第8章波形-8.1单稳态
单稳态电路应用PPT
CD4011引脚图
CD4011内部逻辑图
由4011的两个与非门构成的单稳态电路原理图
让我们做个实验
电容充放电电路（充电是稳态由电路自动维持，放电是暂稳态, 由外力按开关维持。)
电容
电阻
发光时间
结论
100μF 100μF 100μF 4.7μF 47μF 470μF
100Ω 1kΩ 10kΩ 1kΩ 1kΩ 1kΩ
单稳态电路的实质
• 人们巧妙地应用了电容的充放电特性，发明了单稳态电路。 • 延时时间：T = nRC(秒) n为一常数 • 利用单稳态电路可以实现：
图4-1照相机自拍 电路
楼道自停照明灯
自动 门
单稳态电路控 制应用事例
单稳态电路的组成
信 号
控
输
制
入
电
执 行 电
电 路
路
路
单稳态电路的组成
什么是单稳态电路
所谓单稳态电路就是具有两种状态的电路，其中一种是稳定的状 态（稳态），另一种是暂时稳定的状态（暂稳态）。就像弹簧门 一样。
弹簧门的关门是它的稳定状态，开 门是它的暂时稳定状态，外力一撤， 门就会自动恢复稳定状态。如果用 单稳态电路控制门，那就不需要弹 簧了，开门后，过几秒钟（时间由 你定）门会自动关上，如果在单稳 态电路的输入端加上红外传感器， 那门就是全自动的了。
暂稳态，3脚输出高电平，灯泡H立即点亮延续几秒端电压充到
2/3VDD时，电路又恢复到稳态，几乎同时，电容C1被放电。电 路等待下次触发脉冲的到来，改变电路中电阻R1、电容C1的数 值，可方便地调整延时时间。
下图是555集成电路管脚图
脉冲与整形电路
则，当触发信号低于一定数值时，电路状态将翻转回原来的状态。
该触发器的特点是使电路两次发生翻转时的触发电平不同。
1.电路组成
V
CC
将555定时器阈值输入端TH和 触发输入端 连在一起作为触发 信号uI的输入端时，便组成了施 密特触发器，如图所示。
TH
8
4
6
u
I
555 3
2
TR
1
5
C
u
O
OUT
10
由图可知：该电路的上门限触发电平UTH1的值 为：
ui到来时，因为ui＜UCC/3，使A2＝0，触发器置1，uo又由0变 为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管V截止，UCC经R对 C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器A2的输出变为1，但充 电继续进行，直到uc上升到2UCC/3时，比较器A1输出为0，将触发 器置0，电路输出uo＝0，V导通，C放电，电路恢复到稳定状态。
第8章 脉冲及整形电路
脉冲波形的产生与整形电路有施密特触发器、单稳態触发器 和多谐（无稳）振荡器。而555集成定时器可以构成上述各种电 路。本章主要以555定时器为主，来介绍施密特触发器、单稳態 触发器、多谐振荡器之脉冲产生及整形电路。
脉冲波形的特性，可用以下几个参数描述：
脉冲幅度Um：脉冲高低电平之间电压的最大变化值。
<
2 3 VCC
<
1 3 VCC
1
放电管VT 导通
输出OUT 0
导通
0
原状态
原状态
截止
1
8.2 555定时器的应用
9.2.1 施密特触发器
施密特触发器是一种双稳态触发器，电路具有两个稳态。当
电路满足一定触发条件时，电路由一种稳态进入另一种稳态。此
脉冲波形的产生和整形—单稳态触发器(电子技术课件)
8
R
vI
O
5
CO
t
vO
O
vC
5kΩ
U+
6
2UDD/3 TH
1VDD/3
U-
C
暂稳态
t
4R
>1UDD/3 2
vI TR
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
1 R Q
0
S
T
1
OtU SS来自7 DQ1
1
1
Q
5kΩ
2VDD/3
0
3
0
OUT
输出脉冲的宽度 等于暂稳态持续时间，而暂稳态持续时间等于电容电压
单稳态触发器的应用
● 脉冲整形
● 脉冲定时
● 脉冲延时
脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差
或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器
进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号加到单
稳态触发器的输入端，输出便可得到符合要求
的矩形脉冲。
暂稳态期间输出电平的高低与输入信号状态
无关，即使输入信号不规则，也能使输出成为
<1UDD/3
2
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
0 R Q
1
S
T
1
7 D
1
1
0
Q
5kΩ
U SS
1
Q
3
1
OUT
（三）自动恢复稳态
8、波形产生及单稳态触发器
调节。
&
uA
tW
单稳电路
