第 7 章 脉冲信号的产生与整形介绍多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器,
多谐振荡器能直接产生脉冲信号 ;
施密特触发器能对已有信号进行变换 ;
单稳态触发器可用于脉冲信号的定时、延时,
7.1 555集成定时器
555集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体的电子器件,通过外加少量的阻容元件,能构成多种用途的电路,
7.1.1 5G555定时器的电路结构
1.分压器
2.比较器
3.RS锁存器
4.三极管放电开关
5.输出缓冲器组成：
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
OUT
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
COVCO
Vi1
Vi2
V’o
RD
Vo
TD
7.1.2 定时器的逻辑功能
1） Vi1>2/3VCC
Vi2>1/3VCC
Vo=0
2） Vi1<2/3VCC
Vi2<1/3VCC
Vo=1
3） Vi1<2/3VCC
Vi2>1/3VCC
Vo不变当 RD=1时：
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
COVCO
Vi1
Vi2
V’o
RD
Vo
TD *Q的高低确定 T
D
管是否导通。
特点,5G555为双极型定时器，电源电压范围宽
（ 4.5~18V),输出电平能与 TTL,CMOS电路兼容,驱动电流大，灌、拉电流可达 200mA.
称 TH为高电平触发端； TR低电平触发端。
7.2 施密特触发器施密特触发器逻辑符号及电压传输特性
Vo
VoH
VoL
VT- VT+ Vi0
Vi Vo
不带反相器特点,1）有两个稳定状态 VOH和 VOL,但稳态要靠输 入输出电平来维持；
2）具有滞回电压传输特性。
7.2.1 用 555定时器构成施密特触发器
1,电路组成
8 46
21 5
3555
VCC
Vo
Vi
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
CO
RD
Vo
TD
2.工作原理
1) 当 Vi<1/3VCC时,VO=VOH;
2) 当 1/3VCC < Vi<2/3VCC时,VO 保持,VO=VOH;
3) 当 Vi>2/3VCC时,VO=VOL.
Vi
t
2/3VCC
1/3VCC
0
VO
t0
VOH
VOL
VT+=2/3VCC
VT-=1/3VCC
ΔVT= VT+ － VT- =1/3VCC
7.2.2集成施密特触发器集成施密特触发器有多个品种，一般 TTL集成施密特触发器的上触发电平约在 1.7V左右，下触发电平约在 0.9V左右；
CMOS集成施密特触发器的上、下触发电平和电源电压有关。
7.2.3施密特触发器的应用
1,波形变换
Vi Vo
带反相器
Vi
t
VO
t
VT+
VT-
0
0
2.脉冲整形
Vi Vo
带反相器
Vi
t
VO
t
VT+
VT-
0
0
3.幅度鉴别
Vi Vo
带反相器
Vi
t
VO
t
VT+
VT-
0
0
7.3 单稳态触发器单稳态触发器特点,电路有一个 稳定状态,一个 暂稳定状态,在 没有外界触发信号作用 时,电路处于稳定状态 ;在 外界信号作用 下,电路由稳态转换为暂稳态,经过一段时间,电路 自动 返回到稳定状态,
单稳态触发器常用于脉冲的 整形,定时 和 延时 。
7.3.1 由 555定时器构成的单稳态触发器
1.电路组成
Vo
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
CO
RD
TDV
C
Vi
R
0.1μ
1)当 Vi为高电平１并稳定一段时间后,Q端一定为 1(Q为 0);(为什么 )
2)当 Vi来一个较短的负脉冲后,Q端改变状态,
并经过一段时间后 (这时 Vi已返回 1),Q自动返回到 1)的状态,
(为什么 )
2,工作原理 Vi
t
VC
t
0
0
VO
t0
2/3VCC
tw tw
*Vi的负脉冲宽度要小于 tw
tw≈1.1RC
Vo
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
CO
RD
TDV
C
Vi
R
0.1μ
7.3.2 用施密特触发器构成单稳态触发器
Vi Vo
C
R
VR
Vi
t
VR
t
0
0
VO
t0
VT+
tw
VT-
*Vi的正脉冲宽度应大于 tw tw=RCln(VDD/VT-)
7.3.3 集成单稳态触发器集成单稳态触发器有多个品种,包括 TTL电路和 CMOS
电路,
1&≥1
RI
CX
RXCX
A1
A2
B
Rext
Cext
Rxcx
3
4
5
9
10
11
6
1
Q
Q
功能表
A1 A2 B Q Q
0 × 1 0 1
× 0 1 0 1
× × 0 0 1
1 1 × 0 1
1 1
1 1
1
0 ×
× 0
例,74121单稳态触发器
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q
Q
VCC
Cext
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q
Q
Cext
Rext
VCC
两种连接方法：
tw≈0.7RextCext
7.3.4 单稳态触发器的应用
1.脉冲整形
Vi
V0 t
t0
0
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q
Q
Cext
Rext
VCC
Vi
Vo
2.脉冲的延时
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q1
Q
C1
R1
VCC
Vi
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q2
Q
C2
R2
(1) (2)
Vo
VCC
t0
Vi
t0
t0
tw1 tw1
tw2td
Q1
Vo
3.脉冲的定时
1&≥1
RI
CX
RXCX
3
4
5
9
10
11
6
1
Q
QC
RV
CC
Vi
Vo
VB
&
1
0 t
Vi
0 t
Q
0 t
VB
0 t
VO
一个测频的例子
7.4 多谐振荡器能自行产生具有一定频率和一定脉宽的矩形脉冲的电路,
多谐振荡器没有稳态,有两个暂稳态,
7.4.1 用 555定时器构成多谐振荡器
Vo
VCC
+
-
∞
UC1
C1
+
-
∞
UC2
C2
&
&
Q
Q
5kΩ
5kΩ
5kΩ
G1
G2
G3
1
1
7
2
6
5
8 4
3
D
TR
TH
CO
RD
TD
R1,01μ
R2 C
VC
t0
VO
t0
2/3VCC
1/3VCC
T1 T2
T
T1=(R1+R2)Cln2
T2=R2Cln2
1) Q=0,TD截止,VCC→ R 1→ R 2 → C充电,TH电位逐渐升高 ;
2) 当 TH(TR)略大于 2/3VCC,Q由 0变 1,TD导通,C→R 2→TD
放电,TH电位逐渐降低,当降至 1/3VCC,回到 1).
① 555构成振荡器电路简单,频率易于调节灵敏度较高 ;
② 上述电路占空比 q=T1/T衡大于 0.5,调节不方便,
③ 555构成振荡器频率振荡低 (一般不超过几百 Hz),且频率稳定度不高,
7.4.2 用施密特触发器构成多谐振荡器
VC
Vo
C
R VC
t0
VO
t0
2/3VCC
1/3VCC
T1 T2
7.4.3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器的主要特点为频率稳定高,其振荡频率由石英晶体的 固有振荡频率 决定,
1 1G1
G2
Rf
fo
Vo
C2C1
电感性电容性电容性
fo
X
f
石英晶体符号和阻抗频率特性
0
Rf为反馈电阻,阻值为 10~100MΩ,为 G1提供偏置 ;
C1为温度校正电容,C2为频率微调电容,G2起整形和缓冲作用,