数字电子技术
湖南计算机高等专科学校
李中发 胡锦 制作
第 4章 脉冲信号的
产生与整形
学习要点,
? 555定时器的工作原理及逻辑功能
?由 555定时器构成单稳、多谐、施密特触
发器的方法
第 4章 脉冲信号的
产生与整形
4.1 多谐振荡器
4.2 单稳态触发器
4.3 施密特触发器
退出
4.1 多谐振荡器
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
4.1.2 由 555定时器构成的多谐振荡器
4.1.3 多谐振荡器的应用
退出
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1,RC环形多谐振荡器
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1
t
2
t
3
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b ) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
在 t1时刻, ui1（ uo） 由 0变为 1,于是 uo1（ ui2） 由 1变为 0,uo2由 0变
为 1。 由于电容电压不能跃变, 故 ui3必定跟随 ui2发生负跳变 。 这
个低电平保持 uo为 1,以维持已进入的这个暂稳态 。
在这个暂稳态期间, uo2（ 高电平 ） 通过电阻 R对电容 C充电, 使
ui3逐渐上升 。 在 t2时刻, ui3上升到门电路的阈值电压 UT,使 uo
（ ui1） 由 1变为 0,uo1（ ui2） 由 0变为 1,uo2由 1变为 0。 同样由于电
容电压不能跃变, 故 ui3跟随 ui2发生正跳变 。 这个高电平保持 uo为 0。
至此, 第一个暂稳态结束, 电路进入第二个暂稳态 。
第一暂稳态及其自
动翻转的工作过程
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b ) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
第二暂稳态及其自
动翻转的工作过程
在 t2时刻, uo2变为低电平, 电容 C开始通过电阻 R放电 。 随着放
电的进行, ui3逐渐下降 。 在 t3时刻, ui3下降到 UT,使 uo（ ui1） 又
由 0变为 1,第二个暂稳态结束, 电路返回到第一个暂稳态, 又
开始重复前面的过程 。
造成振荡器自动翻转的原因是电容 C 的充放电。
振荡周期为,T ≈ 2, 2 RC
u
i 1
u
o 1
u
i 2
u
o
0
( a ) 电路图
& &
R
C
u
o
u
i 1
t
t
t
( b ) 波形图
0
0
G
1
G
2
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
2,CMOS多谐振荡器
在 t1时刻, uo由 0变为 1,由于电容电压不能跃变, 故 ui1必定跟随
uo发生正跳变, 于是 ui2（ uo1） 由 1变为 0。 这个低电平保持 uo为 1，
以维持已进入的这个暂稳态 。 在这个暂稳态期间, 电容 C通过电
阻 R放电, 使 ui1逐渐下降 。 在 t2时刻, ui1上升到门电路的开启电
压 UT,使 uo1（ ui2） 由 0变为 1,uo由 1变为 0。 同样由于电容电压
不能跃变, 故 ui1跟随 uo发生负跳变, 于是 ui2（ uo1） 由 0变为 1。 这
个高电平保持 uo为 0。 至此, 第一个暂稳态结束, 电路进入第二
个暂稳态 。
第一暂稳态及其自
动翻转的工作过程
u
i 1
u
o 1
u
i 2
u
o
0
( a ) 电路图
& &
R
C
u
o
u
i 1
t
t
t
( b ) 波形图
0
0
G
1
G
2
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
第二暂稳态及其自
动翻转的工作过程
在 t2时刻, uo1变为高电平, 这个高电平通过电阻 R对电容 C充电 。
随着放电的进行, ui1逐渐上升 。 在 t3时刻, ui1上升到 UT,使 uo
（ ui1） 又由 0变为 1,第二个暂稳态结束, 电路返回到第一个暂
稳态, 又开始重复前面的过程 。
若 U T ＝ 0, 5 V DD,振荡周期为：
T ≈ 1, 4 RC
& &
R
1
C
2
R
2
C
1
u
o
f
(a ) 石英晶体多谐振荡器 (b) 石英晶体阻抗频率特性
0
X
f
0
电
容
性
电
感
性
3,石英晶体 多谐振荡器
电阻 R1,R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性
放大区 。 对 TTL反相器, 常取 R1＝ R2＝ R＝ 0.7 kΩ～ 2kΩ,而对
于 CMOS门, 则常取 R1＝ R2＝ R＝ 10kΩ～ 100kΩ； C1＝ C2＝ C
是耦合电容, 它们的容抗在石英晶体谐振频率 f0时可以忽略不
计；石英晶体构成选频环节 。
振荡频率等于石英晶体的谐振频率 f0。
4.1.2 由 555定时器构成的多谐振荡器
1,555定时器
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
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～ 16V
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
0
0
1
① R=0时,Q=1,uo=0,T导通。
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＞ 2VCC/3
＞ VCC/3
0 0
0 1
1
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＜ 2VCC/3
＞ VCC/3
1 0
0 1
1
③ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=1,C2=1，
Q,Q不变,uo不变,T状态不变。
1
1
0
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＜ 2VCC/3
＜ VCC/3
1 1
1 0
0
③ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=1,C2=1，