延迟时间
实验八 波形产生及单稳态触发器
单稳态触发器的应用
③ 脉冲的整形：
脉宽不同
④ 方波发生器:
单稳电路 ui1=uo2
ui1 ui2
脉宽相同
uo1=ui2
单稳电路
uo2
红：自动返回 蓝：触发翻转
注：合理调节两电路的参数，可得到符合要求的输出脉冲。
实验八 波形产生及单稳态触发器
3、脉冲波形的参数
0.9Um
Um
tw
0.1Um
tr
tf
（1）脉冲幅度Um：脉冲从起始值到峰值之间的变化幅度；
（2）脉冲前沿时间tr：脉冲从0.1Um变到0.9Um所需要的时间；
（3）脉冲后沿时间tf：脉冲从0.9Um变到0.1Um所需要的时间；
（4）脉冲宽度tW：脉冲半高处的宽度；
多谐振荡器的逻辑符号
实验八 波形产生及单稳态触发器
门电路组成的多谐振荡器的结构
① RC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:
& uo1 & uo2 &
uo3
1 1 02 0
3
1
0
1
设Uo3为高电平，它反馈到G1门的输入端，经G1门延迟Tpd后 产生一个负跳变Uo1；再经G2延迟后产生一个正跳变Uo2；最 后经G3延迟使Uo3为负电平；这个负电平反馈到G1门的输入端， 延迟3Tpd又使Uo3为正。如此往复形成振荡。
实验八 波形产生及单稳态触发器
实验八 波形产生及单稳态触发器
脉冲波形的产生和变换试题及答案
第八章脉冲波形的产生和变换一、填空题1.(10-1中)矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是________________；另一种是________________________。
2.（10-1易）占空比是_________与_______的比值。
3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a.T T L,b.C M O S）产品，为7555的是（a.T T L, b.C M O S）产品。
4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。
5．（易，中）常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。
6．（中）为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入。
7.（10-3易）在数字系统中，单稳态触发器一般用于______、______、______等。
8.（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作为________、_________。
9.（10-2易）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为________。
10.（10-2中）由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点: 首先，电路中含有________，如门电路、电压比较器、BJT 等。
这些器件主要用来产生________；其次，具有________, 将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，以获得所需要的振荡频率。
在许多实用电路中，反馈网络兼有_____作用。
11.（10-3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。
外加触发信号，电路由_____翻转到_____。
电容充电时，电路由______自动返回至______。
二、选择题1．（10-2中）下面是脉冲整形电路的是（）。
A.多谐振荡器B.J K触发器C.施密特触发器D.D触发器2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。
第八章习题解答
习题八答案1． 试比较多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的工作特点，并说明每种电路的主要用途。
答：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。
暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。
改变外接R 、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。
施密特触发器具有回差特性，它有两个稳定状态，有两个不同的触发电平。
施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。
