第七章 脉冲信号的产生和变换
7.1 概述图 7.1.1 常见脉冲波形脉冲是 脉动 和 短促 的意思，凡是具有 不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种 非正弦信号 都是脉冲信号。
在数字系统中常常需要用到 各种幅度,宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号,如触发器的时钟脉冲 （ CP） 。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种：
① 脉冲产生电路直接产生；
② 利用已有的周期信号整形,变换得到 。
脉冲整形,变换电路 ——单稳态触发器施密特触发器；
脉冲产生电路 ——多谐振荡器；
多用途的定时电路 ——555定时器 。
tr
0.9Um
0.5Um
0.1Um
tf
tW
T
Um
1.脉冲幅度 Um
2.上升时间 tr
3.下降时间 tf
4.脉冲宽度 tw
5.脉冲周期 T
6.脉冲频率 f=1/T
7.占空比 q=tw/T
P1
△ U
P2
图 7.1.2 矩形脉冲的参数说明,在数字技术中,tr和 tf越小越好，但实际的脉冲不仅有 tr和 tf，还会出现上冲、下冲和平顶倾斜。
7.2 集成定时器
555定时器是一种多用途的 数字 —模拟混合集成电路,可以方便地构成多谐振荡器，施密特触发器和单稳态触发器。
双极型 产品型号最后数码为 555,CMOS型 产品型号最后数码为 7555。其功能和外部引脚排列完全相同。
1
2
3
4
8
7
6
5
地
2
o
RD
UCC
放电端
6
UCO
555
u
u u
555定时器的内部电路包括以下几部分,
（ 1） 一个由三个相等电阻组成的分压器 ;
（ 2）两个电压比较器,C1,C2 ;
（ 3）一个 基本 SR触发器 ;
（ 4）一个晶体管 T。
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B
C
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D
C
B
A
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+
-
-
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
1.分压器
① 5脚悬空时，,；CCR UU 322? CCR UU 311?
② 5脚外接控制电压 UCO时,CORCOR UUUU 21,12
注,当 5脚不加控制电压时，通常经过一个 0.01μF的电容接地，以抑制干扰。
控制电压输入端
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C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
2.电压比较器
U+≥U-时,Ci＝ 1；
U+＜ U-时,Ci＝ 0。
高触发输入端低触发输入端
3.基本 RS触发器
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 不定异步清零端
4.放电三极管
T是一个集电极开路的放电三极管。
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C1
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高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
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2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
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C
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C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
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2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,0,32131)1( 62 RVUSVU CCCC
Q=1,T截止
U+≥U-时,Ci＝ 1；
U+＜ U-时,Ci＝ 0。
1
0
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,0,32031)2( 62 RVUSVU CCCC
Q,T保持
0
0
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,1,32031)3( 62 RVUSVU CCCC
Q=0,T导通
0
1
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C
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C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
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2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,1,32131)4( 62 RVUSVU CCCC
不允许
1
1
多谐振荡器是一种常用的 脉冲信号产生电路 。
工作特性：
1,自激振荡器 －－在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；
2、矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波
－－故称为 多谐振荡器 。
3、具有两个暂稳态；
7.3 555定时器应用一、自激多谐振荡器自动触发自动返回暂稳态 0
暂稳态 1
暂稳态 0
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Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
工作原理
① 刚接通电源时：
1100 oC uSRVu,，，则；第一暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
0
0
tu
O
7
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C
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C
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555
3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
② 充电阶段：；第一暂稳态 1)0(1032 oCCC uSRVu,或，，则
00132 oCCC uSRVu,，，则；第二暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
0
0 t1 t2
uO+
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C
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C
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Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
③ 放电阶段：；第二暂稳态 00)1(031 oCCC uSRVu,，或，则
11031 oCCC uSRVu,，，则；第一暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3
uO
+
TPH
TP
L
t5 t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3 t4
uO
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B
C
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C
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555
3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
3.矩形波参数 (P191)
CRRT BAPH )(7.0 CRT BPL 7.0
CRR BAH )(? CR BL
CRRT BAPH )(7.0
CRT BPL 7.0
CRR BAH )(?
