第九章 脉冲波形的产生和整形
§ 9.1 多谐振荡器
§ 9.2 单稳态触发器
§ 9.4 555定时器的原理和应用
* § 9.3 施密特触发器教学要求
理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路结构和工作原理。
重点、难点：
多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。
作业,P382 9.2.3
多谐振荡器又称矩形波发生器。
它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。
（一）最简单的环形振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器,
& &&
321
uo3uo2uo1
一,门电路构成的多谐振荡器
§ 9.1 多谐振荡器
& &&
321
uo3uo2uo1
设 uo3 的初始状态为 0:
01 0 10 1
用波形图来表示,则为,
uo3
0 t
优点,电路结构简单,所用元件少。
缺点,频率太高,并且不可调整。
1 2 3
R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
321 uo3uo2uo1
在原电路的基础上添加 RC延时电路,便可以克服上图的不足,
下面将结合它的工作波形说明其工作原理,
（二） RC环行振荡器多串联门电路可降低频率？
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
假设：开始时 uo=0
电容上的电流，
uA下降
uA≥UT时,uo不反转。
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
当 uA=UT时,uo反转，
uo1,uo2也一起反转。
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
由于电容电压不能突变,当 uo1 发生下跳时,uA有一突变。
U
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
Uo1<uo2，电容充电,uA上升。
只要 uA<UT,uo
就 不反转。
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
当 uA=UT 时,uo、
uo1,uo2反转
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
由于 uo1上跳，电容电压不能突变，所以
uA上跳，然后 uA开始下降
电流方向
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
T
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
输出信号的周期近似为,
T = 2.2 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
(三）,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。
§ 9.2 单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是,输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态,加入触发信号后,
它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么会自动返回?需多少时间?
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 01 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 10
（ 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 01 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
2,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
3、单稳态触发器的应用
1,脉冲整形整形成宽度和幅度一定的脉冲串
0 t
v
0
v
t
脉冲整形
2,脉冲定时使某电路在 Tw时间内动作或不动作单稳电路
VO
VA
VB
Vt
(a)逻辑图 (b)波形图
Vt
VB
VA
VO
TW
3,脉冲延时
Vo下降沿比 Vi下降沿滞后 Tw时间
(a)逻辑图 (b)波形图
TW
TW
t
t
VO
VO
Vt
Vt
单稳电路 0
0 t1 t2
§ 9.3 施密特触发器 自学教学要求
掌握 555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。
重点、难点：
555定时器工作原理。
作业,P386 9.4.5
§ 9.4 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
555定时器的工作原理
555定时器的内部电路包括以下几部分,
一个由三个相等电阻组成的分压器 ; 两个电压比较器,A1,A2 ;一个 RS 触发器 ; 一个反相器和一个晶体管 T。具体的 结构见后图。
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
3
2
1
R
R
R
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Uo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位电源电压范围,
4.5V ~ 18V
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供 基准电压,
A1 的为 2VCC / 3,
A2 的为 VCC / 3 。
首先讨论上图中 加彩色部分 的电路的工作原理。
1
0
1
0
0
0
阈值端 触发端
TH TR R S
比较的结果
2VCC / 3小于
2VCC / 3小于 VCC / 3大于
VCC / 3小于
VCC / 3大于大于 2VCC / 3S
R+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
8
7
6
5
2
1
R
R
R
阈值端触发端晶体管 TR S Q uo
1 0
0 1
00 保持
0
1
1
0
保持 保持导通截止
R S Q
1 0
0 1
00
0
10
1
保持 保持
Q
1 1 禁止禁止
RS 触发器功能表附录,VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD
3
1
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
T
8
7
6
4
5
2
R
R
R
综合以上的分析结果,便可得到 555的功能表,
阈值端 触发端
TH TR
2VCC / 3 VCC / 3大于大于 2VCC / 3
2VCC / 3 VCC / 3
VCC / 3
小于小于小于大于保持 保持
RD 晶体管 Tuo
0
1
1
1
0
0
1
导通导通截止
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
3
2
1
R
R
R
T
555定时器的应用
(1),双稳态触发器,微电机起动停车控制电路。
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uo M
微电机
555
S1,起动按钮
S2,停车按钮
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
M
微电机
555 uo
阈值端 触发端
TH TR
大于大于小于小于小于大于保持 保持