单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。
输入信号起到触发电路进入暂稳态的作用，其输出脉冲的宽度取决于电路本身 R 、C 定时元件的数值。
改变 R 、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。
多谐振荡器是常用的矩形脉冲产生电路。
施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路。
施密特触发器可用来进行整形、幅度鉴别、构成多谐振荡器等。
单稳态触发器常用于脉冲的延时、定时和整形等。
２．在图8.2所示５５５集成定时器中，输出电压uo 为高电平ＵＯＨ、低电平ＵＯＬ及保持原来状态不变的输入信号条件各是什么？假定ＵＣＯ端已通过0.01μF 接地，u D 端悬空。
答：当1=R 时， TR U <3V CC ，则C 2输出低电平， 1=Q ，OH o U u =。
当1=R 时， TH U >32V CC ，TR U >3V CC ，则C 1输出低电平、C 2输出高电平，1=Q 、0=Q ，OL o U u =。
当1=R 时， TH U <32V CC，TR U >3V CC ，则C 1C 2输出均为高电平，基本RS 触发器保持原来状态不变，因此o u 保持原来状态不变。
３．在图8.3所示多谐振荡器中，欲降低电路振荡频率，试说明下面列举的各种方法中，哪些是正确的，为什么？1） 加大R 1的阻值； 2） 加大R 2的阻值； 3） 减小C 的容量。
答：根据式（8-2）()ln221121C R R T f +==可知，1）2）两种方法是正确的。
上海交大电路理论教程8-1
§8.1 正弦稳态响应
固有频率si大部分位于s平面的开左半平面上，有一些落 在虚轴上(即一些纯虚数的固有频率ji) ⓐ 位于虚轴上的是多重固有频率s1 = s2 = j0，s3 = s4 = -j0(总以共轭形式出现),则齐次解中必定含有
(k1 k2t )e j0t (k3 k4t )e j0t 或表示成 k1cos(0t+1)+k2tcos(0t+2)
电路基础
第三篇 稳态电路
上海交通大学本科学位课程
电子信息与电气工程学院 2008年8月
第八章 正弦稳态电路分析
在正弦信号激励下电路的稳态响应是电路理论 中的重要课题，这是因为正弦信号比较容易产 生和获得，在科学研究和工程技术中，许多电 气设备和仪器都是以正弦波为基本信号的。 根据富里叶级数和富里叶积分的数学理论，周 期信号能够分解为一系列正弦信号的叠加。利 用线性电路的叠加性，可以把正弦稳态分析的 方法推广到非正弦周期信号激励的线性电路中 去。因此也可以说，知道了正弦稳态响应后， 原则上就知道了任何周期信号激励下的响应。
Am sin(t ) Re( Ame j(t ) ) Re( Ame j e jt ) Re( Ame jt )
其中
Am
Ame jt
Ame j
是 t=0 时的复值常数，称相量
称旋转相量， e jt 称旋转因子
Am Ame j Am
相量可表示为
作为复数，相量又常用s复平面上的有向线段表示。这 样的图称相量图。 j j 2 j Am2 A 设 Am1 Am1e Am2 Am2e m1
§8.1 正弦稳态响应(正弦量和相量)
正弦量和相量 基本要求：
正弦量的振幅（最大值）、角频率、相位和初相位 正弦量的瞬时值、有效值、相位差 正弦量与相量的变换、相量图 同相、超前和落后的概念
数字电路答案第八章
第八章脉冲产生与整形在时序电路中，常常需要用到不同幅度、宽度以及具有陡峭边沿的脉冲信号。
事实上，数字系统几乎离不开脉冲信号。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种：直接产生或者利用已有信号变换得到。
本章主要讨论常用的脉冲产生和整形电路的结构、工作原理、性能分析等，常见的脉冲电路有：单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器。
第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）常用脉冲产生和整形电路1. 施密特触发器（1）电路特点施密特触发器是常用的脉冲变换和脉冲整形电路。
电路主要有两个特点：一是施密特触发器是电平型触发电路；二是施密特触发器电压传输特性具有回差特性，或称滞回特性。
输入信号在低电平上升过程中，电路输出状态发生转换时对应的输入电平称为正向阈值电压U T+，输入信号在高电平下降过程中，电路状态转换对应的输入电平称为负向阈值电压U T－，U T+与U T－的差值称为回差电压ΔU T。
（2）电路构成及参数施密特触发器有多种构成方式，如：门电路构成、集成施密特触发器、555定时器构成。
主要电路参数：正向阈值电压U T+、负向阈值电压U T－和回差电压ΔU T。
