1
重大通信
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主要内容
10.1 脉冲信号与脉冲电路
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
2
重大通信
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
定义,持续时间极短的
电压或电流波形 。
(狭义定义 )
或,不具有连续正弦
波形状的信号 。
(广义定义 )
常见脉冲波形：
§ 10.1.1 脉冲信号
3
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
① 脉冲周期 T —— 周期性重要是脉冲序列中, 两个相邻脉冲之间的时
间间隔 。 f=1/T,脉冲重复的频率
② 脉冲幅度 Vm—— 脉冲电压的最大变化幅度 。
③ 脉冲宽度 tw —— 脉冲前沿 0.5Vm处至后沿 0.5Vm处的时间 。
④ 上升时间 tr —— 脉冲上升沿 0.1Vm到 0.9Vm处的时间 。
⑤ 下降时间 tf —— 脉冲下降沿 0.9Vm到 0.1Vm处的时间 。
⑥ 占空比 q —— q=tw /T
矩形波脉冲是最重要是脉冲，其主要描述参数如下：
4
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
定义,用来产生和处理脉冲信号的电路 。
§ 10.1.2 脉冲电路
矩形脉冲的产生方法：
① 利用各种形式的多谐振荡器直接产生所需的矩形脉冲 。
② 通过各种整形电路把已有的周期性变化波形通过波形变换或
频率变换变换为所需的矩形脉冲 。
（ 前提,?有频率和幅度都符合要求的电压信号；
?必须由某信号产生所需的脉冲 ）
5
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主要内容
?10.1 脉冲信号与脉冲电路
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
6
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
特点：
① 虽然叫触发器, 但输出端通
常只有一个, 用 Vo表示
② VT+≠VT-,其中,VT+叫正向
阈值电压, VT-叫负向阈值电
压, ΔVT= VT+-VT-,ΔVT叫回
差电压 。 该特性叫 滞后特性
§ 10.2.1 施密特触发器（ Schmitt Trigger）
③ 输出状态转换时均有正反馈
? 输出波形边沿陡峭 。
7
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
用途,
② 脉冲整形,利用特性 ② 可以有效地滤除叠加在高低电平上
的噪声 。
① 波形变换,利用 ②③ 特点, 该触发器可将边沿变化缓慢的
信号整形为边沿陡峭的矩形波 。
8
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
1,用 CMOS门构成施密特触发器
⑴ 电路：
G1,G2均为 CMOS门电路, 且,VTH=VDD/2,R1<R2
V I
V I
V O
V O
符号
9
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 原理,
∵CMOS 门, ∴ VOH=VDD, VOL=0, 且
Vth=VDD/2
? ? 00 211 ??????? ?? ODDOI VGVVGVa
? ?
DDTDDthT
DDOO
TthITII
VVVRRV
R
R
V
VVGVG
V
RR
R
VVVVVb
??????
??????
??? ??
?
?????
??
??
??
2
1
,1
0
21
2
1
211
21
2
当）（即：
正反馈
‘当
? ?
DDTthT
ODDO
DDTthITII
DDI
VVRRV
R
R
V
VGVVG
V
RR
R
V
RR
R
VVVVV
VVc
2
1
0,1
0
21
2
1
11
21
1
21
2
2
????
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??????
??? ??
?
?
?
?????
??
??
??
当即：
正反馈
’当
下降从当
????? ???
?????
正反馈
OOI VVV 1'
????? ???
?????
正反馈
OOI VVV 1'
10
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑶ 传输特性,
⑷ 回差电压 Δ VT
有关和与可见 21
2
1,2 RRVVRRVVV
TthTTT ????? ??
21
2
1
2
1
21
1
01
RR
VV
R
R
V
V
R
R
V
RR
DDthT
thT
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?
?
??
?
?
??
???
?
?
??
?
?
??
?
?
?