RD 晶体管 Tuo
0
1
1
1
0
0
1
导通导通截止
VCC /3
2VCC /3
VCC /3
2VCC /3
2VCC /3
VCC /3
仅 按下 起动按钮 S1,则
TR < VCC / 3 ; 未按 S2,当然
TH < 2VCC / 3,故 uo =1,电机转动 。
即使 放开 S1,TR > VCC / 3,
TH < 2VCC / 3,uo 保持为 1,
电机继续转动 。
如果仅 按下 按钮 S2,
TH > 2VCC / 3,未按 S1,
当然 TR > VCC / 3,这时
uo = 0,电机停止运行 。
如果松开 S2,电机仍不转动 。
(2),单稳态触发器,洗相曝光定时器
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0 。
0 t
0 t
0 t
ui
uCT
uo
2VCC /3
TW
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
0 t
ui
TH > 2VCC /3,TR > VCC /3
按钮 S 处于打开状态时：
uo = 0,555内的管 T导通,
电容 CT 被短路,TH =0.3V 。
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
按一下 S,TR < VCC,已有
TH < 2VCC /3,故 uo = 1,555
内的管 T 截止,CT 将被充电,… …
只要 uCT 尚未充至 2VCC /3,uo
的状态就不会变化 。
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
一旦 uCT > 2VCC /3,且已 有 TR > VCC /3,uo = 0 ;
555内的晶体管 T也由截止变成导通,电容 CT 迅速放电而变成 0V。
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo由以上过程可以看出,
按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW
由 RT CT 决定 。
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
J
J
~红白
D1
D2
按一下按钮 S
未按
uo
0
J的线圈不通电
J 的结点不动作红灯 白灯亮 灭
1 通电 闭合 亮灭红灯亮的时间即为曝光时间 TW
TW = 1.1 RT CT
(3),多谐振荡器,简易电子琴电路
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
首先说明如何用 555 定时器构成多谐振荡器,
输出波形
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
设电容 C 原先未充电,
故 TH = TR < VCC /3,
此时 uo = 1,555内的晶体管 T 截止,电源通过
R1 和 R2 对电容 C 充电。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到
2VCC /3 之前,uo 保持
1 不变。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到 2VCC /3
之前,uo 保持 1 不变。
一旦 uC 充至稳态值,
即 TH = TR > 2VCC /3,立即
uo = 0,同时 555内的管 T
导通,电容 C 经 R2 7# T
1# 放电,一直至 VCC /3,使得 uo 回到 1,进入循环,..
t1 t2 t3
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2输出方波的 周期 T的计算,
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数！
4 8
1
62
3
5
7
R1
C
555 uo
VCC
R21R28
S8 S1
简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变 R2 的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调 。
本章作业,9.1.1,9.4.5
§ 9.1 多谐振荡器
§ 9.2 单稳态触发器
§ 9.4 555定时器的原理和应用
* § 9.3 施密特触发器教学要求
理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路结构和工作原理。
重点、难点：
多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。
作业,P382 9.2.3
多谐振荡器又称矩形波发生器。
它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。
（一）最简单的环形振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器,
& &&
321
uo3uo2uo1
一,门电路构成的多谐振荡器
§ 9.1 多谐振荡器
& &&
321
uo3uo2uo1
设 uo3 的初始状态为 0:
01 0 10 1
用波形图来表示,则为,
uo3
0 t
优点,电路结构简单,所用元件少。
缺点,频率太高,并且不可调整。
1 2 3
R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
321 uo3uo2uo1
在原电路的基础上添加 RC延时电路,便可以克服上图的不足,
下面将结合它的工作波形说明其工作原理,
（二） RC环行振荡器多串联门电路可降低频率？
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
假设：开始时 uo=0
电容上的电流，
uA下降
uA≥UT时,uo不反转。
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
当 uA=UT时,uo反转，
uo1,uo2也一起反转。
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
由于电容电压不能突变,当 uo1 发生下跳时,uA有一突变。
U
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
Uo1<uo2，电容充电,uA上升。
只要 uA<UT,uo
就 不反转。
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
当 uA=UT 时,uo、
uo1,uo2反转
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
由于 uo1上跳，电容电压不能突变，所以
uA上跳，然后 uA开始下降
电流方向
1 2 3R
RS
100?
C
Auo1
uo
uo2
T
0 t
uo
0 t
uo2
0 t
uo1
0 t
uA
UT
U
输出信号的周期近似为,
T = 2.2 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
(三）,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。
§ 9.2 单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是,输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态,加入触发信号后,
它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
稳定状态 稳定状态暂稳态由外界触发 自动返回学习的重点,为什么会自动返回?需多少时间?