CR BL
CRR
TTT
BA
PLPH
)2(7.0
%502
BA
BA
PLPH
PHW
RR
RR
TT
T
T
tq
TPH
TP
L
t5 t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3 t4
uO
4.占空比可变的多谐振荡器图 7.3.2 占空比可调的多谐振荡器
1 2 3 4 5 6
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B
C
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C
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2
3
4
5
6
7
8
0,0 1u F
1k Ω
10 k Ω
1k Ω
R
R
C
D
D
555
V
cc
A
B 1
2
u
O
CRT APH 7.0
CRT BPL 7.0
CRR
TTT
BA
PLPH
)(7.0
BA
A
PLPH
PHW
RR
R
TT
T
T
tq
例,试用 555定时器设计一个振荡周期为 1秒，
输出脉冲占空比 q=2/3的多谐振荡器。（取
C=10?F）
解：
由于 C=10?F，
得：由 322
BA
BA
RR
RRq
BA RR?
得：由 1)2(7.0 CRRT BA11.2CR A
KRR BA 48所以电路图如下所示。
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C
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C
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2
3
4
5
6
7
8
0,0 1u F
47 k Ω
2k Ω
47 k Ω
R
R
C
555
V
cc
A
B
u
O
10 uF
4 8
1
62
3
5
7
R1
C
555 uo
VCC
RB1RB8
S8 S1
简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变 RB 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 。
7.3.2施密特触发器施密特触发器是一种常用的 脉冲信号整形电路 。
1、工作特性：
① 具有 两个稳态 ；
② 属于 电平触发,缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；
③ 输入信号从低电平 上升时,电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平 下降时 对应的 输入转换电平不同 。
利用以上这三个特点不仅能将缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
(原因：由于有比较器，允许输入信号慢变化； )
(原因,由于有触发器，输出端边沿好。 )
O
uI
uO
UOH
UOL
TU?TU
uI 增大 时与 上限阈 值 比特点,
uI 减小 时与 下限阈 值 比上限阈值电压
(二 ) 主要静态参数回差电压?TU
下限阈值电压
TU
回差电压
UT = UT+ – UT–
强调,若改变 VCO值 VT+,VT-的值将改变。
(a)施密特反相器的电压传输特性与符号
(b)施密特缓冲器的电压传输特性与符号
uI
2.由 555定时器构成的 施密特触发器将 555定时器的 2和 6端连在一起作为输入信号，即可得到 施密特触发器。
由于比较器 C1和 C2的参考电压不同，因而基本 RS触发器的置 0信号（ vc1）和置 1信号
（ vc2）必然发生在输入信号 vi的不同电平。
因此，输出电压 uo由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的 vi的值也不相同，这样就形成了 施密特触发特性。
，,CCTCCT VUVU 3132 CCT VU 31
O
(b) 特性
uO
uI?TU?TU
图 7.3.4 555定时器构成的施密特触发器
(a) 电路
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C
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C
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Vc c V ' c c
12
3
4
5
6 78 u'
0,0 1u F
u
u
O
O
I
555
t
t
uO
uI
TU
O
O
TU
(a)波形变换
uI uO
3.施密特触发器典型应用施密特触发器可以将 边沿变化缓慢 的周期性信号变换成边沿陡峭的 矩形脉冲 信号。
施密特触发器可以将 边沿变化缓慢 的周期性信号变换成边沿陡峭的 矩形脉冲 信号。
普通反相器和施密特反相器的比较
A Y1
普通反相器
uA
UTH
uY
TTL,1.4 V
CMOS：
DD2
1V
施密特反相器
A Y
uA
UT+
UT–
上限阈值电压下限阈值电压
uY
回差电压, TTT UUU
施密特可以实现反相器：
t
t
(c) 整形
uI
uO
O
O
TU
TU
施密特触发器可以将 不规则的波形整形为矩形波 。
若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由 5脚接入的控制电压 UCO来控制的。
t
t
(d) 鉴幅
uI
uO
O
O
TU
TU
从一系列幅度不同的脉冲信号中 选出幅度大于正向阈值电压 U+的输入脉冲,即对幅度进行鉴别 。
例一：由 555定时器构成的施密特反相器如图所示，
其 ⑤脚接 0.01uF电容，供电电压Ｖ cc＝ 12Ｖ，对应图中所示的输入波形，画出输出电压波形。
8V
4V
例二：由 555定时器构成的施密特反相器如图所示，
其 ⑤脚接 6V的电压源，供电电压Ｖ cc＝ 12Ｖ，对应图中所示的输入波形，画出输出电压波形。
7.3.3单稳态触发器单稳态触发器是又一种 脉冲整形电路,简称单稳。
由外界触发 自动返回稳定状态 稳定状态暂稳态恢复期工作特性：
① 它有 稳态 和 暂稳态 两个不同的工作状态；
② 在 外界触发脉冲 作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能 自动返回稳态 ；
③ 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。
一,555定时器构成的单稳态触发器
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
① 稳态：