电路自锁，因此必须时当
11
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
2.用 TTL门构成施密特触发器
自看 ！
注意：
?计算 VT+,VT-时, 用翻转前的稳态电压计算；
?考虑 D的影响；
?用与非输入和增加 D的目的是提高 VT+,?VT, 因为 TTL的
Vth很小 (1.4v),所以与 CMOS构成方法不同 。
12
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
3,集成施密特触发器
⑴ CC40106（ CMOS六反相器施密特触发器 ）
改错！
13
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 74LS13（ 带与非功能的 TTL集成施密特触发器 ）
14
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
4,应用
⑴ 波形变换 定时抖动或漂移！
15
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 脉冲整形
改错！
16
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑶ 脉冲鉴幅
即只将幅度大于某值的信号输出的功能 。
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
以前所学的 FF都是双稳态 FF,有 0和 1两个稳态 。
单稳态触发器特点：
① 有 稳态 和 暂稳态 两个不同的工作状态；
② 在外界触发脉冲的作用下,
§ 10.2.2 单稳态触发器
???? ???
?? ??
自动返回
触发脉冲 暂态即：稳态 )(
Wt
③ tw取决于电路参数,与触发脉冲无关 。
用途：
① 脉冲整形 （ 脉宽调整, 噪声滤除, F-V转换 ）
② 延时 （ 产生滞后于触发脉冲的输出脉冲 ）
③ 定时 （ 产生固定时间宽度的脉冲信号 ）
18
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1,集成门构成的单稳态触发器
⑴ 微分型 单稳态触发器
工作原理：
① 0~t1,稳态, （ VI=3.6V,V1=1.4V） ?V01=0.3V
VI2=0.3V ?V02=3.6V
② t=t1:VI出现负尖峰脉冲, 翻转为暂态,
即,当 V1脉冲过后, V02继续为低电平, 但此时 C
有较大的充电电流 。
????? ???
???????
正反馈
2211 OIO VVVV
③ t1~t2,暂态过程
该过程对 C充电 → VI2↓
19
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④ t=t2：
????? ???
???????? ?? ?
正反馈
时当充电
122
4.12
OOI
vV VVVI
此时 G1,G2均翻转
⑤ t>t2,C放电, 电路恢复, 恢复时间是 tre
tre≈( 3~5)RC
20
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⑥ tW的计算,
由电路分析可知, RC电路过渡过程在电容充,
放电过程中, 电容上的电压 VC从充放开始到变化至
某一数值 Vth所经过的时间可计算如下：
thVVc
VcVcRCt
??
???? ?
)(
)0()(ln
)()(
)0()(ln)(
22
22
WI
I
W tVV
VVCRRot
??
?????? ?
CRRo
CRRoCRRo
)(1.1
3ln)(4.13.0 6.33.0ln)(
??
????????
注意,P387中 式 (10-2-12)和 (10-2-13)的计算是按
CMOS的参数计算的 。
21
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⑦ 分辨时间 Td：
指在保证电路正常工作的前堤下, 允许两个相邻触发脉冲之
间的最小时间间隔 。
显然,Td=tW+tre
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
22
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⑵ 积分型 单稳态触发器
工作原理：
① 0~t1,稳态, VI=0V,VO1=VOH=V2,VO2=VOH
② t=t1:VI? ? G1G2翻转为暂态, 此时 V01=VO=VOL
③ t1~t2,暂态过程,电容放电 → V2↓
④ t= t2,V2<VTH?V0=VOH翻转
⑤ t2~t3,此时 VI仍为高, 电容继续放电
⑥ t =t3,VI=VOL,电容又开始充电, 经过 Tre后电
路又达到稳态 。
23
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⑦ tW的计算：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
CRoRCRoRVV VVCRoRt
THOL
OHOL
W )(1.14.13.0
6.33.0ln)(ln)( ??
?
????
?
????
⑧ tre的计算：
? ? CoRRt re )(5~3 ????
优点,抗干扰力较强 （ 尖峰脉冲的影响不大 ）
缺点,① 波形边沿较差 （ 无正反馈 ）, 因此要求输入信号的边沿陡峭 。
② 触发脉冲的宽度 > tW
G1门低电平
输出电阻
G1门高电平
输出电阻
⑦ 分辨时间 Td,Td=tW+tre
24
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⑶ 施密特触发器构成单稳态触发器
?
??
