第八章 脉冲波形的产生与整形
8.1 集成 555定时器
8.2 施密特触发器
8.4 单稳态触发器
8.3 多谐振荡器
一,555定时器的电路结构
8.1 集成 555定时器
电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
由以下几部分组成：
（ 1） 三个 5k电阻组
成的分压器 。
（ 2） 两个电压比较器
C1和 C2。
C 1v +
－v
v O
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
（ 3） 基本 RS触发器,
（ 4） 放电三极管 T及缓冲器 G。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1
2
6
5
8 4
3
7
O
v
,
v I2
I1v
v IC
VCC
v O
55 5
DR
电路符号
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 。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1/3VCC
2/3VCC
（ 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。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1/3VCC
2/3VCC阈值
输入
阈值
输入
复
位
输
出
vI1 vI2 RD vo
×
＜ 2/3VCC
＞ 2/3VCC
＜ 2/3VCC
×
＜ 1/3VCC
＞ 1/3VCC
＞ 1/3VCC
0
1
1
1
0
1
0
不变
功能表
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
O5 5 5 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
v
I
t
O1
v
t
1/3VCC
2/3VCC
OVIV
电路符号
C
v
5k
S
1
( 2)
2 / 3 V
( 7)
( 6)
v
&
放电端
I1
( 3)
G
V
&
v
O1
Ω
CC
Ω
( 4)
T
CC
Ω
C
I2
( 8)
5k
5k
2
RCC
( 1)
&
1
1 / 3 V
V
O2
1R
v
I
v
C C 2
2,电压滞回特性和主要参数
（ 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
（ 1）电压滞回特性
1/3VCC
Vo
Vi0
传输特性
VOH
VOL
2/3VCC
v
I
t
O1
v
t
1/3VCC
2/3VCC VT+
VT —
ΔVT
VT+VT —
ΔVT
OVIV
电路符号
C
v
5k
S
1
( 2)
2 / 3 V
( 7)
( 6)
v
&
放电端
I1
( 3)
G
V
&
v
O1
Ω
CC
Ω
( 4)
T
CC
Ω
C
I2
( 8)
5k
5k
2
RCC
( 1)
&
1
1 / 3 V
V
O2
1R
v
I
v
C C 2
O2v
t
O1v
t
VCC21
2
6
5
V CC R D
O5 5 5 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
vO1
二, 集成施密特触发器
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
C C 40 1 06
1,CMOS集成施密特触发器 CC40106
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
74 LS 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 。
正弦波振荡器
1 V
O
输入
输出
VT+
VT-
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 。
V I OV1
I
t
V
T-
T+
V
0
V
OV
0 t
0
vc
t
vo
0 t
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
0,01 μF
C 1
v
C
P
2/3VCC
1/3VCC
( 6)
放电端
( 2)
5k
1
R
T
5k
&
C
Ω
&
&
1
G
S
C
2
5k
Ω
Ω
( 4)
O
( 3)
( 7)
v
( 1)
( 8)
CC
V
v
v
C
1
P
R
R
C
I2
2
v
I1
2 / 3 V
1 / 3 V
CC
CC
EWB演示 —— 555组成多谐振荡器
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
（ 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
RR
T
Tq
?
???
（ 4） 电路振荡频率 f
T
T1 T2
0
vc
t
vo
0 t
2/3VCC
1/3VCC
二,占空比可调的多谐振荡器电路
利用二极管的单向导电性, 把电容 C充电和放电回路隔离开,
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：
21
1
21
1
21
11
7.07.0
7.0
RR
R
CRCR
CR
TT
T
T
T
q
?
?
?
?
?
??
