第 6章 脉冲产生与变换电路
6.1 概述
6.2 555定时器
6.3 555定时器的基本应用电路
6.1 概 述
555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规
模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，
具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时
精度高、驱动能力强等优点。 555定时器配以外部元件，
可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波
形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电
器以及通信产品等电子设备中。
图 6.1 晶体管简易测试仪
U
DD
R
1
R
2
U
DD
D
TH
TR
C
R
O U T
5 5 5
定
时
器
地
R
555定时器应用举例
6.2 555定时器
6.2.1 555定时器分类
555定时器又称时基电路。 555定时器按照内部元件
为 双极型 （又称 TTL型）和 单极型 两种。双极型内部采用
555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为 单时
基定时器 和 双时基定时器 。
图 6.3 5G555定时器内部电路
6.2.2 555定时器的电路组成
5G555定时器分压器、比较器、触发器和放电开关管
⑧
⑥
⑤
④
③②
①
⑦
5 kW
TH
(高电平触发端 )
S(控制端 )
－
＋
A1
5 kW
TR
(低电平触发端 )
5 kW
D(放电端 )
－
＋
A2
（ R）
Uo1
& Q
（ S）
Uo2 &
G2 Q
OUT
＋ UOO＋ DD R（ 外部复位端）
100 W
G1UR1
UR2
∞
∞
＋
＋
触发
器
放电
管
比
较
器
分
压
器
1,分压器
分压器由三个等值的电阻串联而成，将电源电压 UDD
分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压 UR1,UR2，
若控制端 S悬空或通过电容接地，则,
若控制端 S外加 控制电压 US则,
UR1=US
DDR UU 3
2
1 ?
DDR UU 3
1
2 ?
22
S
R
UU ?
2,比较器
比较器是由两个结构相同的集成运放 A1,A2构成。
A1用来比较参考电压 UR1和高电平触发端电压 UTH,
当 UTH> UR1，集成运放 A1输出 Uo1=0;
当 UTH<UR1,集成运放 A1输出 Uo1=1。
A2用来比较参考电压 UR2和低电平触发端电压,
当 ＞ UR2，集成运放 A2输出 Uo2 = 1;
当 ＜ UR2,集成运放 A2输出 Uo2 = 0。
TRU
TRU
TRU
3,基本 RS触发器
当 RS = 01时,Q=0,=1;
当 RS = 10时,Q=1,=0。
4,放电开关管及输出
放电开关由一个晶体三极管组成，其基极受基本 RS
触发器输出端 控制。当 =1时，三极管导通，放
电端 D通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当
=0,三极管截止，放电通路被截断。
Q
Q
Q Q
Q
表 6.1 5G555
6.2.3 555定时器的功能
以单时基双极型国产 5G555定时器为例。
RU UTH OUT 放电管 T
0 × × 0 导通
1 > > 0 导通
1 < > 保持原状态不变 保持原状态不变
1 < < 1 截止
TRU
DDU3
2 DDU31
DDU3
2 DDU31
DDU3
2 DDU31
6.3 555定时器的基本应用电路
6.3.1 施密特触发器
1.电路结构
和工作波形
OUT
UDD
C
TH
TR
ui
8 4
3
6
2 1 5
uo
6.4 施密特触发器
图 6.5 施密特触发器输入输出波形