T
IH
W V
VRCt ln
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
改错！
25
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2,集成单稳态触发器
?74121,74221—— 不可重触发单稳态触发器 (符号如图 a)
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
?74122,74123—— 可重触发单稳态触发器 (符号如图 b)
?CC14528—— 可重触发单稳态触发器 （ CMOS）
26
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
BABA TRTRTRTR ???? ???
27
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
2k左右
28
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
29
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
改错！
0
1
改错！
改错！
TR-
TR+
改错！
30
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§ 10.2.3 多谐振荡器
定义,是一种自激振荡器, 不需要外加触发信号,
自动产生矩形波 。 由于矩形波高次谐波分
量很重, 所以叫多谐振荡器 。
1,电容正反馈多谐振荡器
(1) 工作原理：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
① 0~t1:（ 充电电路见图 10-2-25(b)P395）
设 Vd<Vth=1.4V→（ Va=VOH,Vb=VOL） → Va通过 R对 C
充电 →Vd↑→当 Vd=Vth时 → Vd↑→V a↓→V b↑ ?翻转
正反馈
② t1~t2,（ 放电电路见图 10-2-25(a)P395）
此时 Vd>Vth→（ Va=VOL,Vb=VOH） → Vb通过 R对 C反向
充电 →Vd↓→当 Vd=Vth时 → Vd↓→V a↑→V b↓ ?翻转
正反馈
31
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
32
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(2) T的计算：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
s
CRoR
tVV
tVV
CRoRt
dd
dd
W
??????
?
??
???
??
??
???
?
?
?
4.157.3ln101 0 0 0)1001 0 0 0(
4.10
)6.34.1(0
ln)(
)()(
)()(
ln)(
12
2
1
1
s
CRRoR
tVV
tVV
CRRoRt
dd
dd
W
??????
?
??
???
??
??
???
?
?
?
84.06 3 6.2ln101 0 0 0]4 0 0 0//)1 0 01 0 0 0[(
4.16.3
)6.34.1(6.3
ln]//)[(
)()(
)()(
ln]//)[(
12
1
3
2
12
k H zTf
sssttT WW
4 4 61
24.284.04.121
??
????????
33
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2,带 RC定时电路的环形振荡器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
(1)环形振荡器
原理,任何大于等于 3的奇数个反相器首尾相连地接成环形电路都能产生自激
振荡,且 T=2ntpd
缺点,① 频率极高 （ 十几兆 ） ； ② 频率调整困难 。
改进,为增大延时, 增加 RC电路以获取较低的频率 。
34
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
(2)带 RC的 环形振荡器
自看 ！
请验证 T=2.2RC
注意,RS只起保护作用 。
35
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
3,晶体稳频多谐振荡器
前面介绍的多谐振荡器频率稳定性较
差, 因为：
① Vth本身就不稳定, 易受电源电压和温度
变化的影响；
② 电路的工作方式易受干扰, 造成电路状
态转换时间提前或滞后；
③ 在电路状态临近转换时, 电容的充, 放
电已经较缓慢, 此时转换电平微小的变
化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期 。
解决办法,通常采用晶体稳频 。
工作原理,石英晶体具有稳定的串联谐振频率 fs,电路中只有频率为 fs的信号
能够形成正反馈, 其它频率的信号将不能通过晶体形成反馈 。
频率稳定度,Δ fo/fo<10-7,并可达 10-10~10-11
36
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
4,由施密特触发器构成多谐振荡器
?
?
?
???
TDD
TDD
W VV
VVRCt ln
1
?
?
?
???