无触发信号时,uI为高电平。电容先充电后放电，
当 uC＝ 0时，电路进入稳态,uO＝ 0。
② 暂稳态：
u2触发脉冲下降沿到达时 （ ），电路进入暂稳态,uO＝ 1。 当 时,uO＝ 0，暂稳态结束。
CCI U3
1u?
CCC U3
2u?
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
③ 恢复期：
VT导通，电容 C迅速放电，直到使 uC≈0，电路又恢复到稳态。
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
T
uI
1
3 UCC
0
uo
0
t W TW
uC
0
2
3 UCC
t
t
t
UCC
波形图电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,它 必须小于 tW。
若输入触发脉冲宽度大于 tW时,应在 u2输入端加入 微分电路 。
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C
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D
C
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F i l e,D,\ P R O T E L 9 9S E \ L i b r a r y \ S c h \ 第七章 D r a w n B y,
Vc c
u
u
Q
Vc c
R
R
C
1
2
3
4
5
6
7 8
55 5
0,0 1u F
图7,3,7具有微分触发电路的单稳态触发器
T
T
I
O
r
r
3
C
,,)(,)(,)( RC U32tuU UU 00U CCWCTCCCC
因此可得
RC113n1RCUU 0UUn1RCt
TC
CC
W,)(
)()(
2.输出脉冲宽度 tW
输出脉冲宽度 tW是 暂稳态 的停留时间,即电容 C的电压从
0充电到 所需的时间 。 根据电容 C的充电过程可知：
CCU3
2
上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度 tW仅决定于定时元件 R,C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节 R,C的大小，即可方便地改变 tW。
矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。
二、单稳态触发器的应用
1.脉冲整形
Iu
tWOu
单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号 uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准 矩形脉冲 uO。 uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度 tW决定于定时元件 R和 C。
单稳态触发器的整形波形
u I
u
u O → t
W2
←
← t W1 → ← t W1 →
延迟 t W1
2.脉冲延时脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。 延时时间为 tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件 R
和 C。
单稳态触发器的延时波形
3.定时由于 单稳触发器可产生宽度为 tW的矩形脉冲,利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在 tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的 定时作用 。定时时间为 tW，可通过调节定时元件 R和 C来调节定时时间。
1 &
uI OuuO
单稳 与门uF
tW
uI
uO
uF
Ou
单稳态触发器的定时波形作业题
7.2
7.5
7.6
7.1
7.1 概述图 7.1.1 常见脉冲波形脉冲是 脉动 和 短促 的意思，凡是具有 不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种 非正弦信号 都是脉冲信号。
在数字系统中常常需要用到 各种幅度,宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号,如触发器的时钟脉冲 （ CP） 。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种：
① 脉冲产生电路直接产生；
② 利用已有的周期信号整形,变换得到 。
脉冲整形,变换电路 ——单稳态触发器施密特触发器；
脉冲产生电路 ——多谐振荡器；
多用途的定时电路 ——555定时器 。
tr
0.9Um
0.5Um
0.1Um
tf
tW
T
Um
1.脉冲幅度 Um
2.上升时间 tr
3.下降时间 tf
4.脉冲宽度 tw
5.脉冲周期 T
6.脉冲频率 f=1/T
7.占空比 q=tw/T
P1
△ U
P2
图 7.1.2 矩形脉冲的参数说明,在数字技术中,tr和 tf越小越好，但实际的脉冲不仅有 tr和 tf，还会出现上冲、下冲和平顶倾斜。
7.2 集成定时器
555定时器是一种多用途的 数字 —模拟混合集成电路,可以方便地构成多谐振荡器，施密特触发器和单稳态触发器。
双极型 产品型号最后数码为 555,CMOS型 产品型号最后数码为 7555。其功能和外部引脚排列完全相同。
1
2
3
4
8
7
6
5
地
2
o
RD
UCC
放电端
6
UCO
555
u
u u
555定时器的内部电路包括以下几部分,
（ 1） 一个由三个相等电阻组成的分压器 ;
（ 2）两个电压比较器,C1,C2 ;
（ 3）一个 基本 SR触发器 ;
（ 4）一个晶体管 T。
1 2 3 4 5 6
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B
C
D
654321
D
C
B
A
T i t l e
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B
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+
-
-
+
C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
1.分压器
① 5脚悬空时，,；CCR UU 322? CCR UU 311?
② 5脚外接控制电压 UCO时,CORCOR UUUU 21,12
注,当 5脚不加控制电压时，通常经过一个 0.01μF的电容接地，以抑制干扰。
控制电压输入端
1 2 3 4 5 6
