举例
1,用作接口电路 —— 将缓慢变化的输入信号,转换成为符合 TTL系统要求的脉冲波形 。
2,用作整形电路 —— 把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲 。
3,用于脉冲鉴幅 —— 从一系列幅度不同的脉冲信号中,选出那些幅度大于 VT+的输入脉冲 。
8.3 多谐振荡器多谐振荡器 —— 能产生矩形脉冲波的自激振荡器 。
一,用 555定时器构成的多谐振荡器
1,电路组成及工作原理
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
R
V CC
1
2
C
1 5
0,0 1 μF
C 1
v
C
P
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
2,振荡频率的估算
（ 1） 电容充电时间 T1,（ 用三要素法计算 ）
（ 2） 电容放电时间 T2
（ 3） 电路振荡周期 T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
（ 4） 电路振荡频率 f
（ 5） 输出波形占空比 q
)()(
)0()(ln
1
11 Tvv
vvT
CC
CC
CRR )(7.0 21
CCCC
CCCC
VV
VV
3
2
3
1
ln1
CRT 22 7.0?
CRRTf )2(
43.11
21?
21
211 2 RR RRTTq
二,占空比可调的多谐振荡器电路利用半导体二极管的单向导电特性,把电容 C充电和放电回路隔离开来,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器 。
可计算得,T1=0.7R1C
T2=0.7R2C
占空比：
2
6
V
CC
R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V
CC
C
1 5
0,01 μF
C 1
v
C
D
D 1
2
1R
2R
21
1
21
1
21
11
7.07.0
7.0
RR
R
CRCR
CR
TT
T
T
T
q
三,石英晶体多谐振荡器
1.石英晶体的选频特性有两个谐振频率 。 当 f=fs时,为串联谐振,石英晶体的电抗 X=0；
当 f=fp时,为并联谐振,石英晶体的电抗无穷大 。
由晶体本身的特性决定,fs≈fp≈ f0（ 晶体的标称频率 ）
石英晶体的选频特性极好,f0十分稳定,其稳定度可达 10-10～ 10-11。
0
f
f
0
X
电感性电容性 石英晶体的符号
f
p
2,石英晶体多谐振荡器
（ 1） 串联式振荡器
R1,R2的作用 —— 使两个反相器在静态时都工作在转折区,成为具有很强放大能力的放大电路 。
对于 TTL门,常取 R1=R2=0.7～ 2kΩ,若是 CMOS门则常取 R1=R2=10～
100MΩ ； C1=C2是耦合电容 。
石英晶体工作在串联谐振频率 f0下,只有频率为 f0的信号才能通过,满足振荡条件 。 因此,电路的振荡频率 = f0,与外接元件 R,C无关,所以这种电路振荡频率的稳定度很高 。
（ 2）并联式振荡器
RF是偏置电阻,保证在静态时使 G1工作转折区，构成一个反相放大器。
晶体工作在略大于 fS与 fP之间,等效一电感,与 C1,C2共同构成电容三点式振荡电路 。 电路的振荡频率 =f0。
反相器 G2起整形缓冲作用,同时 G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响 。
四．多谐振荡器应用实例
1,简易温控报警器
2
6
V
CC
R D
555
3
v
I2
I1
v
8 4
7
R
R
V
CC
1
2
C
1 5
0,01
C
1
10 μ / 10 V
C
2
20k
100k
0,01
3R2k
（ + 6V ）
T
3A X 31
μ
μ
2,双音门铃 。
1
v
I1
8
1
2R
555
0.01
1
5
C
R
R
D
4
2
7
V
I2
6
v
CC
3k
3k
0.1 μ
μ
R 4
4.7k
3
C
47μ
C
D
D 1
2
2CP
3
R 3.9k
CC
V
（ + 6V ）
C
2
47μ
3
8Ω
P
AN
3,秒脉冲发生器
CMOS石英晶体多谐振荡器产生 f=32768Hz的基准信号,
经 T/触发器构成的 15级异步计数器分频后,便可得到稳定度极高的秒信号 。
这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源 。