U
DD
U
DD
U
DD
o t
to
3
1
3
2
u
o
u
i
输入信号 Ui从零时刻起，信号幅度开始从零逐渐增加
并呈正弦形变化。
当 ui处于 0＜ ui＜ OUT =,1”。
当 ui ui OUT 仍保持
原状态,1”不变。
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
1
2.工作原理
当 ui一旦处于 ui≥ 区间时，根据 555定时器功能
表 6.1可知 OUT 将由, 1”状态变为, 0”状态，此刻对应
的
Ui值称为 复位电平 或 上限阈值电压 。
当 ui ＜ ui OUT 保持原
来状态, 0”不变。
当 ui一旦处于 Ui≤ 区间时，根据 555定时器功能
表 6.1可知 OUT 又将, 0”状态变为, 1”状态，此时对应
的
ui值称为 置位电平 或 下限阈值电压 。
DDU3
2
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
1
从图 6.5输入输出波形分析中，可以发现置位电平和
复位电平二者是不等的,二者之间的电压差称为 回差电
压 用 ΔUT表示，即 ΔUT=UR1-UR2 。
若控制端 S悬空或通过电容接地,UR1=,UR2=
，则 ΔUT = UR1－ UR2=
若控制端 S外接控制电压 US,UR1=US而 UR2=,
ΔUT=UR1-UR2=
DDU3
2
DDU3
1DDU31
SU2
1
SU2
1
图 6.6所示为 S端悬空或通过电容接地的施密特触发器
电压传输特性,同时也反映了回差电压的存在，而这种
现象称为 电路传输滞后特性 。回差电压越大，施密特触
发器的抗干扰性越强，但施密特触发器的灵敏度也会相
应降低。
当施密特触发器输入一定时,其输出可以保持 OUT
为, 0”或, 1”的稳定状态，所以施密特触发器又称为双稳
态电路。
图 6.6 施密特触发器电压传输特性
o
uo
UDD
UDD31 UDD32 ui
3,典型应用
(1) 波形变换 。 将任何符合特定条件的输入信号
变为对应的矩形波输出信号。
图 6.7波形变换
UR1
UR2
图 6.7 利用施密特触发器进行幅度鉴别
o t
o t
u
o
u
i
U
TH
(2) 幅度
鉴别
图 6.8 利用施密特触发器进行脉冲整形
t
to
o
u
o
u
i
U
TH
U
TR
干扰
(3) 脉冲
整形
6.3.2 单稳态触发器
单稳态触发器也有两个状态,一个是稳定状态，另
一个是暂稳状态 。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器
处于稳定状态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳
定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后，
能够 自动 返回到稳定状态。
图 6.9
（ a） 电路；（ b） 输入输出波形
8 4
R
7
6
2
3555
1 5
C0
uo
＋ UDD
0.01 mF
D
TH
TRu
i
R
(a)
C
tP
ui
UDD
UDD31
o t
o t
to
(b)
uo
UDD
uC
UDD32
tW
1,电路结构和工作波形
2,工作原理
1) 稳态,触发信号没有来到, Ui为高电平 。 电源刚接通时,
电路有一个暂态过程, 即电源通过电阻 R向电容 C充电,
当 UC上升到 时, RS触发器置 0,Uo=0,放电管导
通, 因此电容 C又通过放电管迅速放电, 直到 UC=0，
电路进入稳态 。 这时如果 Ui一直没有触发信号来到,
电路就一直处于 Uo=0 的稳定状态 。
DDU3
2
2） 暂稳态, 当单稳态触发器有触发脉冲信号（即 Ui
＜ ）时，由于 UTH＜
则触发器输出由,0”变为,1”，放电三极管由导通变为截
止，直流电源 +UDD通过电阻 R向电容 C充电，电容两端电
压按指数规律从零开始增加（充电时间常数 τ=RC）；经