（3）电路应用施密特触发器主要应用范围：波形变换、波形整形和幅度鉴别等。
2. 单稳态触发器（1）电路特点单稳态触发器特点如下：①单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；②在外加触发信号的作用下，触发器可以从稳态翻转到暂稳态，暂稳态维持一段时间，自动返回原稳态；③暂稳态维持时间的长短取决于电路参数R和C。
（2）电路构成及参数单稳态触发器有多种构成方式，如：门电路构成的积分型单稳态触发器、门电路构成的微分型单稳态触发器、集成单稳态触发器、555定时器构成的单稳态触发器等。
主要电路参数：暂稳态的维持时间t w、恢复时间t re 、分辨时间t d、输出脉冲幅度U m。
（3）电路应用单稳态触发器主要应用范围：定时、延时、脉冲波形整形等。
3. 多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后，就可以自动产生矩形脉冲，是数字系统中产生脉冲信号的主要电路。
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vI
VCC
Cext Rext/ Cext 74121 （2） A1 A2 B Q
vO
0
vO1
t1
t
tW1 0
vO
tW1 t
A1 L H H
A2 L H
H
L L
B H H L H H H
Q L L L L
Q
H H H H
VCC
tW2 0
tW2
t
3. 噪声消除电路
C
Cext Rext/Cext
vO1 vO 1 D v I2 v C R VDD C G2
CMOS或非门构成的微分型 单稳态触发器
稳态为0
C vC
1 D vI2 R
G2
vI
G1 1 Cd vd Rd
正脉冲触发
负脉冲触发
工作原理：
设定CMOS反相器的阈值电压 VTH a)没有触发信号时， I=0 电路处于一种稳态：
1 1 Tmin t W tre
t1
t2
t
4. 讨论
a)在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G2的输入电压I2达到VDD+VTH， 可能损坏G2门，怎么办？ b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？
vO ≥1 G3
vO1
采用TTL与非门构成单稳电 路时，电阻R要小于0.7k。
vO G1 ≥1
C =0
0
vO
1
0
电路由暂稳态自动返回到稳态
1
v0
I2
t
vO1 G1 1 1
vO G2
V DD V TH 0 vO
t
vI
Cd
tw
0 t1 t2 t
vd Rd
D v I2 v C R VDD
C
3 . 主要参数的计算
（1） 输出脉冲宽度tW C ( )C ( 0 ) RC ln C ( ) V TH
8 脉冲波形的变换与产生
教学基本要求
1.正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器 的电路组成及工作原理。 2.掌握多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能 及主要指标计算。 3.掌握555定时器的工作原理。 4.掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发 器的电路、工作原理及外接参数及电路指标的计算。
首先要做的事不是光看远方模糊的目标，而要做手边最具体 的事情，不论多么远大的理想，都需要一点一点去实现，无论多 么浩大的工程，都需要一砖一瓦垒起来。
8.1单稳态触发器
8.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳 态触发器
8.1.2 集成单稳态触发器 8.1.3 单稳态触发器的应用
8.1单稳态触发器
1
t
电路进入暂稳态 电容充电
t
0
0 vI2 VDD VTH 0 vO
vO1 G1
1
vd Rd
G2
t
vI
Cd
v C
vI2 R VDD
0
t1
t2
t
c)电容充电,
vI
I2
vO1
t
I2 =VTH产生如下正反馈过程：
vI2
迅速使 电容放电
t
vR
0 vd
v o2
vO
vO1
O1 = 1 O=0
由信号触发 稳定状态 单稳态触发器的工作特点： ① 电路在没有触发信号作用时处于一种稳定状态。 ② 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③ 由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长久保持，经 过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取 暂稳态 自动返回 稳定状态