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 01 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 10
（ 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 01 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
2,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
3、单稳态触发器的应用
1,脉冲整形整形成宽度和幅度一定的脉冲串
0 t
v
0
v
t
脉冲整形
2,脉冲定时使某电路在 Tw时间内动作或不动作单稳电路
VO
VA
VB
Vt
(a)逻辑图 (b)波形图
Vt
VB
VA
VO
TW
3,脉冲延时
Vo下降沿比 Vi下降沿滞后 Tw时间
(a)逻辑图 (b)波形图
TW
TW
t
t
VO
VO
Vt
Vt
单稳电路 0
0 t1 t2
§ 9.3 施密特触发器 自学教学要求
掌握 555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。
重点、难点：
555定时器工作原理。
作业,P386 9.4.5
§ 9.4 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。
555定时器的工作原理
555定时器的内部电路包括以下几部分,
一个由三个相等电阻组成的分压器 ; 两个电压比较器,A1,A2 ;一个 RS 触发器 ; 一个反相器和一个晶体管 T。具体的 结构见后图。
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
3
2
1
R
R
R
1 2 3 4
5678
555
VCC D TH CO
GND TR Uo RD
电源放电阈值电控压制地 触发输出复位电源电压范围,
4.5V ~ 18V
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D T
uo
RD
8
7
6
4
5
32
1
R
R
R
三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供 基准电压,
A1 的为 2VCC / 3,
A2 的为 VCC / 3 。
首先讨论上图中 加彩色部分 的电路的工作原理。
1
0
1
0
0
0
阈值端 触发端
TH TR R S
比较的结果
2VCC / 3小于
2VCC / 3小于 VCC / 3大于
VCC / 3小于
VCC / 3大于大于 2VCC / 3S
R+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
8
7
6
5
2
1
R
R
R
阈值端触发端晶体管 TR S Q uo
1 0
0 1
00 保持
0
1
1
0
保持 保持导通截止
R S Q
1 0
0 1
00
0
10
1
保持 保持
Q
1 1 禁止禁止
RS 触发器功能表附录,VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD
3
1
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
T
8
7
6
4
5
2
R
R
R
综合以上的分析结果,便可得到 555的功能表,
阈值端 触发端
TH TR
2VCC / 3 VCC / 3大于大于 2VCC / 3
2VCC / 3 VCC / 3
VCC / 3
小于小于小于大于保持 保持
RD 晶体管 Tuo
0
1
1
1
0
0
1
导通导通截止
R
S
Q
Q
+
+
-
-
A1
A2
VCC
TH
CO
TR
D
uo
RD8
7
6
4
5
3
2
1
R
R
R
T
555定时器的应用
(1),双稳态触发器,微电机起动停车控制电路。
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
uo M
微电机
555
S1,起动按钮
S2,停车按钮
4 8
1
6
2
3
5
S2
S1
R
R
C
VCC
TH
TR
M
微电机
555 uo
阈值端 触发端
TH TR
大于大于小于小于小于大于保持 保持
RD 晶体管 Tuo
0
1
1
1
0
0
1
导通导通截止
VCC /3
2VCC /3
VCC /3
2VCC /3
2VCC /3
VCC /3
仅 按下 起动按钮 S1,则
TR < VCC / 3 ; 未按 S2,当然
TH < 2VCC / 3,故 uo =1,电机转动 。
即使 放开 S1,TR > VCC / 3,
TH < 2VCC / 3,uo 保持为 1,
电机继续转动 。
如果仅 按下 按钮 S2,
TH > 2VCC / 3,未按 S1,
当然 TR > VCC / 3,这时
uo = 0,电机停止运行 。
如果松开 S2,电机仍不转动 。
(2),单稳态触发器,洗相曝光定时器
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0 。
0 t
0 t
0 t
ui
uCT
uo
2VCC /3
TW
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
若 S打开,则 ui = 1 ;
若 S合上,则 ui = 0。
0 t
ui
TH > 2VCC /3,TR > VCC /3
按钮 S 处于打开状态时：
uo = 0,555内的管 T导通,
电容 CT 被短路,TH =0.3V 。
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
按一下 S,TR < VCC,已有
TH < 2VCC /3,故 uo = 1,555
内的管 T 截止,CT 将被充电,… …
只要 uCT 尚未充至 2VCC /3,uo
的状态就不会变化 。
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
一旦 uCT > 2VCC /3,且已 有 TR > VCC /3,uo = 0 ;
555内的晶体管 T也由截止变成导通,电容 CT 迅速放电而变成 0V。
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
0 t
ui
0 t
uCT
2VCC /3
0 t
uo由以上过程可以看出,
按钮每按动一次,uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW
由 RT CT 决定 。
4 8
1
6
2
3
5
7 u
o
ui
VCC
R RT
CT
D
TH
TR
S
J
J
~红白
D1
D2
按一下按钮 S
未按
uo
0
J的线圈不通电
J 的结点不动作红灯 白灯亮 灭
1 通电 闭合 亮灭红灯亮的时间即为曝光时间 TW
TW = 1.1 RT CT
(3),多谐振荡器,简易电子琴电路
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
首先说明如何用 555 定时器构成多谐振荡器,
输出波形
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
设电容 C 原先未充电,
故 TH = TR < VCC /3,
此时 uo = 1,555内的晶体管 T 截止,电源通过
R1 和 R2 对电容 C 充电。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到
2VCC /3 之前,uo 保持
1 不变。
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
0 t
uo
在 uC 没有充电到 2VCC /3
之前,uo 保持 1 不变。
一旦 uC 充至稳态值,
即 TH = TR > 2VCC /3,立即
uo = 0,同时 555内的管 T
导通,电容 C 经 R2 7# T
1# 放电,一直至 VCC /3,使得 uo 回到 1,进入循环,..
t1 t2 t3
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2输出方波的 周期 T的计算,
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
0 t
uo
uC
0 t
VCC /3
2VCC /3
T1 T2
4 8
1
6
2
3
5
7
R1
R2
CuC
555
D
TH
TR
uo
VCC
如何改变方波的占空比？
改变充放电回路的时间常数！
4 8
1
62
3
5
7
R1
C
555 uo
VCC
R21R28
S8 S1
简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变 R2 的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调 。
本章作业,9.1.1,9.4.5