8.4 单稳态触发器单稳态触发器 —— 有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，
自动返回到稳态。
一,用 555定时器组成单稳态触发器
1,电路组成及工作原理
（ 1） 无触发信号输入时电路工作在稳定状态当 vI=1时,电路工作在稳定状态,
即 vO=0,vC=0。
（ 2） vI下降沿触发当 vI下降沿到达时,vO由 0跳变为
1,电路由稳态转入暂稳态 。
2
6
V
CC
R D
O
555
3
v
I2
I1
v
8 4
v
7
R
V
CC
C
1 5
0.01 μF
C
1
v
C
v
I
C
C
&
&
& 1
R
S
T
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
O
v
,
( 1 )
( 7 )
( 2 )
( 6 )
( 5 )
( 8 ) ( 4 )
( 3 )
电源复位
v
阈值输入控制电压触发输入放电端
（ 3） 暂稳态的维持时间在暂稳态期间,三极管 T截止,VCC经 R向 C充电 。 时间常数 τ1=RC，
vC由 0V开始增大,在 vC上升到 2/3VCC之前,电路保持暂稳态不变 。
（ 4）自动返回（暂稳态结束）时间当 vC上升至 2/3VCC时,vO由 1跳变 0，三极管 T由截止转为饱和导通，
电容 C经 T迅速放电，电压 vC迅速降至 0V，电路由暂稳态重新转入稳态。
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
V CC
C
1 5
0.01 μF
C 1
v
C
v
I
2
C
3
V CC
v
t
t
O
O
t t
Ov
v
O
t
I
V CC
0 1
t W
（ 5） 恢复过程当暂稳态结束后,电容 C通过饱和导通的放电三极管 T放电,时间常数 τ2=RCESC,经过 （ 3～ 5） τ2后,电容 C放电完毕,恢复过程结束 。
2
6
V CC R D
O
555
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
R
V CC
C
1 5
0.01 μF
C 1
v
C
v
I
2
C
3
V CC
v
t
t
O
O
t t
Ov
v
O
t
I
V CC
0 1
t W
2,主要参数估算
(1) 输出脉冲宽度 Tw（ 用三要素法计算 ）
reW ttT
f 11
m i n
m a x
上式说明,单稳态触发器输出脉冲宽度 tW仅决定于定时元件 R、
C的取值,与输入触发信号和电源电压无关,调节 R,C的取值,即可方便的调节 tW。
（ 2） 恢复时间 tre
tre=（ 3～ 5） τ2
（ 3） 最高工作频率 fmax
vI周期的最小值,Tmin= tW＋ tre
因此,单稳态触发器的最高工作频率应为,
CR
VV
V
tvv
vvt
CCCC
CC
WCC
CC
W 1.1
3
2
0ln
)()(
)0()(ln
11?
二,集成单稳态触发器 74121
A1和 A2是两个下降沿有效的触发信号输入端,B是上升沿有效的触发信号输入端 。
A
A
B
v
o
v
o
e x tC R in t
C e x t
e x tR V
CC
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
集成单稳态触发器 74121的外部元件连接方法,
（ a）使用外部电阻 Rext且电路为下降沿触发的连接方式,
（ b） 使用内部电阻 Rint且电路为上升沿触发的连接方式 。A
A
B
o
v
o
v
e x tC i n t
R
e x t
e x t
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
CCV
e x tR
1
v
I
C e x t
A
A
B
o
v
o
v
e x tC i n tR
e x t
e x t
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74121
v
I
C e x t CCV
74121的主要参数
(1) 输出脉冲宽度 tW
使用外接电阻,tW ≈ 0.7RextC
使用内部电阻,tW ≈ 0.7RintC
（ 2） 输入触发脉冲最小周期 Tmin
Tmin=tW＋ tre
tre是恢复时间 。
（ 3） 周期性输入触发脉冲占空比 q
定义,q = tW/T
最大占空比,qmax=tW/ Tmin
74121内部 电阻 =2kΩ,外接电阻 Rext可在 1.4～ 40kΩ之间选择，