Q,Q不变,uo不变,T状态不变。
④ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＜ VCC/3时,C1=1,C2=0，
Q=0,Q=1,uo=1,T截止。
C
R
1
u
c
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
R
2
u
c
u
o
t
t
t
P1
t
P2
0
V
CC
/ 3
2 V
CC
/ 3
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
2、由 555定时器构成的多谐振荡器
接通 VCC后, VCC经 R1和 R2对 C充电 。 当 uc上升到 2VCC/3时, uo=0，
T导通, C通过 R2和 T放电, uc下降 。 当 uc下降到 VCC/3时, uo又由 0
变为 1,T截止, VCC又经 R1和 R2对 C充电 。 如此重复上述过程, 在
输出端 uo产生了连续的矩形脉冲 。
C
R
1
u
c
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
R
2
u
c
u
o
t
t
t
P1
t
P2
0
V
CC
/ 3
2 V
CC
/ 3
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
第一个暂稳态的脉冲宽度 t p1,即 u c 从 V CC /3 充电上升到 2V CC /3 所需的时间：
t p1 ≈ 0, 7 ( R 1 + R 2 ) C
第二个暂稳态的脉冲宽度 t p2,即 u c 从 2V CC /3 放电下降到 V CC /3 所需的时间：
t p2 ≈ 0, 7 R 2 C
振荡周期,T ＝ t p1 ＋ t p2 ≈ 0, 7 ( R 1 ＋ 2 R 2 ) C
& &
R
1
C
2
R
2
C
1
&
f
0
f
1
f
2
f
1 4
f
32 76 8H z 16 38 4H z 81 92 H z 2H z 1H z
C1 C1 C1 C1
FF
1
FF
2
FF
1 4
FF
15
Q
1
Q
2
Q
1 4
Q
15
4.1.3 多谐振荡器的应用
秒
信
号
发
生
器
多
谐
振
荡
器
分
频
电
路
C
1
R
1
u
o1
8 4
7 3
6 555 Ⅰ
2 5
1
0.01 μ F
u
o1
V
CC
R
2
(a ) 电路
(b) 工作波形
C
2
R
3
u
o2
8 4
7 3
6 555 Ⅱ
2 5
1
0.01 μ F
u
o2
R
4
C
模拟声响电路
将振荡器 Ⅰ 的输出电压 uo1，接到振荡器 Ⅱ 中 555定时器的复
位端（ 4脚），当 uo1为高电平时振荡器 Ⅱ 振荡，为低电平时
555定时器复位，振荡器 Ⅱ 停止震荡。
本节小结,
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。
多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由 555定时
器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本 RS触发器
在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。
RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以
又称为无稳电路。
在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂
稳态，其, 触发, 信号是由电路内部电容充（放）电
提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡
周期与电路的阻容元件有关。
555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，
多用于脉冲产生、整形及定时等。
4.2 单稳态触发器
4.2.1 由门电路构成的单稳态触发器
4.2.2 由 555定时器构成的单稳态触发器
4.2.3 单稳态触发器的应用
退出
单稳态触发器在数字电路中一般用于 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 ）
以及 延时 （ 把输入信号延迟一定时间后输出 ）
等 。
单稳态触发器具有下列特点,
（ 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。
4.2.1 由门电路构成的单稳态触发器
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
1,微分型单稳态触发器
（ 1） 没有触发信号时电路工作在稳态
当没有触发信号时, ui为低电平 。 因为门 G2的输入端经电阻 R接
至 VDD,VA为高电平, 因此 uo2为低电平；门 G1的两个输入均为 0，
其输出 uo1为高电平, 电容 C两端的电压接近为 0。 这是电路的稳
态, 在触发信号到来之前, 电路一直处于这个状态,uo1＝ 1,uo2
＝ 0。
0 0 1 1
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
1 1 0
（ 2） 外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态
当正触发脉冲 ui到来时, 门 G1输出 uo1由 1变为 0。 由于电容电压不
能跃变, uA也随之跳变到低电平, 使门 G2的输出 uO2变为 1。 这个
高电平反馈到门 G1的输入端, 此时即使 ui的触发信号撤除, 仍能
维持门 G1的低电平输出 。 但是电路的这种状态是不能长久保持的,
所以称为暂稳态 。 暂稳态时, uo1＝ 0,uo2＝ 1。
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
0 0 1 1
（ 3） 电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态
在暂稳态期间, VDD经 R和 G1的导通工作管对 C充电, 随着充电的
进行, C上的电荷逐渐增多, 使 uA升高 。 当 uA上升到阈值电压 UT
时, G2的输出 uo2由 1变为 0。 由于这时 G1输入触发信号已经过去,