2
6
V
CC
R D
O
55 5
3
v
I2
I1
v
8 4
v
7
V
CC
C
1 5
0,01 μF
C 1
v
C
D
D 1
2
1R
2R
三,石英晶体多谐振荡器
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。
1.石英晶体的选频特性
u
u
石英晶体
f
X 感性
0
f s f p
容性
2,石英晶体多谐振荡器
（ 1） 串联式振荡器
R1,R2：使两个反相器都工作在转折区, 成为具有高放大倍数的放大器 。
对于 TTL门, 常取 R1=R2=0.7～ 2kΩ, 对于 CMOS门, 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 。
1
1
1
R
G 1
R
1
2
G
1C
2C
ov
（ 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 。
C
R
1C
11
2
G 2
1G
F 10 M Ω
20 pF 5 ～ 50 pF
ov
四．多谐振荡器应用实例
1,简易温控报警器
2
6
V
CC
R D
5 55
3
v
I2
I1
v
8 4
7
R
R
V
CC
1
2
C 1 5
0, 0 1
C
1
1 0 μ / 1 0 V
C
2
2 0 k
1 0 0 k
0, 0 1
3R2k
（ + 6 V ）
T
3 A X 3 1
μ
μ
2,双音门铃 。
1
v
I1
8
1
2R
5 55
0, 0 1
1
5
C
R
R
D
4
2
7
V
I2
6
v
CC
3k
3k
0, 1
μ
μ
R 4
4, 7 k
3
C
4 7 μ
C
D
D
1
2
2 C P
3
R
3, 9 k
CC
V
（ + 6 V ）
C
2
4 7 μ
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 。
1 1
C
Q
C
Q
C
Q
C
Q
1
1
2
2
14
14
15
15
FF FF FF FF
1 2 14 15
R
CC 12
f f f
f f1 2 140
3 2 7 6 8 H z 1 6 3 8 4 H z 8 1 9 2 H z 2 H z 1 H z
秒脉冲
T 触发器
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。
（ 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。
一,用 555定时器组成单稳
态触发器
1,电路组成及工作原理
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
（ 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
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
( 3)
v
V
1 / 3 V
CC
SCC
( 8)
Ω
&
C
&
I2
C
( 7)
Ω
I
5k
放电端
5k
( 1)
C
Ω
2 / 3 V
G
R
5k
v
v
1
C
R
2
v
( 6)
CC
1
I1
T
&
( 2)
v
( 4)
O
（ 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 。
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
2
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
（ 4）自动返回时间 —— 当 vC上升至 2/3VCC时,vO变 0，电路由暂稳态重新
转入稳态。
（ 5） 恢复过程 —— 当暂稳态结束后, C通过饱和导通的 T放电, 时间常数
τ2=RCESC,由于 RCES很小, 所以放电很快 。 C放电完毕, 恢复过程结
束 。
2
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
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
CR
VV
V
tvv
vvt
CCCC
CC
WCC
CC
W 1.1
3
2
0ln
)()(
)0()(ln
11 ?
?
??
??
??? ? ??
（ 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
最高工作频率,
T
TW
二．集成单稳态触发器 74121
A1,A2是下沿有效的触发信号输入端, B是上沿有效的触发信号输入端 。
A
A
B
v
o
v
o
e xtC R int
C e xt
e xtR V
CC
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74 121
保持稳态
0 1
0 1
0 1
0 1
0 × 1
× 0 1
× × 0
1 1 ×
下沿触发1 ↓ 1
↓ 1 1
↓ ↓ 1
上沿触发
工作特征vO vO
输 出
0 × ↑
× 0 ↑
A1 A1 B
输 入
74121功能表
集成单稳态触发器 74121的外部元件连接方法,
（ 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 xtC i nt
R
e xt
e xt
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
7 4 1 2 1
CCV
e xtR
1
v
I
C e xt
(a )
A
A
B
o
v
o
v
e xtC int
R
e xt
e xt
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74 121
v
I
C e xt CCV
(b)
（ a）使用外部电阻 Rext且电路为下降沿触发的连接方式。
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
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，
（ 2） 输入触发脉冲最小周期 Tmin
Tmin=tW＋ tre
（ 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
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 。
与门打开的时间是单稳
输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I
v O
单稳 与门
v F
Ov
v I
t
Wv
O
v
F
Ov
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
v O t W
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
10 0k
C
10 0μ
C 1
0,01 μ
(+ 6 V )
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
4 7 μ
C
0, 0 1 μ
55 5NE
A
~ 2 2 0 V
R 3
R
1M
2
2 0 k
S C R
M C R 1 0 0
4, 7 M
4, 7 M
R 4
R 5
R 6
R 7
1M
1 0 k
5C
0, 0 2 2 μ
T
T
1
2
9 0 1 4
9 0 1 3
H T D
C 3
2 2 0 μ
D
1 N 4 0 0 4 C 1
0, 5 6 μ / 4 0 0 V
1R
3 3 0
0, 0 1 μ