过一个脉冲宽度时间，负脉冲消失，输入端 Ui恢复为
,1”，即 UC＜
而 UTH = UC＜ 所以输出保持原状态,1”不
变,这种状态即是单稳态触发器的暂稳状态。
TRUDDU31 DDU3
1
DDU3
2
TRU DDU31
DDU3
2
DDU3
2
3） 由暂稳态自动回到稳态
当电容两端电压 UC ≥ 时,UTH = UC≥,
又有 那么输出就由暂稳状态,1”
自
动返回稳定状态,0”
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
2
TRU
4） 恢复期, 放电管导通后, 电容 C通过放电管迅速放电,
使 UC≈0,电路又恢复到稳态, 第二个触发信号到来时,
又重复上述过程 。
3,暂稳状态时间（输出脉冲宽度）
暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用 tW表示。
它由电路中电容两端的电压来决定，可以用三要素法求
得 tW≈1.1RC
当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳定状
态以
后,tW时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只
有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用。
图 6.10 定时电路
1）
8 47
6
2
3555
1 5
R2
RW
10 kW
1 MW
R1
1 MW
0.01 mFCSB
D
KA
uo
＋ UDD
HL －
＋
220 V
＋ 6 V
4.典型应用
图 6.11 延时电路
2）延时电路
＋ UDD
8 4
6
2
3
1 5
0.01 mF
50 mFC
SA
R
2 MW
D
KA
图 6.12 分频电路
8 47
6
2
3
1 5
0.01 mF
C2C10.01 mF
R2
10 kW
R1
10 kWD
C
2000 pF
＋ UDD
uo( f/n)
ui( f)
3) 分频电路
多谐振荡器的功能是产生一定频率和一定幅
度的矩形波信号。 其输出状态不断在, 1”和, 0”
之间变换，所以它又称为 无稳态电路 。
7.3.3 多谐振荡器
图 6.13
(a) 电路 ; (b) 输入输出波形
8 4
7
6
2
3
1 5
5 5 5
R
O U T
U
DD
u
o
0, 0 1 m F
D
TH
TR
R
1
R
2
C
( a )
t
2
t
1
U
DD
o
o t
t
U
DD
U
DD3
1
U
DD3
2
( b )
1) 电路结构和工作波形
2)
如图 6.13（ b）所示，假定零时刻电容初始电压为零，
零时刻接通电源后，因电容两端电压不能突变,则有 UTH
= =UC=0 OUT =,1”，放电端 D与地断路，
直流电源通过电阻 R1,R2向电容充电，电容电压开始上升；
当电容两端电压 UC≥ 时,UTH= =UC≥,
那么输出就由一种暂稳状态（ OUT =,1”而放电端 D与地断
路）自动返回另一种暂稳状态（ OUT =,0”而放电端 D接），
由于充电电流从放电端 D入地，电容不再充电，反而通过电
阻 R2和放电端 D向地放电，电容电压开始下降；当电容两端
电压 UC≤ 时,UTH= =UC≤, 那么
输出就由 OUT =,0”变为 OUT =,1”,同时放电端 D由接地
变为与地断路；电源通过 R1,R2重新向 C充电，重复上述
TRU
THU
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
2
DDU3
1
THU
DDU3
1
3) 振荡周期
振荡周期, T = t1 + t2。
t1－－－ 充电时间 t1≈0.7(R1+R2)C
t2－－－ 放电时间 t2≈0.7R2C
T = t1+t2 ≈0.7(R1+2R2)C
占空比
.2
21
21
21
11
RR
RR
tt
t
T
tq
?
??
???