G1的输出状态只由 uo2决定, 所以 G1又返回到稳定的高电平输出 。
uA随之向正方向跳变, 加速了 G2的输出向低电平变化 。 最后使电
路退出暂稳态而进入稳态, 此时 uo1＝ 1,uo2＝ 0。
脉冲宽度,tp=0.7RC
u
i
C
u
A
≥ 1 ≥ 1
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
C
1
R
1
电路的改进
当 ui的宽度很宽时, 可在单稳态触发器的输入端加一个
RC微分电路, 否则, 在电路由暂稳态返回到稳态时,
由于门 G1被 ui封住了, 会使 uo2的下降沿变缓 。
u
A
u
o2
u
i
C
≥ 1
≥ 1
(a ) 电路
(b ) 波形
R
G
1 G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
T
0
0
0
0
t
P
2,积分型单稳态触发器
稳态时, ui＝ 1,G1,G2均导通 。 uo1＝ 0,uA＝ 0,uo2＝ 0。
ui负跳变到 0时, G1截止, uo1随之跳变到 1。 由于电容电压不
能跃变, uA仍为 0,故门 G2截止, uo2跳变到 1。 在 G1,G2截止时,
C通过 R和 G1的导通管放电, 使 uA逐渐上升 。 当 uA上升到管子的
开启电压 UT时, 如果 ui仍为低电平, G2导通, uo2变为 0。 当 ui回
到高电平后, G1导通, C又通过 R和 G1的导通管充电, 电路恢复
到稳定状态 。
3,集成单稳态触发器
(a ) 74121 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74121
1 2 3 4 5 6 7
R
e x t
/ C
e x t
V
CC
NC
NC
C
ex t
R
in
NC
Q NC T R
- Ａ
TR
-B
T R
+
Q G ND
TR-A,TR-B是两个下降沿有效
的触发信号输入端, TR+是上
升沿有效的触发信号输入端 。
Q和是两个状态互补的输出端 。
Rext/Cext,Cext是外接定时电阻
和电容的连接端, 外接定时
电阻 R（ R=1.4kΩ～ 40kΩ） 接
在 VCC和 Rext/Cext之间, 外接定
时电容 C（ C=10pF～ 10μF）
接在 Cext（ 正 ） 和 Rext/Cext之间 。
74121内部已设置了一个 2kΩ
的定时电阻, Rin是其引出端,
使用时只需将 Rin与 VCC连接起
来即可, 不用时则应将 Rin开
路 。 74121的输出脉冲宽度,t
p≈0.7RC
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74122
1 2 3 4 5 6 7
( b) 74 12 2 的引脚排列图
T R
- Ａ
TR
-B
T R
+ A
T R
+ B
R
D
Q
G ND
R
e x t
/ C
e x t
V
CC
NC
C
e x t
NC R
in
Q
TR-A,TR-B是两个下降沿有
效的触发信号输入端, TR+A、
TR+B是两个上升沿有效的触
发信号输入端 。 Q和是两个
状 态 互 补 的 输 出 端 。
Rext/Cext,Cext,Rin3个引出
端是供外接定时元件使用的,
外接定时电阻 R（ R=5kΩ～
50kΩ）, 电容 C（ 无限制 ）
的接法与 74121相同 。 RD为
直接复位输入端, 低电平有
效 。
当定时电容 C＞ 1000pF时,
74122的输出脉冲宽度,
tp≈0.32RC
4.2.2 由 555定时器构成的单稳态触发器
C
R
u
i
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.0 1 μ F
u
o
V
CC
u
i
u
o
t
t
t
P
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
c
t0
2 V
CC
/3
输出脉冲宽度 t p 。
t p ≈ 1, 1 RC
C
R
u
i
8 4
7 3
6 555
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
u
i
u
o
t
t
t
P
0
0
u
c
t0
2 V
CC
/3
接通 VCC后瞬间, VCC通过 R对 C充电, 当 uc上升到 2VCC/3时,
比较器 C1输出为 0,将触发器置 0,uo＝ 0。 这时 Q=1,放电管 T导
通, C通过 T放电, 电路进入稳态 。
ui到来时, 因为 ui＜ VCC/3,使 C2＝ 0,触发器置 1,uo又由 0变
为 1,电路进入暂稳态 。 由于此时 Q=0,放电管 T截止, VCC经 R对
C充电 。 虽然此时触发脉冲已消失, 比较器 C2的输出变为 1,但充
电继续进行, 直到 uc上升到 2VCC/3时, 比较器 C1输出为 0,将触发
器置 0,电路输出 uo＝ 0,T导通, C放电, 电路恢复到稳定状态 。
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
4.2.３ 单稳态触发器的应用
u i
u o t p
延迟与定时
整
形
本节小结,
单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成
的单稳态触发器和基本 RS触发器在结构上也极为
相似，只有用于反馈的耦合网络不同。
单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由
555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳
态过渡到稳态，其, 触发, 信号也是由电路内部
电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉
冲宽度也由电路的阻容元件决定。
单稳态触发器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，用途
很广。
4.3 施密特触发器
4.3.1 由门电路构成的施密特触发器
4.3.2 由 555定时器构成的施密特触发器
4.3.3 施密特触发器的应用
退出
4.3.1 由门电路构成的施密特触发器
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合
于数字电路需要的矩形脉冲的电路 。 1 &