C 2
V
DD （ + 6V ）
DW
2 C W 1 3
练习一,8.4.3 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 5 5 5
I
v
5
7
V CC ( + 5 V )
8 4
3
v O1
8
3
( + 5 V )
4
CCV
7 O2
5 5 5
1
2
5
6
v Ov1
R
C
T
D D1
2
v
I
V
I
T+
V
T-
V
V
o1
C
V
2
3
CC
V
V
o2
o
V
8.2.1 如 图 所示,555构成的施密特触发器，当输入
信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触
发器整形后的输出电压波形。
v
1
2
555
I
6
5
7
4
( + 5 V )CCV
8
3
v O
I
v
v O
8.3.5 一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压 vx
超过一定值时，发光二极管 D将发出闪烁的信号。
提示：当晶体管 T饱和时,555的管脚 1端可认为处于
地电位。
4
3
D
8
2
V R
6
C
O
CC
1
7
CC
v
W
R
V
I2
v
R
C
I1
555
v
v
μF0.01
1
5
D
v
x
100Ω
D Z
10k Ω
T
20μ F
510Ω
10k Ω
100k Ω
练习二：间歇振荡器
μF
555
R
5
R
1 0 0 k Ω
1
555
C
10
μF
I1
6
1
1 5 0 k Ω
1 0 k Ω
μF
4
D
R
1 0 k Ω1
0, 0 1
1 0 0
V
C
CC
2
( + 1 2 V )
5
7
1 0 k Ω
I2
R
R
1
3
CC
v
2
3
2
μF
v
V
I1
C
C
O
8
4
v
2
8
v
I2
V
7
v
v
6
CC
v
0, 0 1
R
3
4
DR
(A) (B)
EWB演示 —— 555组成间歇振荡器
练习三：报警器
C
7
R D
5
V
1
CC
6
0, 0 1
2
v
4
C
555
v
8
I1
3
v
I2
C
7
CC
R
R D4
5
V
1
CC
6
R
v
2
5
v
4
C
555
O
v
8
I1
3
V
v
I2
1 0 0 μF
μF
( + 1 2 V )
1
2
1 0 k Ω
1 0 0 k Ω
μF0, 0 1
10 μF
R
2R
1
1 5 0 k Ω
1 0 k Ω
3
1 0 k ΩR
(A) (B)
EWB演示 —— 555组成报警器
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 。
8.1 集成 555定时器
8.2 施密特触发器
8.4 单稳态触发器
8.3 多谐振荡器
一,555定时器的电路结构
8.1 集成 555定时器
电压比较器的功能：
v+> v-,vO=1
v+< v-,vO=0
由以下几部分组成：
（ 1） 三个 5k电阻组
成的分压器 。
（ 2） 两个电压比较器
C1和 C2。
C 1v +
－v
v O
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
（ 3） 基本 RS触发器,
（ 4） 放电三极管 T及缓冲器 G。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1
2
6
5
8 4
3
7
O
v
,
v I2
I1v
v IC
VCC
v O
55 5
DR
电路符号
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 。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1/3VCC
2/3VCC
（ 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。
C
C
&
&
& 1
R
S
G
5k Ω
5k Ω
5k Ω
1
2
V R
v
v
v
CC
D
IC
I1
I2
O
( 2)
( 6)
( 5)
( 8) ( 4)
( 3)
电源
复位
v
阈值输入
控制电压
触发输入
O
( 7)
v
T
,
放电端
( 1)
1/3VCC
2/3VCC阈值
输入
阈值
输入
复
位
输
出
vI1 vI2 RD vo
×
＜ 2/3VCC
＞ 2/3VCC
＜ 2/3VCC
×
＜ 1/3VCC
＞ 1/3VCC
＞ 1/3VCC
0
1
1
1
0
1
0
不变
功能表
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
O5 5 5 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
v
I
t
O1
v
t
1/3VCC
2/3VCC
OVIV
电路符号
C
v
5k
S
1
( 2)
2 / 3 V
( 7)
( 6)
v
&
放电端
I1
( 3)
G
V
&
v
O1
Ω
CC
Ω
( 4)
T
CC
Ω
C
I2
( 8)
5k
5k
2
RCC
( 1)
&
1
1 / 3 V
V
O2
1R
v
I
v
C C 2
2,电压滞回特性和主要参数
（ 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
（ 1）电压滞回特性
1/3VCC
Vo
Vi0
传输特性
VOH
VOL
2/3VCC
v
I
t
O1
v
t
1/3VCC
2/3VCC VT+
VT —
ΔVT
VT+VT —
ΔVT
OVIV
电路符号
C
v
5k
S
1
( 2)
2 / 3 V
( 7)
( 6)
v
&
放电端
I1
( 3)
G
V
&
v
O1
Ω
CC
Ω
( 4)
T
CC
Ω
C
I2
( 8)
5k
5k
2
RCC
( 1)
&
1
1 / 3 V
V
O2
1R
v
I
v
C C 2
O2v
t
O1v
t
VCC21
2
6
5
V CC R D
O5 5 5 3
O
v7
v
v
I2
I1v
IC
8 4
1
2
I
v
CCV V CC 2
R
v
vO1
二, 集成施密特触发器
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
C C 40 1 06
1,CMOS集成施密特触发器 CC40106
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
74 LS 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 。
正弦波振荡器
1 V
O
输入
输出
VT+
VT-
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 。
V I OV1
I
t
V
T-
T+
V
0
V
OV
0 t
0
vc
t
vo
0 t
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
0,01 μF
C 1
v
C
P
2/3VCC
1/3VCC
( 6)
放电端
( 2)
5k
1
R
T
5k
&
C
Ω
&
&
1
G
S
C
2
5k
Ω
Ω
( 4)
O
( 3)
( 7)
v
( 1)
( 8)
CC
V
v
v
C
1
P
R
R
C
I2
2
v
I1
2 / 3 V
1 / 3 V
CC
CC
EWB演示 —— 555组成多谐振荡器
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
（ 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
RR
T
Tq
?