4) 改进电路
图 6.14所示电路可以产生占空比处于 0和 1之间可调的矩
形波。这是因为它的充放电的路径不同，
图 6.14 可调占空比的多谐振荡器
8 47
6
2
3
1 5
555
＋ UDD
uo
C2
D2
C1
D1
RA
RB
RW
【 思考题 】
1,555
2,如何区分 555定时器实际应用电路属于哪一
本章小结
1,555定时器主要由比较器、基本 RS触发器、门电路
构成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触
发器和多谐振荡器。
2,施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由
当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参
考电压 UR1和 UR2之间时，施密特触发器保持原来的输出
状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。
3,在单稳态触发器中,输入触发脉冲只决定暂稳态的
开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的 RC电路决定，从暂
稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。
4,多谐振荡器又称无稳态电路。在状态的变换时，触
发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的 RC电路提供
状态的持续时间也由 RC电路决定。
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6.1 概述
6.2 555定时器
6.3 555定时器的基本应用电路
6.1 概 述
555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规
模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，
具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时
精度高、驱动能力强等优点。 555定时器配以外部元件，
可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波
形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电
器以及通信产品等电子设备中。
图 6.1 晶体管简易测试仪
U
DD
R
1
R
2
U
DD
D
TH
TR
C
R
O U T
5 5 5
定
时
器
地
R
555定时器应用举例
6.2 555定时器
6.2.1 555定时器分类
555定时器又称时基电路。 555定时器按照内部元件
为 双极型 （又称 TTL型）和 单极型 两种。双极型内部采用
555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为 单时
基定时器 和 双时基定时器 。
图 6.3 5G555定时器内部电路
6.2.2 555定时器的电路组成
5G555定时器分压器、比较器、触发器和放电开关管
⑧
⑥
⑤
④
③②
①
⑦
5 kW
TH
(高电平触发端 )
S(控制端 )
－
＋
A1
5 kW
TR
(低电平触发端 )
5 kW
D(放电端 )
－
＋
A2
（ R）
Uo1
& Q
（ S）
Uo2 &
G2 Q
OUT
＋ UOO＋ DD R（ 外部复位端）
100 W
G1UR1
UR2
∞
∞
＋
＋
触发
器
放电
管
比
较
器
分
压
器
1,分压器
分压器由三个等值的电阻串联而成，将电源电压 UDD
分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压 UR1,UR2，
若控制端 S悬空或通过电容接地，则,
若控制端 S外加 控制电压 US则,
UR1=US
DDR UU 3
2
1 ?
DDR UU 3
1
2 ?
22
S
R
UU ?
2,比较器
比较器是由两个结构相同的集成运放 A1,A2构成。
A1用来比较参考电压 UR1和高电平触发端电压 UTH,
当 UTH> UR1，集成运放 A1输出 Uo1=0;
当 UTH<UR1,集成运放 A1输出 Uo1=1。
A2用来比较参考电压 UR2和低电平触发端电压,
当 ＞ UR2，集成运放 A2输出 Uo2 = 1;
当 ＜ UR2,集成运放 A2输出 Uo2 = 0。
TRU
TRU
TRU
3,基本 RS触发器
当 RS = 01时,Q=0,=1;
当 RS = 10时,Q=1,=0。
4,放电开关管及输出
放电开关由一个晶体三极管组成，其基极受基本 RS
触发器输出端 控制。当 =1时，三极管导通，放
电端 D通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当