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
0
0
1
1
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
0
1
1
1
（ 2 ） u i ＝ U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为高电
平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
1
1
0
0
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
0
1
1
0
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 4 ） u i 上升到最大值后下降时，若 u i 下降到 U T, R ＝ 1 。S =1, RS 触发器不
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
0
0
1
1
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 4 ） u i 上升到最大值后下降时，若 u i 下降到 U T, R ＝ 1 。S =1, RS 触发器不
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（ 5 ） u i 继续下降到 U T- =U T -U D = 0, 7V 时,R ＝ 1,S ＝ 0, RS 触发器翻转，
u o 为高电平，电路返回到第一种稳态。
u
ou i
(b ) 逻辑符号(a ) 传输特性
u
i
u
o
U
T － U T+
0
下限阈值电压 上限阈值电压
回差电压 （ 滞后电压 ）,
ΔUT＝ UT＋ － UT－
前面介绍的施密特触发器的回差电压为,
ΔUT＝ UT＋ － UT－ ＝ UT－ (UT－ UD)＝ UD＝ 0.7V
缺点是回差太小, 且不能调整 。
( a ) 4 0 1 0 6 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
40106
1 2 3 4 5 6 7
V
DD
4 A
4 Y
5 A
5 Y
6 A
6 Y
1 A 1 Y 2 A 2 Y 3 A 3 Y V
SS
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
4093
1 2 3 4 5 6 7
( b ) 4 0 9 3 的引脚排列图
V
DD
3 A
3 B
3 Y
4 Y
4 B
4 A
1 A 1 B 1 Y 2 Y 2 B 2 A V
SS
( a ) 74 14 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
7414
1 2 3 4 5 6 7
V
CC
4 A
4 Y
5 A
5 Y
6 A
6 Y
1 A 1 Y 2 A 2 Y 3 A 3 Y G N D
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74132
1 2 3 4 5 6 7
( b) 74 13 2 的引脚排列图
V
CC
3 A
3 B
3 Y
4 A
4 B
4 Y
1 A 1 B 1 Y 2 A 2 B 2 Y G N D
集
成
施
密
特
触
发
器
4.3.2 由 555定时器构成的施密特触发器
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
（ 2 ） u i 升高到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 0, C 2 输出为 1,触发器置 0,即
Q ＝ 0, 1?Q, u o1 = u o =0 。此后,u i 上升到 V CC,然后再降低，但在未到达
V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 0 的状态不会改变。
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
（ 2 ） u i 升高到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 0, C 2 输出为 1,触发器置 0,即
Q ＝ 0, 1?Q, u o1 = u o =0 。此后,u i 上升到 V CC,然后再降低，但在未到达
V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 0 的状态不会改变。
（ 3 ） u i 下降到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 1, C 2 输出为 0,触发器置 1,
即 Q ＝ 1, 0?Q, u o1 = u o =1 。此后,u i 继续下降到 0,但 u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态
不会改变。
4.3.3 施密特触发器的应用
C M O S
MOC 等
正弦波
振荡器
1
1
( a ) 慢输入波形的 TTL 系统接口 ( b ) 整形电路的输入、输出波形
输入
输出
U T+
U T
－
1
输入
输出
U T+
U T
－
(c ) 幅度鉴别的输入、输出波形 (d ) 多谐振荡器
C
R
u c
u' o
u o
本节小结,
施密特触发器是一种能够把输入波
形整形成为适合于数字电路需要的矩形
脉冲的电路 。 而且由于具有滞回特性,
所以抗干扰能力也很强 。
施密特触发器可以由分立元件构成,
也可以由门电路及 555定时器构成 。
施密特触发器在脉冲的产生和整形
电路中应用很广 。
湖南计算机高等专科学校
李中发 胡锦 制作
第 4章 脉冲信号的
产生与整形
学习要点,
? 555定时器的工作原理及逻辑功能
?由 555定时器构成单稳、多谐、施密特触
发器的方法
第 4章 脉冲信号的
产生与整形
4.1 多谐振荡器
4.2 单稳态触发器
4.3 施密特触发器
退出
4.1 多谐振荡器
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
4.1.2 由 555定时器构成的多谐振荡器
4.1.3 多谐振荡器的应用
退出
4.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1,RC环形多谐振荡器