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C
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D
C
B
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+
C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
2.电压比较器
U+≥U-时,Ci＝ 1；
U+＜ U-时,Ci＝ 0。
高触发输入端低触发输入端
3.基本 RS触发器
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 不定异步清零端
4.放电三极管
T是一个集电极开路的放电三极管。
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
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C
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D
C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,0,32131)1( 62 RVUSVU CCCC
Q=1,T截止
U+≥U-时,Ci＝ 1；
U+＜ U-时,Ci＝ 0。
1
0
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C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,0,32031)2( 62 RVUSVU CCCC
Q,T保持
0
0
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D
C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,1,32031)3( 62 RVUSVU CCCC
Q=0,T导通
0
1
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B
C
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C
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C1
C2
高触发输入端
( 阀值输入 T H )
控制电压输入端低触发输入端
( 触发输入 T R )
6
5
2
8
1
5 k Ω
5 k Ω
G N D
T
Q
Q
R
S
R
R D
Q 输出端放电端直 接 置,0,端
4
D I S
( a ) 结构原理图
3
7
V
CC
D
二、功能分析
。；,1,32131)4( 62 RVUSVU CCCC
不允许
1
1
多谐振荡器是一种常用的 脉冲信号产生电路 。
工作特性：
1,自激振荡器 －－在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；
2、矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波
－－故称为 多谐振荡器 。
3、具有两个暂稳态；
7.3 555定时器应用一、自激多谐振荡器自动触发自动返回暂稳态 0
暂稳态 1
暂稳态 0
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C
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C
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3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
工作原理
① 刚接通电源时：
1100 oC uSRVu,，，则；第一暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
0
0
tu
O
7
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B
C
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C
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555
3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
② 充电阶段：；第一暂稳态 1)0(1032 oCCC uSRVu,或，，则
00132 oCCC uSRVu,，，则；第二暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
0
0 t1 t2
uO+
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A
B
C
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C
B
A
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3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
③ 放电阶段：；第二暂稳态 00)1(031 oCCC uSRVu,，或，则
11031 oCCC uSRVu,，，则；第一暂稳态
t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3
uO
+
TPH
TP
L
t5 t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3 t4
uO
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A
B
C
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D
C
B
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6
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555
3
Q
R
V
R
C
cc
u
u
A
B
(a) 电路
C
O
3.矩形波参数 (P191)
CRRT BAPH )(7.0 CRT BPL 7.0
CRR BAH )(? CR BL
CRRT BAPH )(7.0
CRT BPL 7.0
CRR BAH )(?