外接电容 C可在 10pF～ 10μ F之间选择，
所以，当 R=2kΩ时,最大占空比 qmax为 67%；
当 R=40kΩ 时,最大占空比 qmax可达 90%。
三,单稳态触发器的应用
1,延时与定时
（ 1） 延时图中,v/O的下降沿比 vI的下降沿滞后了时间 tW。
（ 2） 定时当 v/O=1时,与门打开,
vO=vF。 当 v/O=0时,
与门关闭,vO为低电平 。
显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I Ov
v O
单稳 与门
v F
t
W
v
I
v
O
v
F
O
v
2,整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号 vI,整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲 vO。 vO的幅度取决于单稳态电路输出的高,低电平,宽度 tW决定于暂稳态时间 。
I
v
t
WOv
3,触摸定时控制开关
555定时器构成单稳态触发器 。 只要用手触摸一下金属片 P,由于人体感应电压相当于在触发输入端 （ 管脚 2） 加入一个负脉冲,555输出端输出高电平,
灯泡 （ RL） 发光,当暂稳态时间 （ tW） 结束时,555输出端恢复低电平,灯泡熄灭 。
该触摸开关可用于夜间定时照明,定时时间可由 RC参数调节 。
8 4
7
6
2
1 5
3
5 5 5
+V CC
R L
R
100k
C
100μ
C 1
0,01 μ
( + 6V )
P
4,触摸、声控双功能延时灯
555和 T1,R3,R2,C4组成单稳定时电路,定时 （ 即灯亮 ） 时间约为 1分钟 。
当击掌声传至压电陶瓷片时,HTD将声音信号转换成电信号,经 T2、
T1放大,触发 555,使 555输出高电平,触发导通晶闸管 SCR,电灯亮；
同样,若触摸金属片 A时,人体感应电信号经 R4,R5加至 T1基极,也能使
T1导通,触发 555,达到上述效果 。
8 4
7
6
2
1 5
3
C
4
47μ
C
0.0 1μ
55 5NE
A
~ 22 0V
R 3
R
1M
2
20k
S C R
M C R 10 0
4.7 M
4.7 M
R 4
R 5
R 6
R 7
1M
10k
5
C
0.0 22 μ
T
T
1
2
9014
9013
H T D
C
3
220μ
D
1N 40 04 C 1
0.5 6μ /40 0V
1R
330
0.0 1μ
C
2
V
DD
（ + 6 V ）
DW
2C W 13
举例,8.4.3 图题 8.4.3为一心律失常报警电路，图中 vI是经过放大后的心电信号，其幅值 vIm=4V。
（ 1）对应 vI分别画出图中 vo1,vo2,vo三点的电压波形；
（ 2）说明电路的组成及工作原理 。
1
2
6
55 5
I
v
5
7
V
CC ( + 5V )
8 4
3
v
O1
v
I
8
3
( + 5V )
4
CC
V
7 O2
55 5
1
2
5
6
v
O
v1
R
C
T
D D
1 2
V
I
T+
V
T-
V
V
o1
C
V
2
3
CC
V
V
o2
o
V
举例：间歇振荡器
EWB举例
100
R
7
6
0.01
μF
R
μF
D
10
C
μF
5
CC
4
2
R
4
v
6
VD
5
R
I2
7
3
v
2
( + 12V )
I1
555
C
v
4
5
V
O
1
1
I2
8
V
v
I1
v
100 k Ω
2
C
C
v
8
CC 10k Ω
μF
v
1
CC
3
555
0.01
150 k Ω
1 10k Ω
R
R
2
3
10k ΩR
举例：报警器
EWB举例本章小结
1,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 。 用 555定时器可以组成多谐振荡器,用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器 。 石英晶体振荡器的特点是 fo的稳定性极好 。
2,施密特触发器和单稳态触发器,虽然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,为数字系统提供标准的脉冲信号 。
3,555定时器是一种用途很广的集成电路,除了能组成施密特触发器,
单稳态触发器和多谐振荡器以外,还可以接成各种灵活多变的应用电路 。
4,除了 555定时器外,目前还有 556（ 双定时器 ） 和 558（ 四定时器 ） 等 。