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1
t
2
t
3
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b ) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
在 t1时刻, ui1（ uo） 由 0变为 1,于是 uo1（ ui2） 由 1变为 0,uo2由 0变
为 1。 由于电容电压不能跃变, 故 ui3必定跟随 ui2发生负跳变 。 这
个低电平保持 uo为 1,以维持已进入的这个暂稳态 。
在这个暂稳态期间, uo2（ 高电平 ） 通过电阻 R对电容 C充电, 使
ui3逐渐上升 。 在 t2时刻, ui3上升到门电路的阈值电压 UT,使 uo
（ ui1） 由 1变为 0,uo1（ ui2） 由 0变为 1,uo2由 1变为 0。 同样由于电
容电压不能跃变, 故 ui3跟随 ui2发生正跳变 。 这个高电平保持 uo为 0。
至此, 第一个暂稳态结束, 电路进入第二个暂稳态 。
第一暂稳态及其自
动翻转的工作过程
0
(a ) 电路图
& &
u
i 1
u
i 2
u
o 2
u
i 3
u
o
R
R
S
C
u
o
( u
i 1
)
u
o2
u
i 3
t
t
t
t
(b ) 波形图
0
0
0
G
1
G
2
&
G
3
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
第二暂稳态及其自
动翻转的工作过程
在 t2时刻, uo2变为低电平, 电容 C开始通过电阻 R放电 。 随着放
电的进行, ui3逐渐下降 。 在 t3时刻, ui3下降到 UT,使 uo（ ui1） 又
由 0变为 1,第二个暂稳态结束, 电路返回到第一个暂稳态, 又
开始重复前面的过程 。
造成振荡器自动翻转的原因是电容 C 的充放电。
振荡周期为,T ≈ 2, 2 RC
u
i 1
u
o 1
u
i 2
u
o
0
( a ) 电路图
& &
R
C
u
o
u
i 1
t
t
t
( b ) 波形图
0
0
G
1
G
2
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
2,CMOS多谐振荡器
在 t1时刻, uo由 0变为 1,由于电容电压不能跃变, 故 ui1必定跟随
uo发生正跳变, 于是 ui2（ uo1） 由 1变为 0。 这个低电平保持 uo为 1，
以维持已进入的这个暂稳态 。 在这个暂稳态期间, 电容 C通过电
阻 R放电, 使 ui1逐渐下降 。 在 t2时刻, ui1上升到门电路的开启电
压 UT,使 uo1（ ui2） 由 0变为 1,uo由 1变为 0。 同样由于电容电压
不能跃变, 故 ui1跟随 uo发生负跳变, 于是 ui2（ uo1） 由 0变为 1。 这
个高电平保持 uo为 0。 至此, 第一个暂稳态结束, 电路进入第二
个暂稳态 。
第一暂稳态及其自
动翻转的工作过程
u
i 1
u
o 1
u
i 2
u
o
0
( a ) 电路图
& &
R
C
u
o
u
i 1
t
t
t
( b ) 波形图
0
0
G
1
G
2
u
i 2
( u
o1
)
U
T
t
1 t 2 t 3
第二暂稳态及其自
动翻转的工作过程
在 t2时刻, uo1变为高电平, 这个高电平通过电阻 R对电容 C充电 。
随着放电的进行, ui1逐渐上升 。 在 t3时刻, ui1上升到 UT,使 uo
（ ui1） 又由 0变为 1,第二个暂稳态结束, 电路返回到第一个暂
稳态, 又开始重复前面的过程 。
若 U T ＝ 0, 5 V DD,振荡周期为：
T ≈ 1, 4 RC
& &
R
1
C
2
R
2
C
1
u
o
f
(a ) 石英晶体多谐振荡器 (b) 石英晶体阻抗频率特性
0
X
f
0
电
容
性
电
感
性
3,石英晶体 多谐振荡器
电阻 R1,R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性
放大区 。 对 TTL反相器, 常取 R1＝ R2＝ R＝ 0.7 kΩ～ 2kΩ,而对
于 CMOS门, 则常取 R1＝ R2＝ R＝ 10kΩ～ 100kΩ； C1＝ C2＝ C
是耦合电容, 它们的容抗在石英晶体谐振频率 f0时可以忽略不
计；石英晶体构成选频环节 。
振荡频率等于石英晶体的谐振频率 f0。
4.1.2 由 555定时器构成的多谐振荡器
1,555定时器
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
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～ 16V
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
0
0
1
① R=0时,Q=1,uo=0,T导通。
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＞ 2VCC/3
＞ VCC/3
0 0
0 1
1
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＜ 2VCC/3
＞ VCC/3
1 0
0 1
1
③ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=1,C2=1，
Q,Q不变,uo不变,T状态不变。
1
1
0
1
&
& &
CO
TH
TR
+ V
CC
u
O
D
5k Ω
5k Ω
5k Ω
C
1
C
2
G
1
G
2
G
3
T
+
+
－
－
2
6
5
8 4
3
7
R
Q
Q
① R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
② R=1,UTH＞ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=0,C2=1，
Q=1,Q=0,uo=0,T饱和导通。
＜ 2VCC/3
＜ VCC/3
1 1
1 0
0
③ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＞ VCC/3时,C1=1,C2=1，
Q,Q不变,uo不变,T状态不变。
④ R=1,UTH＜ 2VCC/3,UTR＜ VCC/3时,C1=1,C2=0，