T
T
W V
VRCt
0
0ln
2
37
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主要内容
?10.1 脉冲信号与脉冲电路
?10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
38
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10.3 555定时器及其应用
555定时器是一种多用途的 数字模拟混合集成电路,
用它可方便地构成施密特触发器, 单稳态触发器和多谐
振荡器, 由于它使用灵活, 方便, 因此在波形变换与产
生, 测量与控制, 家用电器, 电子玩具等许多领域都得
到了应用 。
§ 10.3.1 555定时器的电路结构
39
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10.3 555定时器及其应用
C1C2—— 电压比较器
G1G2—— RS触发器
TD—— 集电极开路泄放三极管
G3—— 缓冲器, 提高带负载能力,
整形
/R—— 异步清零端
VI1—— 阈值端
VI2—— 触发端
Vo’—— 泄放端 (为外接电容提供充
放电回路 )
VCO—— 控制电压输入端
VCO悬空时,VCO接电压时：
VREF1= (2/3)VCC VREF1= VCC
VREF2= (1/3)VCC VREF2= (1/2)VCC
1,电路
40
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10.3 555定时器及其应用
R VI1 VI2 VO TD VC1 VC2
0 ? ? 0 导通 ? ?
1 >VR1 >VR2 0 导通 0 1
1 <VR1 >VR2 不变 不变 1 1
1 <VR1 <VR2 1 截止 1 0
1 >VR1 <VR2 0 导通 0 0
带负载能力 电源范围
555
(双极型 ) 200mA 5~16V
7555
(CMOS型 ) 4mA 3~18V
2,功能
41
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10.3 555定时器及其应用
3,特点
用可充放电的模拟电压经比较器获取对 RS触发器的
控制信号, 输出为数字信号 。
42
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10.3 555定时器及其应用
§ 10.3,2 用 555定时器构成施密特触发器
VI从 0上升：
① VI< (1/3)Vcc时 → {VC1=1,VC2=0}?Q=1,VO=VOH
② (1/3)Vcc<VI<(2/3)Vcc → {VC1=1,VC2=1}
?Q=1,VO=VOH
③ VI> (2/3)Vcc时 → {VC1=0,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
VI从 VCC下降：
① VI>(2/3)→ {VC1=0,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
② (1/3)<VI<(2/3)→ {VC1=1,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
③ VI<(1/3)→ {VC1=1,VC2=0}?Q=1,VO=VOH
43
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10.3 555定时器及其应用
§ 10.3,3 用 555定时器构成单稳态触发器
VI为高时,VO为低 —— 稳态，
VI为低时,VO为高 —— 暂态
工作原理：
① 上电后只要 VI=1则, 电路最终将处于稳态, 即 Q=0，
VO=0
?如果 Q=0→TD?→VC≈0?VC1=VC2=1?保持 Q=0
?如果 Q=1→TD?(对 C充电 )→VC↑ →VC=(2/3)VCC
?{VC1=0,VC2=1} ?置 Q=0
置 0后 →TD ? (C放电 ) → VC↓ →VC<(2/3)VCC
?{VC1=VC2=1} ?保持 Q=0
② VI2?→VI2<(1/3)VCC?{VC1=1,VC2=0}?{Q=1,VO=1，
VC↑ (C充电 )}?VC=(2/3)VCC?{VC1=0,VC2=1}?{置
Q=0,VO=0}
注意,① 如果 T<t,则 tW=t
② 如果 T>t,则 tW=T
T
t
44
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10.3 555定时器及其应用
tW的计算：
T
t
RCRC
V c cV c c
V c cRCt
W 1.13ln
3
2
0ln ???
?
???
注意,充电很慢，由 RC决定；放电很
快，经 TD低阻通道。
45
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C)RR(.
VV
VV
lnC)RR(t
CCCC
CCCC
W 21211 70
3
2
3
1
??
?
?
???
① 将 VI1与 VI2连在一起 →施密特触发器；
② 将 VO经 RC积分电路接回输入端 →多谐振荡器；
③ VO’与 VO具有相同的逻辑状态, 但的充放电能力很强,
所以用 VO’接 RC回路
④ 由于 VO’是集电极开路, 所以加接上拉电阻 R 1 。
10.3 555定时器及其应用
§ 10.3.,4 用 555→ 多谐振荡器
工作原理：
多谐振荡器积分电路施密特触发器 ?????? ??? RC55 5
CR.
V
V
lnCRt
CC
CC
W 222 70
3
10
3
20
?
?
?
??