???
（ 4） 电路振荡频率 f
T
T1 T2
0
vc
t
vo
0 t
2/3VCC
1/3VCC
二,占空比可调的多谐振荡器电路
利用二极管的单向导电性, 把电容 C充电和放电回路隔离开,
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：
21
1
21
1
21
11
7.07.0
7.0
RR
R
CRCR
CR
TT
T
T
T
q
?
?
?
?
?
??
2
6
V
CC
R D
O
55 5
3
v
I2
I1
v
8 4
v
7
V
CC
C
1 5
0,01 μF
C 1
v
C
D
D 1
2
1R
2R
三,石英晶体多谐振荡器
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。
1.石英晶体的选频特性
u
u
石英晶体
f
X 感性
0
f s f p
容性
2,石英晶体多谐振荡器
（ 1） 串联式振荡器
R1,R2：使两个反相器都工作在转折区, 成为具有高放大倍数的放大器 。
对于 TTL门, 常取 R1=R2=0.7～ 2kΩ, 对于 CMOS门, 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 。
1
1
1
R
G 1
R
1
2
G
1C
2C
ov
（ 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 。
C
R
1C
11
2
G 2
1G
F 10 M Ω
20 pF 5 ～ 50 pF
ov
四．多谐振荡器应用实例
1,简易温控报警器
2
6
V
CC
R D
5 55
3
v
I2
I1
v
8 4
7
R
R
V
CC
1
2
C 1 5
0, 0 1
C
1
1 0 μ / 1 0 V
C
2
2 0 k
1 0 0 k
0, 0 1
3R2k
（ + 6 V ）
T
3 A X 3 1
μ
μ
2,双音门铃 。
1
v
I1
8
1
2R
5 55
0, 0 1
1
5
C
R
R
D
4
2
7
V
I2
6
v
CC
3k
3k
0, 1
μ
μ
R 4
4, 7 k
3
C
4 7 μ
C
D
D
1
2
2 C P
3
R
3, 9 k
CC
V
（ + 6 V ）
C
2
4 7 μ
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 。
1 1
C
Q
C
Q
C
Q
C
Q
1
1
2
2
14
14
15
15
FF FF FF FF
1 2 14 15
R
CC 12
f f f
f f1 2 140
3 2 7 6 8 H z 1 6 3 8 4 H z 8 1 9 2 H z 2 H z 1 H z
秒脉冲
T 触发器
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。
（ 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。
一,用 555定时器组成单稳
态触发器
1,电路组成及工作原理
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
（ 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
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
( 3)
v
V
1 / 3 V
CC
SCC
( 8)
Ω
&
C
&
I2
C
( 7)
Ω
I
5k
放电端
5k
( 1)
C
Ω
2 / 3 V
G
R
5k
v
v
1
C
R
2
v
( 6)
CC
1
I1
T
&
( 2)
v
( 4)
O
（ 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 。
2
6
V CC R D
O
5 5 5
3
v
I2
I1v
8 4
v
7
V CC
C
1 5
v
C
v
I
R
C
0, 0 1
1
μF
2
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
（ 4）自动返回时间 —— 当 vC上升至 2/3VCC时,vO变 0，电路由暂稳态重新
转入稳态。
（ 5） 恢复过程 —— 当暂稳态结束后, C通过饱和导通的 T放电, 时间常数
τ2=RCESC,由于 RCES很小, 所以放电很快 。 C放电完毕, 恢复过程结
束 。
2
O
v
3
CC
O
t
V
O
t
C
v
O
I
t
v
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
CR
VV
V
tvv
vvt
CCCC
CC
WCC
CC
W 1.1
3
2
0ln
)()(
)0()(ln
11 ?