Q=0,Q=1,uo=1,T截止。
C
R
1
u
c
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
R
2
u
c
u
o
t
t
t
P1
t
P2
0
V
CC
/ 3
2 V
CC
/ 3
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
2、由 555定时器构成的多谐振荡器
接通 VCC后, VCC经 R1和 R2对 C充电 。 当 uc上升到 2VCC/3时, uo=0，
T导通, C通过 R2和 T放电, uc下降 。 当 uc下降到 VCC/3时, uo又由 0
变为 1,T截止, VCC又经 R1和 R2对 C充电 。 如此重复上述过程, 在
输出端 uo产生了连续的矩形脉冲 。
C
R
1
u
c
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
R
2
u
c
u
o
t
t
t
P1
t
P2
0
V
CC
/ 3
2 V
CC
/ 3
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
第一个暂稳态的脉冲宽度 t p1,即 u c 从 V CC /3 充电上升到 2V CC /3 所需的时间：
t p1 ≈ 0, 7 ( R 1 + R 2 ) C
第二个暂稳态的脉冲宽度 t p2,即 u c 从 2V CC /3 放电下降到 V CC /3 所需的时间：
t p2 ≈ 0, 7 R 2 C
振荡周期,T ＝ t p1 ＋ t p2 ≈ 0, 7 ( R 1 ＋ 2 R 2 ) C
& &
R
1
C
2
R
2
C
1
&
f
0
f
1
f
2
f
1 4
f
32 76 8H z 16 38 4H z 81 92 H z 2H z 1H z
C1 C1 C1 C1
FF
1
FF
2
FF
1 4
FF
15
Q
1
Q
2
Q
1 4
Q
15
4.1.3 多谐振荡器的应用
秒
信
号
发
生
器
多
谐
振
荡
器
分
频
电
路
C
1
R
1
u
o1
8 4
7 3
6 555 Ⅰ
2 5
1
0.01 μ F
u
o1
V
CC
R
2
(a ) 电路
(b) 工作波形
C
2
R
3
u
o2
8 4
7 3
6 555 Ⅱ
2 5
1
0.01 μ F
u
o2
R
4
C
模拟声响电路
将振荡器 Ⅰ 的输出电压 uo1，接到振荡器 Ⅱ 中 555定时器的复
位端（ 4脚），当 uo1为高电平时振荡器 Ⅱ 振荡，为低电平时
555定时器复位，振荡器 Ⅱ 停止震荡。
本节小结,
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。
多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由 555定时
器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本 RS触发器
在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。
RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以
又称为无稳电路。
在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂
稳态，其, 触发, 信号是由电路内部电容充（放）电
提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡
周期与电路的阻容元件有关。
555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，
多用于脉冲产生、整形及定时等。
4.2 单稳态触发器
4.2.1 由门电路构成的单稳态触发器
4.2.2 由 555定时器构成的单稳态触发器
4.2.3 单稳态触发器的应用
退出
单稳态触发器在数字电路中一般用于 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 ）
以及 延时 （ 把输入信号延迟一定时间后输出 ）
等 。
单稳态触发器具有下列特点,
（ 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。
4.2.1 由门电路构成的单稳态触发器
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
1,微分型单稳态触发器
（ 1） 没有触发信号时电路工作在稳态
当没有触发信号时, ui为低电平 。 因为门 G2的输入端经电阻 R接
至 VDD,VA为高电平, 因此 uo2为低电平；门 G1的两个输入均为 0，
其输出 uo1为高电平, 电容 C两端的电压接近为 0。 这是电路的稳
态, 在触发信号到来之前, 电路一直处于这个状态,uo1＝ 1,uo2
＝ 0。
0 0 1 1
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
1 1 0
（ 2） 外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态
当正触发脉冲 ui到来时, 门 G1输出 uo1由 1变为 0。 由于电容电压不
能跃变, uA也随之跳变到低电平, 使门 G2的输出 uO2变为 1。 这个
高电平反馈到门 G1的输入端, 此时即使 ui的触发信号撤除, 仍能
维持门 G1的低电平输出 。 但是电路的这种状态是不能长久保持的,
所以称为暂稳态 。 暂稳态时, uo1＝ 0,uo2＝ 1。
u
i
C
u
A
≥ 1
( a ) 电路
( b ) 波形
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
DD
0
0
0
0
t
P
≥ 1
0 0 1 1
（ 3） 电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态
在暂稳态期间, VDD经 R和 G1的导通工作管对 C充电, 随着充电的
进行, C上的电荷逐渐增多, 使 uA升高 。 当 uA上升到阈值电压 UT
时, G2的输出 uo2由 1变为 0。 由于这时 G1输入触发信号已经过去,
G1的输出状态只由 uo2决定, 所以 G1又返回到稳定的高电平输出 。