决于RC参数值。
Cext
11
9
14
Rext/ Cext Rint VCC
6 A1 A2 B GND 7 74121 1
Q Q
3 4 5
6 A1 A2 B GND 7 74121 1
Q Q
(1)工作原理
电路的不可重复触发特性
Cext Rext /Cext Rint Rext Rint
暂稳态: Q=1 Q=0
B
0
G1 & G2 &
Rext
VCC
10
Cext
11
9
14
Rext/ Cext Rint VCC
3
6 A1 A2 B GND 7 74121 1
Q Q
74121功能表 A1 L H H A2 L H B H H L H H H Q L L L L
4 5
Q
H H H H
不可触发，保持稳态不变
B 和A1、A2 中有一个或两个为 高电平，输入端有一个或两个下 降沿时电路被触发 A1、A2中有一个或两个为低电平，
vI 0 vd 0 vO
1
tW
t
vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2
tW VDD 0 RCln VDD VTH = RCln2
t
0 vI2 VDD VTH 0 vO
t
tW≈0.7RC
(2) 恢复时间tre
t tW
tre 3d
fmax
0
(3) 最高工作频率 fmax
H
L L
在B端输入上升沿时电路被触发
8.1.3 单稳态触发器的应用
1. 定时 vO
vI
O vB
t
与门
tW O vA
t
tW vA vB
单稳态 触发器
O vO
t
O
t
vI
该电路可用于频率计
(2) 电机转速测速系统
2. 延时
C1 R1 VCC Cext Rext/ Cext 74121 A1 （1） A2 vI B Q vO1 C2 R2
R VCC
噪声
vI
Q 1D C1 R vO
vI
A1 A2 B
74121
Q
vO
A1 L H H A2 L H H L L B H H L H H H Q L L L L
Q
H H H H
单稳触发器的输出脉宽应大于噪声
宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声。
Q Q
Q
G4 & a
G5 & ≥1
G6 &
G7 1 G8 1 G9 1
A1 A2
Q
1 0
0
G3 &
Q
触发信号控制电路
微分型单稳态触发器
(a) 逻辑图
输出缓冲电路
在暂稳态期间即使有触发信号输入,但由于G4门在此期间关闭， 不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器。 输出脉冲宽度： tW≈0.7RC
C
G7 1 G8 1 G9 1
Q
G3 &
Q
触发信号控制电路
微分型单稳态触发器
(a) 逻辑图
输出缓冲电路
C
Rext
VCC
输出脉冲宽度： tW≈0.7RC C: 10pF~10μF Rext: 2~30k Rint: 2k
3 4 5
C
VCC
10
Cext
11
9
14
Rext/ Cext Rint VCC
10
vI
1 C R
G2
VD
Cd
Rd VDD
8.1.2 集成单稳态触发器
没有被重复触发
不可重复触发
vI
tW
vO
(a)
tW
被重复触发 可重复触发
vI
tW
vO
(b)
tW
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121
Rext Cext B G4 & a A1 A2 G1 & G2 & G5 & ≥1 G6 & Rext/Cext Rint Rint
有理想并追寻理想是好的，但只有先把分内的事做好，才有 资格期望更多。如果你是学生，先把书读好，才有资格去实现自 己的梦想------基础课没学好，ห้องสมุดไป่ตู้么能找到最合适的工作，以实现 自己的梦想呢？如果你刚进入职场，那就先把分配给你的工作做
好，这样才有资格去考虑晋升和发展-----老板交代的事没做好，
怎么会有晋升的机会呢？
单稳态触发器的分类
门电路组成的单稳态触发器
按电路形式不同 MSI集成单稳态触发器 用555定时器组成的单稳态触发器 不可重复触发单稳态触发器
按工作特点划分
可重复触发单稳态触发器
8.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1. 电路 CMOS与非门构成的微分型 单稳态触发器 稳态为1
vO1 G1 & vI Cd vd Rd VDD vO
vO1
1 0
VDD 2
vO 1 G2
O =0 C =0
0
G1 1 vI Cd vd Rd
0
D v 1 I2 v C R VDD
C
b)外加触发信号
vI 0 vd
d
vI vO1
迅速使
d =VTH
vI2 vO
产生如下正反馈过程：
t
vO
1
0
O1 = 0 O=1 I2
vO 1 C