=0,三极管截止，放电通路被截断。
Q
Q
Q Q
Q
表 6.1 5G555
6.2.3 555定时器的功能
以单时基双极型国产 5G555定时器为例。
RU UTH OUT 放电管 T
0 × × 0 导通
1 > > 0 导通
1 < > 保持原状态不变 保持原状态不变
1 < < 1 截止
TRU
DDU3
2 DDU31
DDU3
2 DDU31
DDU3
2 DDU31
6.3 555定时器的基本应用电路
6.3.1 施密特触发器
1.电路结构
和工作波形
OUT
UDD
C
TH
TR
ui
8 4
3
6
2 1 5
uo
6.4 施密特触发器
图 6.5 施密特触发器输入输出波形
U
DD
U
DD
U
DD
o t
to
3
1
3
2
u
o
u
i
输入信号 Ui从零时刻起，信号幅度开始从零逐渐增加
并呈正弦形变化。
当 ui处于 0＜ ui＜ OUT =,1”。
当 ui ui OUT 仍保持
原状态,1”不变。
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
1
2.工作原理
当 ui一旦处于 ui≥ 区间时，根据 555定时器功能
表 6.1可知 OUT 将由, 1”状态变为, 0”状态，此刻对应
的
Ui值称为 复位电平 或 上限阈值电压 。
当 ui ＜ ui OUT 保持原
来状态, 0”不变。
当 ui一旦处于 Ui≤ 区间时，根据 555定时器功能
表 6.1可知 OUT 又将, 0”状态变为, 1”状态，此时对应
的
ui值称为 置位电平 或 下限阈值电压 。
DDU3
2
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
1
从图 6.5输入输出波形分析中，可以发现置位电平和
复位电平二者是不等的,二者之间的电压差称为 回差电
压 用 ΔUT表示，即 ΔUT=UR1-UR2 。
若控制端 S悬空或通过电容接地,UR1=,UR2=
，则 ΔUT = UR1－ UR2=
若控制端 S外接控制电压 US,UR1=US而 UR2=,
ΔUT=UR1-UR2=
DDU3
2
DDU3
1DDU31
SU2
1
SU2
1
图 6.6所示为 S端悬空或通过电容接地的施密特触发器
电压传输特性,同时也反映了回差电压的存在，而这种
现象称为 电路传输滞后特性 。回差电压越大，施密特触
发器的抗干扰性越强，但施密特触发器的灵敏度也会相
应降低。
当施密特触发器输入一定时,其输出可以保持 OUT
为, 0”或, 1”的稳定状态，所以施密特触发器又称为双稳
态电路。
图 6.6 施密特触发器电压传输特性
o
uo
UDD
UDD31 UDD32 ui
3,典型应用
(1) 波形变换 。 将任何符合特定条件的输入信号
变为对应的矩形波输出信号。
图 6.7波形变换
UR1
UR2
图 6.7 利用施密特触发器进行幅度鉴别
o t
o t
u
o
u
i
U
TH
(2) 幅度
鉴别
图 6.8 利用施密特触发器进行脉冲整形
t
to
o
u
o
u
i
U
TH
U
TR
干扰
(3) 脉冲
整形
6.3.2 单稳态触发器
单稳态触发器也有两个状态,一个是稳定状态，另
一个是暂稳状态 。当无触发脉冲输入时，单稳态触发器
处于稳定状态；当有触发脉冲时，单稳态触发器将从稳
定状态变为暂稳定状态，暂稳状态在保持一定时间后，
能够 自动 返回到稳定状态。
图 6.9
（ a） 电路；（ b） 输入输出波形
8 4
R
7
6
2
3555
1 5
C0
uo
＋ UDD
0.01 mF
D
TH
TRu
i
R
(a)
C
tP
ui
UDD
UDD31
o t
o t
to
(b)
uo
UDD
uC
UDD32
tW
1,电路结构和工作波形
2,工作原理
1) 稳态,触发信号没有来到, Ui为高电平 。 电源刚接通时,
电路有一个暂态过程, 即电源通过电阻 R向电容 C充电,
当 UC上升到 时, RS触发器置 0,Uo=0,放电管导
通, 因此电容 C又通过放电管迅速放电, 直到 UC=0，
电路进入稳态 。 这时如果 Ui一直没有触发信号来到,
电路就一直处于 Uo=0 的稳定状态 。
DDU3
2
2） 暂稳态, 当单稳态触发器有触发脉冲信号（即 Ui
＜ ）时，由于 UTH＜
则触发器输出由,0”变为,1”，放电三极管由导通变为截
止，直流电源 +UDD通过电阻 R向电容 C充电，电容两端电
压按指数规律从零开始增加（充电时间常数 τ=RC）；经
过一个脉冲宽度时间，负脉冲消失，输入端 Ui恢复为
,1”，即 UC＜
而 UTH = UC＜ 所以输出保持原状态,1”不
变,这种状态即是单稳态触发器的暂稳状态。
TRUDDU31 DDU3
1
DDU3
2
TRU DDU31
DDU3
2
DDU3
2
3） 由暂稳态自动回到稳态
当电容两端电压 UC ≥ 时,UTH = UC≥,
又有 那么输出就由暂稳状态,1”
自
动返回稳定状态,0”
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
2
TRU