uA随之向正方向跳变, 加速了 G2的输出向低电平变化 。 最后使电
路退出暂稳态而进入稳态, 此时 uo1＝ 1,uo2＝ 0。
脉冲宽度,tp=0.7RC
u
i
C
u
A
≥ 1 ≥ 1
u
o2
R
G
1
G
2
u
o1
V
DD
C
1
R
1
电路的改进
当 ui的宽度很宽时, 可在单稳态触发器的输入端加一个
RC微分电路, 否则, 在电路由暂稳态返回到稳态时,
由于门 G1被 ui封住了, 会使 uo2的下降沿变缓 。
u
A
u
o2
u
i
C
≥ 1
≥ 1
(a ) 电路
(b ) 波形
R
G
1 G
2
u
o1
V
DD
u
i
u
o1
u
A
u
o2
t
t
t
t
V
DD
V
T
0
0
0
0
t
P
2,积分型单稳态触发器
稳态时, ui＝ 1,G1,G2均导通 。 uo1＝ 0,uA＝ 0,uo2＝ 0。
ui负跳变到 0时, G1截止, uo1随之跳变到 1。 由于电容电压不
能跃变, uA仍为 0,故门 G2截止, uo2跳变到 1。 在 G1,G2截止时,
C通过 R和 G1的导通管放电, 使 uA逐渐上升 。 当 uA上升到管子的
开启电压 UT时, 如果 ui仍为低电平, G2导通, uo2变为 0。 当 ui回
到高电平后, G1导通, C又通过 R和 G1的导通管充电, 电路恢复
到稳定状态 。
3,集成单稳态触发器
(a ) 74121 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74121
1 2 3 4 5 6 7
R
e x t
/ C
e x t
V
CC
NC
NC
C
ex t
R
in
NC
Q NC T R
- Ａ
TR
-B
T R
+
Q G ND
TR-A,TR-B是两个下降沿有效
的触发信号输入端, TR+是上
升沿有效的触发信号输入端 。
Q和是两个状态互补的输出端 。
Rext/Cext,Cext是外接定时电阻
和电容的连接端, 外接定时
电阻 R（ R=1.4kΩ～ 40kΩ） 接
在 VCC和 Rext/Cext之间, 外接定
时电容 C（ C=10pF～ 10μF）
接在 Cext（ 正 ） 和 Rext/Cext之间 。
74121内部已设置了一个 2kΩ
的定时电阻, Rin是其引出端,
使用时只需将 Rin与 VCC连接起
来即可, 不用时则应将 Rin开
路 。 74121的输出脉冲宽度,t
p≈0.7RC
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74122
1 2 3 4 5 6 7
( b) 74 12 2 的引脚排列图
T R
- Ａ
TR
-B
T R
+ A
T R
+ B
R
D
Q
G ND
R
e x t
/ C
e x t
V
CC
NC
C
e x t
NC R
in
Q
TR-A,TR-B是两个下降沿有
效的触发信号输入端, TR+A、
TR+B是两个上升沿有效的触
发信号输入端 。 Q和是两个
状 态 互 补 的 输 出 端 。
Rext/Cext,Cext,Rin3个引出
端是供外接定时元件使用的,
外接定时电阻 R（ R=5kΩ～
50kΩ）, 电容 C（ 无限制 ）
的接法与 74121相同 。 RD为
直接复位输入端, 低电平有
效 。
当定时电容 C＞ 1000pF时,
74122的输出脉冲宽度,
tp≈0.32RC
4.2.2 由 555定时器构成的单稳态触发器
C
R
u
i
8 4
7 3
6 55 5
2 5
1
0.0 1 μ F
u
o
V
CC
u
i
u
o
t
t
t
P
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
c
t0
2 V
CC
/3
输出脉冲宽度 t p 。
t p ≈ 1, 1 RC
C
R
u
i
8 4
7 3
6 555
2 5
1
0.01 μ F
u
o
V
CC
u
i
u
o
t
t
t
P
0
0
u
c
t0
2 V
CC
/3
接通 VCC后瞬间, VCC通过 R对 C充电, 当 uc上升到 2VCC/3时,
比较器 C1输出为 0,将触发器置 0,uo＝ 0。 这时 Q=1,放电管 T导
通, C通过 T放电, 电路进入稳态 。
ui到来时, 因为 ui＜ VCC/3,使 C2＝ 0,触发器置 1,uo又由 0变
为 1,电路进入暂稳态 。 由于此时 Q=0,放电管 T截止, VCC经 R对
C充电 。 虽然此时触发脉冲已消失, 比较器 C2的输出变为 1,但充
电继续进行, 直到 uc上升到 2VCC/3时, 比较器 C1输出为 0,将触发
器置 0,电路输出 uo＝ 0,T导通, C放电, 电路恢复到稳定状态 。
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
4.2.３ 单稳态触发器的应用
u i
u o t p
延迟与定时
整
形
本节小结,
单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成
的单稳态触发器和基本 RS触发器在结构上也极为
相似，只有用于反馈的耦合网络不同。
单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由
555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳
态过渡到稳态，其, 触发, 信号也是由电路内部
电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉
冲宽度也由电路的阻容元件决定。
单稳态触发器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，用途
很广。
4.3 施密特触发器
4.3.1 由门电路构成的施密特触发器
4.3.2 由 555定时器构成的施密特触发器
4.3.3 施密特触发器的应用
退出
4.3.1 由门电路构成的施密特触发器
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合
于数字电路需要的矩形脉冲的电路 。 1 &
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
0
0
1
1
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
0
1
1
1
（ 2 ） u i ＝ U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为高电