46
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【 第十章 习题 】
P405：
2,4,7,8,10
第 10章 脉冲单元电路
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主要内容
10.1 脉冲信号与脉冲电路
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
2
重大通信
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
定义,持续时间极短的
电压或电流波形 。
(狭义定义 )
或,不具有连续正弦
波形状的信号 。
(广义定义 )
常见脉冲波形：
§ 10.1.1 脉冲信号
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
① 脉冲周期 T —— 周期性重要是脉冲序列中, 两个相邻脉冲之间的时
间间隔 。 f=1/T,脉冲重复的频率
② 脉冲幅度 Vm—— 脉冲电压的最大变化幅度 。
③ 脉冲宽度 tw —— 脉冲前沿 0.5Vm处至后沿 0.5Vm处的时间 。
④ 上升时间 tr —— 脉冲上升沿 0.1Vm到 0.9Vm处的时间 。
⑤ 下降时间 tf —— 脉冲下降沿 0.9Vm到 0.1Vm处的时间 。
⑥ 占空比 q —— q=tw /T
矩形波脉冲是最重要是脉冲，其主要描述参数如下：
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10.1 脉冲信号与脉冲电路
定义,用来产生和处理脉冲信号的电路 。
§ 10.1.2 脉冲电路
矩形脉冲的产生方法：
① 利用各种形式的多谐振荡器直接产生所需的矩形脉冲 。
② 通过各种整形电路把已有的周期性变化波形通过波形变换或
频率变换变换为所需的矩形脉冲 。
（ 前提,?有频率和幅度都符合要求的电压信号；
?必须由某信号产生所需的脉冲 ）
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主要内容
?10.1 脉冲信号与脉冲电路
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
6
重大通信
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
特点：
① 虽然叫触发器, 但输出端通
常只有一个, 用 Vo表示
② VT+≠VT-,其中,VT+叫正向
阈值电压, VT-叫负向阈值电
压, ΔVT= VT+-VT-,ΔVT叫回
差电压 。 该特性叫 滞后特性
§ 10.2.1 施密特触发器（ Schmitt Trigger）
③ 输出状态转换时均有正反馈
? 输出波形边沿陡峭 。
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
用途,
② 脉冲整形,利用特性 ② 可以有效地滤除叠加在高低电平上
的噪声 。
① 波形变换,利用 ②③ 特点, 该触发器可将边沿变化缓慢的
信号整形为边沿陡峭的矩形波 。
8
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
1,用 CMOS门构成施密特触发器
⑴ 电路：
G1,G2均为 CMOS门电路, 且,VTH=VDD/2,R1<R2
V I
V I
V O
V O
符号
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 原理,
∵CMOS 门, ∴ VOH=VDD, VOL=0, 且
Vth=VDD/2
? ? 00 211 ??????? ?? ODDOI VGVVGVa
? ?
DDTDDthT
DDOO
TthITII
VVVRRV
R
R
V
VVGVG
V
RR
R
VVVVVb
??????
??????
??? ??
?
?????
??
??
??
2
1
,1
0
21
2
1
211
21
2
当）（即：
正反馈
‘当
? ?
DDTthT
ODDO
DDTthITII
DDI
VVRRV
R
R
V
VGVVG
V
RR
R
V
RR
R
VVVVV
VVc
2
1
0,1
0
21
2
1
11
21
1
21
2
2
????
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??????
??? ??
?
?
?
?????
??
??
??
当即：
正反馈
’当
下降从当
????? ???
?????
正反馈
OOI VVV 1'
????? ???
?????
正反馈
OOI VVV 1'
10
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑶ 传输特性,
⑷ 回差电压 Δ VT
有关和与可见 21
2
1,2 RRVVRRVVV
TthTTT ????? ??
21
2
1
2
1
21
1
01
RR
VV
R
R
V
V
R
R
V
RR
DDthT
thT
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?
?
??
?
?
??
???
?
?
??
?
?
??
?
?
?