?
??
??
??? ? ??
（ 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
最高工作频率,
T
TW
二．集成单稳态触发器 74121
A1,A2是下沿有效的触发信号输入端, B是上沿有效的触发信号输入端 。
A
A
B
v
o
v
o
e xtC R int
C e xt
e xtR V
CC
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74 121
保持稳态
0 1
0 1
0 1
0 1
0 × 1
× 0 1
× × 0
1 1 ×
下沿触发1 ↓ 1
↓ 1 1
↓ ↓ 1
上沿触发
工作特征vO vO
输 出
0 × ↑
× 0 ↑
A1 A1 B
输 入
74121功能表
集成单稳态触发器 74121的外部元件连接方法,
（ 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 xtC i nt
R
e xt
e xt
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
7 4 1 2 1
CCV
e xtR
1
v
I
C e xt
(a )
A
A
B
o
v
o
v
e xtC int
R
e xt
e xt
C
R
CC
V
GND
10 11 149
1
6
3
4
5
1
2
7
74 121
v
I
C e xt CCV
(b)
（ a）使用外部电阻 Rext且电路为下降沿触发的连接方式。
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
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，
（ 2） 输入触发脉冲最小周期 Tmin
Tmin=tW＋ tre
（ 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
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 。
与门打开的时间是单稳
输出脉冲 v/O的宽度 tW。
1 &
v I
v O
单稳 与门
v F
Ov
v I
t
Wv
O
v
F
Ov
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
v O t W
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
10 0k
C
10 0μ
C 1
0,01 μ
(+ 6 V )
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
4 7 μ
C
0, 0 1 μ
55 5NE
A
~ 2 2 0 V
R 3
R
1M
2
2 0 k
S C R
M C R 1 0 0
4, 7 M
4, 7 M
R 4
R 5
R 6
R 7
1M
1 0 k
5C
0, 0 2 2 μ
T
T
1
2
9 0 1 4
9 0 1 3
H T D
C 3
2 2 0 μ
D
1 N 4 0 0 4 C 1
0, 5 6 μ / 4 0 0 V
1R
3 3 0
0, 0 1 μ
C 2
V
DD （ + 6V ）
DW
2 C W 1 3
练习一,8.4.3 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 5 5 5
I
v
5
7
V CC ( + 5 V )
8 4
3
v O1
8
3
( + 5 V )
4
CCV
7 O2
5 5 5
1
2
5
6
v Ov1
R
C
T
D D1
2
v
I
V
I
T+
V
T-
V
V
o1
C
V
2
3
CC
V
V
o2
o
V
8.2.1 如 图 所示,555构成的施密特触发器，当输入
信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触
发器整形后的输出电压波形。
v
1
2
555
I
6
5
7
4
( + 5 V )CCV
8
3
v O
I
v
v O
8.3.5 一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压 vx
超过一定值时，发光二极管 D将发出闪烁的信号。
提示：当晶体管 T饱和时,555的管脚 1端可认为处于
地电位。
4
3
D
8
2
V R
6
C
O
CC
1
7
CC
v
W
R
V
I2
v
R
C
I1
555
v
v
μF0.01
1
5
D
v
x
100Ω
D Z
10k Ω
T
20μ F
510Ω
10k Ω
100k Ω
练习二：间歇振荡器
μF
555
R
5
R
1 0 0 k Ω
1
555
C
10
μF
I1
6
1
1 5 0 k Ω
1 0 k Ω
μF
4
D
R
1 0 k Ω1
0, 0 1
1 0 0
V
C
CC
2
( + 1 2 V )
5
7
1 0 k Ω
I2
R
R
1
3
CC
v
2
3
2
μF
v
V
I1
C
C
O
8
4
v
2
8
v
I2
V
7
v
v
6
CC
v
0, 0 1
R
3
4
DR
(A) (B)
EWB演示 —— 555组成间歇振荡器
练习三：报警器
C
7
R D
5
V
1
CC
6
0, 0 1
2
v
4
C
555
v
8
I1
3
v
I2
C
7
CC
R
R D4
5
V
1
CC
6
R
v
2
5
v
4
C
555
O
v
8
I1
3
V
v
I2
1 0 0 μF
μF
( + 1 2 V )
1
2
1 0 k Ω
1 0 0 k Ω
μF0, 0 1
10 μF
R
2R
1
1 5 0 k Ω
1 0 k Ω
3
1 0 k ΩR
(A) (B)
EWB演示 —— 555组成报警器
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 。