4） 恢复期, 放电管导通后, 电容 C通过放电管迅速放电,
使 UC≈0,电路又恢复到稳态, 第二个触发信号到来时,
又重复上述过程 。
3,暂稳状态时间（输出脉冲宽度）
暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用 tW表示。
它由电路中电容两端的电压来决定，可以用三要素法求
得 tW≈1.1RC
当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳定状
态以
后,tW时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只
有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用。
图 6.10 定时电路
1）
8 47
6
2
3555
1 5
R2
RW
10 kW
1 MW
R1
1 MW
0.01 mFCSB
D
KA
uo
＋ UDD
HL －
＋
220 V
＋ 6 V
4.典型应用
图 6.11 延时电路
2）延时电路
＋ UDD
8 4
6
2
3
1 5
0.01 mF
50 mFC
SA
R
2 MW
D
KA
图 6.12 分频电路
8 47
6
2
3
1 5
0.01 mF
C2C10.01 mF
R2
10 kW
R1
10 kWD
C
2000 pF
＋ UDD
uo( f/n)
ui( f)
3) 分频电路
多谐振荡器的功能是产生一定频率和一定幅
度的矩形波信号。 其输出状态不断在, 1”和, 0”
之间变换，所以它又称为 无稳态电路 。
7.3.3 多谐振荡器
图 6.13
(a) 电路 ; (b) 输入输出波形
8 4
7
6
2
3
1 5
5 5 5
R
O U T
U
DD
u
o
0, 0 1 m F
D
TH
TR
R
1
R
2
C
( a )
t
2
t
1
U
DD
o
o t
t
U
DD
U
DD3
1
U
DD3
2
( b )
1) 电路结构和工作波形
2)
如图 6.13（ b）所示，假定零时刻电容初始电压为零，
零时刻接通电源后，因电容两端电压不能突变,则有 UTH
= =UC=0 OUT =,1”，放电端 D与地断路，
直流电源通过电阻 R1,R2向电容充电，电容电压开始上升；
当电容两端电压 UC≥ 时,UTH= =UC≥,
那么输出就由一种暂稳状态（ OUT =,1”而放电端 D与地断
路）自动返回另一种暂稳状态（ OUT =,0”而放电端 D接），
由于充电电流从放电端 D入地，电容不再充电，反而通过电
阻 R2和放电端 D向地放电，电容电压开始下降；当电容两端
电压 UC≤ 时,UTH= =UC≤, 那么
输出就由 OUT =,0”变为 OUT =,1”,同时放电端 D由接地
变为与地断路；电源通过 R1,R2重新向 C充电，重复上述
TRU
THU
DDU3
1
DDU3
2
DDU3
2
DDU3
1
THU
DDU3
1
3) 振荡周期
振荡周期, T = t1 + t2。
t1－－－ 充电时间 t1≈0.7(R1+R2)C
t2－－－ 放电时间 t2≈0.7R2C
T = t1+t2 ≈0.7(R1+2R2)C
占空比
.2
21
21
21
11
RR
RR
tt
t
T
tq
?
??
???
4) 改进电路
图 6.14所示电路可以产生占空比处于 0和 1之间可调的矩
形波。这是因为它的充放电的路径不同，
图 6.14 可调占空比的多谐振荡器
8 47
6
2
3
1 5
555
＋ UDD
uo
C2
D2
C1
D1
RA
RB
RW
【 思考题 】
1,555
2,如何区分 555定时器实际应用电路属于哪一
本章小结
1,555定时器主要由比较器、基本 RS触发器、门电路
构成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触
发器和多谐振荡器。
2,施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由
当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参
考电压 UR1和 UR2之间时，施密特触发器保持原来的输出
状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。
3,在单稳态触发器中,输入触发脉冲只决定暂稳态的
开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的 RC电路决定，从暂
稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。
4,多谐振荡器又称无稳态电路。在状态的变换时，触
发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的 RC电路提供
状态的持续时间也由 RC电路决定。
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