电路自锁，因此必须时当
11
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
2.用 TTL门构成施密特触发器
自看 ！
注意：
?计算 VT+,VT-时, 用翻转前的稳态电压计算；
?考虑 D的影响；
?用与非输入和增加 D的目的是提高 VT+,?VT, 因为 TTL的
Vth很小 (1.4v),所以与 CMOS构成方法不同 。
12
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
3,集成施密特触发器
⑴ CC40106（ CMOS六反相器施密特触发器 ）
改错！
13
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 74LS13（ 带与非功能的 TTL集成施密特触发器 ）
14
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
4,应用
⑴ 波形变换 定时抖动或漂移！
15
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑵ 脉冲整形
改错！
16
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
⑶ 脉冲鉴幅
即只将幅度大于某值的信号输出的功能 。
17
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
以前所学的 FF都是双稳态 FF,有 0和 1两个稳态 。
单稳态触发器特点：
① 有 稳态 和 暂稳态 两个不同的工作状态；
② 在外界触发脉冲的作用下,
§ 10.2.2 单稳态触发器
???? ???
?? ??
自动返回
触发脉冲 暂态即：稳态 )(
Wt
③ tw取决于电路参数,与触发脉冲无关 。
用途：
① 脉冲整形 （ 脉宽调整, 噪声滤除, F-V转换 ）
② 延时 （ 产生滞后于触发脉冲的输出脉冲 ）
③ 定时 （ 产生固定时间宽度的脉冲信号 ）
18
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1,集成门构成的单稳态触发器
⑴ 微分型 单稳态触发器
工作原理：
① 0~t1,稳态, （ VI=3.6V,V1=1.4V） ?V01=0.3V
VI2=0.3V ?V02=3.6V
② t=t1:VI出现负尖峰脉冲, 翻转为暂态,
即,当 V1脉冲过后, V02继续为低电平, 但此时 C
有较大的充电电流 。
????? ???
???????
正反馈
2211 OIO VVVV
③ t1~t2,暂态过程
该过程对 C充电 → VI2↓
19
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④ t=t2：
????? ???
???????? ?? ?
正反馈
时当充电
122
4.12
OOI
vV VVVI
此时 G1,G2均翻转
⑤ t>t2,C放电, 电路恢复, 恢复时间是 tre
tre≈( 3~5)RC
20
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⑥ tW的计算,
由电路分析可知, RC电路过渡过程在电容充,
放电过程中, 电容上的电压 VC从充放开始到变化至
某一数值 Vth所经过的时间可计算如下：
thVVc
VcVcRCt
??
???? ?
)(
)0()(ln
)()(
)0()(ln)(
22
22
WI
I
W tVV
VVCRRot
??
?????? ?
CRRo
CRRoCRRo
)(1.1
3ln)(4.13.0 6.33.0ln)(
??
????????
注意,P387中 式 (10-2-12)和 (10-2-13)的计算是按
CMOS的参数计算的 。
21
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⑦ 分辨时间 Td：
指在保证电路正常工作的前堤下, 允许两个相邻触发脉冲之
间的最小时间间隔 。
显然,Td=tW+tre
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
22
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⑵ 积分型 单稳态触发器
工作原理：
① 0~t1,稳态, VI=0V,VO1=VOH=V2,VO2=VOH
② t=t1:VI? ? G1G2翻转为暂态, 此时 V01=VO=VOL
③ t1~t2,暂态过程,电容放电 → V2↓
④ t= t2,V2<VTH?V0=VOH翻转
⑤ t2~t3,此时 VI仍为高, 电容继续放电
⑥ t =t3,VI=VOL,电容又开始充电, 经过 Tre后电
路又达到稳态 。
23
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⑦ tW的计算：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
CRoRCRoRVV VVCRoRt
THOL
OHOL
W )(1.14.13.0
6.33.0ln)(ln)( ??
?
????
?
????
⑧ tre的计算：
? ? CoRRt re )(5~3 ????
优点,抗干扰力较强 （ 尖峰脉冲的影响不大 ）
缺点,① 波形边沿较差 （ 无正反馈 ）, 因此要求输入信号的边沿陡峭 。
② 触发脉冲的宽度 > tW
G1门低电平
输出电阻
G1门高电平
输出电阻
⑦ 分辨时间 Td,Td=tW+tre
24
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⑶ 施密特触发器构成单稳态触发器
?
??
