第 9 章脉冲波形的产生与变换

第9章脉冲波形的产生与变换 9.1 集成555定时器 9.2 单稳态触发器 9.3 多谐振荡器 9.4 施密特触发器

9.1 集成555定时器 流行产品: 美国Signetics公司 1972年研制，用于取代机械式定时器。流行的产品主要有4个： BJT两个：555，556（含有两个555）； CMOS两个：7555，7556（含有两7555）。

9.1 集成555定时器 一、555定时器的电路结构由以下几部分组成：（1）三个5kΩ电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器 C1和C2。电压比较器的功能： v+> v-，vO=1 v+< v-，vO=0

电路符号 （3）基本RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。

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。 2/3VCC 1/3VCC

（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。（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。功能表 2/3VCC 1/3VCC

9.2 单稳态触发器 单稳态触发器——有一个稳态(0)和一个暂稳态(1)；在触发脉冲作用下，由稳态(0)翻转到暂稳态(1)；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。一．用555定时器组成单稳态触发器 1. 电路组成及工作原理（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。

（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。

（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。（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。（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。（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。

TW T 2. 主要参数估算 (1) 输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）（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:

74121功能表 输入输出工作特征 A1 A1 B vO vO 0 × 1 × 0 1 × × 0 1 1 × 0 1 0 1 0 1 0 1 保持稳态 1 ↓ 1 ↓ 1 1 ↓ ↓ 1 下沿触发 0 × ↑ × 0 ↑ 上沿触发二．集成单稳态触发器74121 A1、A2是下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。

集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法: （a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。

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～10μF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）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。 1. 延时与定时（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。

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。

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。

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。

vc 2/3VCC 1/3VCC 0 t vo t 0 9.3 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

vc 2/3VCC 1/3VCC 0 t vo T1 T2 t 0 T 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TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （4）电路振荡频率f （5）输出波形占空比q

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：

9.4 施密特触发器 9.4.1 特性与原理 9.4.2 集成施密特触发器 9.4.3 应用举例

基础知识 9.2.1施密特触发器特性与原理

基础知识 8.2.1施密特触发器特性与原理施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。特点： ①电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压，二者的差值称为回差。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。 ②与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。

基础知识 8.2.1施密特触发器特性与原理电路举例一

2/3VCC 1/3VCC 由555电路组成的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

电路符号

传输特性 Vo VOH ΔVT VOL Vi 2/3VCC 0 1/3VCC 2/3VCC 1/3VCC 2.电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性（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 VT — VT+ VT+ ΔVT VT —

vO1 v v O1 O2 VCC2 电路符号 t t

1. CMOS集成施密特触发器CC40106 2. TTL集成施密特触发器74LS14 二．集成施密特触发器

VT+ 输入 VT- 输出三．施密特触发器的应用举例 1. 用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。

2. 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。

3. 电动窗帘

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。

第9章习题 9.2.3 9.4.1 9.4.3 9.4.5 9.4.6

第 9 章脉冲波形的产生与变换