平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
1
1
0
0
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
0
1
1
0
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 4 ） u i 上升到最大值后下降时，若 u i 下降到 U T, R ＝ 1 。S =1, RS 触发器不
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
1
&
&
D
u
i
u
o
R
S
(a ) 电路 (b ) 工作波形
u
o
u
i
(V )
U
T+
U
T －
t
t
0
0
1.4
0.7
G
1 G
2
G
3
（ 1 ） u i ＝ 0 时,R ＝ 1, S ＝ 0, u o 为高电平，这是第一种稳态。
0
0
1
1
（ 2 ） u i 上升到 U D = 0, 7 V 时,R ＝ 1, S ＝ 1, RS 触发器不翻转,u o 仍为
高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（ 3 ） u i 继续上升到 U T+ =U T = 1, 4V 时,R ＝ 0,S ＝ 1, RS 触发器翻转，
u o 为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后 u i 再上升，电路状态不变。
（ 4 ） u i 上升到最大值后下降时，若 u i 下降到 U T, R ＝ 1 。S =1, RS 触发器不
翻转，电路仍维持在第二种稳态。
（ 5 ） u i 继续下降到 U T- =U T -U D = 0, 7V 时,R ＝ 1,S ＝ 0, RS 触发器翻转，
u o 为高电平，电路返回到第一种稳态。
u
ou i
(b ) 逻辑符号(a ) 传输特性
u
i
u
o
U
T － U T+
0
下限阈值电压 上限阈值电压
回差电压 （ 滞后电压 ）,
ΔUT＝ UT＋ － UT－
前面介绍的施密特触发器的回差电压为,
ΔUT＝ UT＋ － UT－ ＝ UT－ (UT－ UD)＝ UD＝ 0.7V
缺点是回差太小, 且不能调整 。
( a ) 4 0 1 0 6 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
40106
1 2 3 4 5 6 7
V
DD
4 A
4 Y
5 A
5 Y
6 A
6 Y
1 A 1 Y 2 A 2 Y 3 A 3 Y V
SS
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
4093
1 2 3 4 5 6 7
( b ) 4 0 9 3 的引脚排列图
V
DD
3 A
3 B
3 Y
4 Y
4 B
4 A
1 A 1 B 1 Y 2 Y 2 B 2 A V
SS
( a ) 74 14 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
7414
1 2 3 4 5 6 7
V
CC
4 A
4 Y
5 A
5 Y
6 A
6 Y
1 A 1 Y 2 A 2 Y 3 A 3 Y G N D
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74132
1 2 3 4 5 6 7
( b) 74 13 2 的引脚排列图
V
CC
3 A
3 B
3 Y
4 A
4 B
4 Y
1 A 1 B 1 Y 2 A 2 B 2 Y G N D
集
成
施
密
特
触
发
器
4.3.2 由 555定时器构成的施密特触发器
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
（ 2 ） u i 升高到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 0, C 2 输出为 1,触发器置 0,即
Q ＝ 0, 1?Q, u o1 = u o =0 。此后,u i 上升到 V CC,然后再降低，但在未到达
V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 0 的状态不会改变。
R
u
i
8 4
6 7
55 5 3
2 5
1
u
o1
+ V
CC
u
i
u
o
t
t
0
0
(a ) 电路 (b ) 工作波形
+ V
CC1
u
o
u
CO
U
T+
U
T －
2 V
CC
/ 3
V
CC
/ 3
控制电压
调节回差
（ 1 ）当 u i ＝ 0 时，由于比较器 C 1 =1, C 2 =0,触发器置 1,即 Q ＝ 1, 0?Q,
u o1 ＝ u o ＝ 1 。 u i 升高时，在未到达 2V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态不会改变。
（ 2 ） u i 升高到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 0, C 2 输出为 1,触发器置 0,即
Q ＝ 0, 1?Q, u o1 = u o =0 。此后,u i 上升到 V CC,然后再降低，但在未到达
V CC /3 以前,u o1 ＝ u o ＝ 0 的状态不会改变。
（ 3 ） u i 下降到 2V CC /3 时，比较器 C 1 输出为 1, C 2 输出为 0,触发器置 1,
即 Q ＝ 1, 0?Q, u o1 = u o =1 。此后,u i 继续下降到 0,但 u o1 ＝ u o ＝ 1 的状态
不会改变。
4.3.3 施密特触发器的应用
C M O S
MOC 等
正弦波
振荡器
1
1
( a ) 慢输入波形的 TTL 系统接口 ( b ) 整形电路的输入、输出波形
输入
输出
U T+
U T
－
1
输入
输出
U T+
U T
－
(c ) 幅度鉴别的输入、输出波形 (d ) 多谐振荡器
C
R
u c
u' o
u o
本节小结,
施密特触发器是一种能够把输入波
形整形成为适合于数字电路需要的矩形
脉冲的电路 。 而且由于具有滞回特性,
所以抗干扰能力也很强 。
施密特触发器可以由分立元件构成,
也可以由门电路及 555定时器构成 。
施密特触发器在脉冲的产生和整形
电路中应用很广 。