T
IH
W V
VRCt ln
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
改错！
25
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2,集成单稳态触发器
?74121,74221—— 不可重触发单稳态触发器 (符号如图 a)
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
?74122,74123—— 可重触发单稳态触发器 (符号如图 b)
?CC14528—— 可重触发单稳态触发器 （ CMOS）
26
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
BABA TRTRTRTR ???? ???
27
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
2k左右
28
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
29
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2,集成单稳态触发器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
改错！
0
1
改错！
改错！
TR-
TR+
改错！
30
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§ 10.2.3 多谐振荡器
定义,是一种自激振荡器, 不需要外加触发信号,
自动产生矩形波 。 由于矩形波高次谐波分
量很重, 所以叫多谐振荡器 。
1,电容正反馈多谐振荡器
(1) 工作原理：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
① 0~t1:（ 充电电路见图 10-2-25(b)P395）
设 Vd<Vth=1.4V→（ Va=VOH,Vb=VOL） → Va通过 R对 C
充电 →Vd↑→当 Vd=Vth时 → Vd↑→V a↓→V b↑ ?翻转
正反馈
② t1~t2,（ 放电电路见图 10-2-25(a)P395）
此时 Vd>Vth→（ Va=VOL,Vb=VOH） → Vb通过 R对 C反向
充电 →Vd↓→当 Vd=Vth时 → Vd↓→V a↑→V b↓ ?翻转
正反馈
31
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
32
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(2) T的计算：
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
s
CRoR
tVV
tVV
CRoRt
dd
dd
W
??????
?
??
???
??
??
???
?
?
?
4.157.3ln101 0 0 0)1001 0 0 0(
4.10
)6.34.1(0
ln)(
)()(
)()(
ln)(
12
2
1
1
s
CRRoR
tVV
tVV
CRRoRt
dd
dd
W
??????
?
??
???
??
??
???
?
?
?
84.06 3 6.2ln101 0 0 0]4 0 0 0//)1 0 01 0 0 0[(
4.16.3
)6.34.1(6.3
ln]//)[(
)()(
)()(
ln]//)[(
12
1
3
2
12
k H zTf
sssttT WW
4 4 61
24.284.04.121
??
????????
33
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2,带 RC定时电路的环形振荡器
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
(1)环形振荡器
原理,任何大于等于 3的奇数个反相器首尾相连地接成环形电路都能产生自激
振荡,且 T=2ntpd
缺点,① 频率极高 （ 十几兆 ） ； ② 频率调整困难 。
改进,为增大延时, 增加 RC电路以获取较低的频率 。
34
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
(2)带 RC的 环形振荡器
自看 ！
请验证 T=2.2RC
注意,RS只起保护作用 。
35
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
3,晶体稳频多谐振荡器
前面介绍的多谐振荡器频率稳定性较
差, 因为：
① Vth本身就不稳定, 易受电源电压和温度
变化的影响；
② 电路的工作方式易受干扰, 造成电路状
态转换时间提前或滞后；
③ 在电路状态临近转换时, 电容的充, 放
电已经较缓慢, 此时转换电平微小的变
化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期 。
解决办法,通常采用晶体稳频 。
工作原理,石英晶体具有稳定的串联谐振频率 fs,电路中只有频率为 fs的信号
能够形成正反馈, 其它频率的信号将不能通过晶体形成反馈 。
频率稳定度,Δ fo/fo<10-7,并可达 10-10~10-11
36
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10.2 集成门构成的脉冲单元电路
4,由施密特触发器构成多谐振荡器
?
?
?
???
TDD
TDD
W VV
VVRCt ln
1
?
?
?
???