CR BL
CRR
TTT
BA
PLPH
)2(7.0
%502
BA
BA
PLPH
PHW
RR
RR
TT
T
T
tq
TPH
TP
L
t5 t
VCC
uC
CCV3
1
CCV3
2
O
O
t
t1 t2 t3 t4
uO
4.占空比可变的多谐振荡器图 7.3.2 占空比可调的多谐振荡器
1 2 3 4 5 6
A
B
C
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D
C
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1
2
3
4
5
6
7
8
0,0 1u F
1k Ω
10 k Ω
1k Ω
R
R
C
D
D
555
V
cc
A
B 1
2
u
O
CRT APH 7.0
CRT BPL 7.0
CRR
TTT
BA
PLPH
)(7.0
BA
A
PLPH
PHW
RR
R
TT
T
T
tq
例,试用 555定时器设计一个振荡周期为 1秒，
输出脉冲占空比 q=2/3的多谐振荡器。（取
C=10?F）
解：
由于 C=10?F，
得：由 322
BA
BA
RR
RRq
BA RR?
得：由 1)2(7.0 CRRT BA11.2CR A
KRR BA 48所以电路图如下所示。
1 2 3 4 5 6
A
B
C
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654321
D
C
B
A
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1
2
3
4
5
6
7
8
0,0 1u F
47 k Ω
2k Ω
47 k Ω
R
R
C
555
V
cc
A
B
u
O
10 uF
4 8
1
62
3
5
7
R1
C
555 uo
VCC
RB1RB8
S8 S1
简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变 RB 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 。
7.3.2施密特触发器施密特触发器是一种常用的 脉冲信号整形电路 。
1、工作特性：
① 具有 两个稳态 ；
② 属于 电平触发,缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；
③ 输入信号从低电平 上升时,电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平 下降时 对应的 输入转换电平不同 。
利用以上这三个特点不仅能将缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
(原因：由于有比较器，允许输入信号慢变化； )
(原因,由于有触发器，输出端边沿好。 )
O
uI
uO
UOH
UOL
TU?TU
uI 增大 时与 上限阈 值 比特点,
uI 减小 时与 下限阈 值 比上限阈值电压
(二 ) 主要静态参数回差电压?TU
下限阈值电压
TU
回差电压
UT = UT+ – UT–
强调,若改变 VCO值 VT+,VT-的值将改变。
(a)施密特反相器的电压传输特性与符号
(b)施密特缓冲器的电压传输特性与符号
uI
2.由 555定时器构成的 施密特触发器将 555定时器的 2和 6端连在一起作为输入信号，即可得到 施密特触发器。
由于比较器 C1和 C2的参考电压不同，因而基本 RS触发器的置 0信号（ vc1）和置 1信号
（ vc2）必然发生在输入信号 vi的不同电平。
因此，输出电压 uo由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的 vi的值也不相同，这样就形成了 施密特触发特性。
，,CCTCCT VUVU 3132 CCT VU 31
O
(b) 特性
uO
uI?TU?TU
图 7.3.4 555定时器构成的施密特触发器
(a) 电路
1 2 3 4 5 6
A
B
C
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D
C
B
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Vc c V ' c c
12
3
4
5
6 78 u'
0,0 1u F
u
u
O
O
I
555
t
t
uO
uI
TU
O
O
TU
(a)波形变换
uI uO
3.施密特触发器典型应用施密特触发器可以将 边沿变化缓慢 的周期性信号变换成边沿陡峭的 矩形脉冲 信号。
施密特触发器可以将 边沿变化缓慢 的周期性信号变换成边沿陡峭的 矩形脉冲 信号。
普通反相器和施密特反相器的比较
A Y1
普通反相器
uA
UTH
uY
TTL,1.4 V
CMOS：
DD2
1V
施密特反相器
A Y
uA
UT+
UT–
上限阈值电压下限阈值电压
uY
回差电压, TTT UUU
施密特可以实现反相器：
t
t
(c) 整形
uI
uO
O
O
TU
TU
施密特触发器可以将 不规则的波形整形为矩形波 。
若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由 5脚接入的控制电压 UCO来控制的。