T
T
W V
VRCt
0
0ln
2
37
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主要内容
?10.1 脉冲信号与脉冲电路
?10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
第 10章 脉冲单元电路
38
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10.3 555定时器及其应用
555定时器是一种多用途的 数字模拟混合集成电路,
用它可方便地构成施密特触发器, 单稳态触发器和多谐
振荡器, 由于它使用灵活, 方便, 因此在波形变换与产
生, 测量与控制, 家用电器, 电子玩具等许多领域都得
到了应用 。
§ 10.3.1 555定时器的电路结构
39
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10.3 555定时器及其应用
C1C2—— 电压比较器
G1G2—— RS触发器
TD—— 集电极开路泄放三极管
G3—— 缓冲器, 提高带负载能力,
整形
/R—— 异步清零端
VI1—— 阈值端
VI2—— 触发端
Vo’—— 泄放端 (为外接电容提供充
放电回路 )
VCO—— 控制电压输入端
VCO悬空时,VCO接电压时：
VREF1= (2/3)VCC VREF1= VCC
VREF2= (1/3)VCC VREF2= (1/2)VCC
1,电路
40
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10.3 555定时器及其应用
R VI1 VI2 VO TD VC1 VC2
0 ? ? 0 导通 ? ?
1 >VR1 >VR2 0 导通 0 1
1 <VR1 >VR2 不变 不变 1 1
1 <VR1 <VR2 1 截止 1 0
1 >VR1 <VR2 0 导通 0 0
带负载能力 电源范围
555
(双极型 ) 200mA 5~16V
7555
(CMOS型 ) 4mA 3~18V
2,功能
41
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10.3 555定时器及其应用
3,特点
用可充放电的模拟电压经比较器获取对 RS触发器的
控制信号, 输出为数字信号 。
42
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10.3 555定时器及其应用
§ 10.3,2 用 555定时器构成施密特触发器
VI从 0上升：
① VI< (1/3)Vcc时 → {VC1=1,VC2=0}?Q=1,VO=VOH
② (1/3)Vcc<VI<(2/3)Vcc → {VC1=1,VC2=1}
?Q=1,VO=VOH
③ VI> (2/3)Vcc时 → {VC1=0,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
VI从 VCC下降：
① VI>(2/3)→ {VC1=0,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
② (1/3)<VI<(2/3)→ {VC1=1,VC2=1}?Q=0,VO=VOL
③ VI<(1/3)→ {VC1=1,VC2=0}?Q=1,VO=VOH
43
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10.3 555定时器及其应用
§ 10.3,3 用 555定时器构成单稳态触发器
VI为高时,VO为低 —— 稳态，
VI为低时,VO为高 —— 暂态
工作原理：
① 上电后只要 VI=1则, 电路最终将处于稳态, 即 Q=0，
VO=0
?如果 Q=0→TD?→VC≈0?VC1=VC2=1?保持 Q=0
?如果 Q=1→TD?(对 C充电 )→VC↑ →VC=(2/3)VCC
?{VC1=0,VC2=1} ?置 Q=0
置 0后 →TD ? (C放电 ) → VC↓ →VC<(2/3)VCC
?{VC1=VC2=1} ?保持 Q=0
② VI2?→VI2<(1/3)VCC?{VC1=1,VC2=0}?{Q=1,VO=1，
VC↑ (C充电 )}?VC=(2/3)VCC?{VC1=0,VC2=1}?{置
Q=0,VO=0}
注意,① 如果 T<t,则 tW=t
② 如果 T>t,则 tW=T
T
t
44
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10.3 555定时器及其应用
tW的计算：
T
t
RCRC
V c cV c c
V c cRCt
W 1.13ln
3
2
0ln ???
?
???
注意,充电很慢，由 RC决定；放电很
快，经 TD低阻通道。
45
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C)RR(.
VV
VV
lnC)RR(t
CCCC
CCCC
W 21211 70
3
2
3
1
??
?
?
???
① 将 VI1与 VI2连在一起 →施密特触发器；
② 将 VO经 RC积分电路接回输入端 →多谐振荡器；
③ VO’与 VO具有相同的逻辑状态, 但的充放电能力很强,
所以用 VO’接 RC回路
④ 由于 VO’是集电极开路, 所以加接上拉电阻 R 1 。
10.3 555定时器及其应用
§ 10.3.,4 用 555→ 多谐振荡器
工作原理：
多谐振荡器积分电路施密特触发器 ?????? ??? RC55 5
CR.
V
V
lnCRt
CC
CC
W 222 70
3
10
3
20
?
?
?
??
46
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【 第十章 习题 】
P405：
2,4,7,8,10
第 10章 脉冲单元电路