t
t
(d) 鉴幅
uI
uO
O
O
TU
TU
从一系列幅度不同的脉冲信号中 选出幅度大于正向阈值电压 U+的输入脉冲,即对幅度进行鉴别 。
例一：由 555定时器构成的施密特反相器如图所示，
其 ⑤脚接 0.01uF电容，供电电压Ｖ cc＝ 12Ｖ，对应图中所示的输入波形，画出输出电压波形。
8V
4V
例二：由 555定时器构成的施密特反相器如图所示，
其 ⑤脚接 6V的电压源，供电电压Ｖ cc＝ 12Ｖ，对应图中所示的输入波形，画出输出电压波形。
7.3.3单稳态触发器单稳态触发器是又一种 脉冲整形电路,简称单稳。
由外界触发 自动返回稳定状态 稳定状态暂稳态恢复期工作特性：
① 它有 稳态 和 暂稳态 两个不同的工作状态；
② 在 外界触发脉冲 作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能 自动返回稳态 ；
③ 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。
一,555定时器构成的单稳态触发器
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
① 稳态：
无触发信号时,uI为高电平。电容先充电后放电，
当 uC＝ 0时，电路进入稳态,uO＝ 0。
② 暂稳态：
u2触发脉冲下降沿到达时 （ ），电路进入暂稳态,uO＝ 1。 当 时,uO＝ 0，暂稳态结束。
CCI U3
1u?
CCC U3
2u?
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
③ 恢复期：
VT导通，电容 C迅速放电，直到使 uC≈0，电路又恢复到稳态。
1.工作原理
48
7
6
2 3
1 5
u C
C
u ou
I
R
UCC
0.01μF
555
T
uI
1
3 UCC
0
uo
0
t W TW
uC
0
2
3 UCC
t
t
t
UCC
波形图电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,它 必须小于 tW。
若输入触发脉冲宽度大于 tW时,应在 u2输入端加入 微分电路 。
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
T i t l e
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F i l e,D,\ P R O T E L 9 9S E \ L i b r a r y \ S c h \ 第七章 D r a w n B y,
Vc c
u
u
Q
Vc c
R
R
C
1
2
3
4
5
6
7 8
55 5
0,0 1u F
图7,3,7具有微分触发电路的单稳态触发器
T
T
I
O
r
r
3
C
,,)(,)(,)( RC U32tuU UU 00U CCWCTCCCC
因此可得
RC113n1RCUU 0UUn1RCt
TC
CC
W,)(
)()(
2.输出脉冲宽度 tW
输出脉冲宽度 tW是 暂稳态 的停留时间,即电容 C的电压从
0充电到 所需的时间 。 根据电容 C的充电过程可知：
CCU3
2
上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度 tW仅决定于定时元件 R,C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节 R,C的大小，即可方便地改变 tW。
矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。
二、单稳态触发器的应用
1.脉冲整形
Iu
tWOu
单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号 uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准 矩形脉冲 uO。 uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度 tW决定于定时元件 R和 C。
单稳态触发器的整形波形
u I
u
u O → t
W2
←
← t W1 → ← t W1 →
延迟 t W1
2.脉冲延时脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。 延时时间为 tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件 R
和 C。
单稳态触发器的延时波形
3.定时由于 单稳触发器可产生宽度为 tW的矩形脉冲,利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在 tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的 定时作用 。定时时间为 tW，可通过调节定时元件 R和 C来调节定时时间。
1 &
uI OuuO
单稳 与门uF
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Ou
单稳态触发器的定时波形作业题
7.2
7.5
7.6
7.1
