555定时器及多谐振荡器

正脉冲触发
工作原理：
设定CMOS反相器的阈值电压 a)没有触发信号时， I=0
1 0
VTH
V DD 2
电路处于一种稳态：
vO1 G1 1
0
vO 1 C G2
o = 0 c = 0
vI
Cd
0
vd Rd
D vI2 1 v C R VDD
5
b)外加触发信号
vI 0 vd
d
迅速使
d =VTH
Cd
3）采用TTL与非门构成 单稳电路时， R要小于0.7k Rd要大于2K
R Rd VDD
9
9.1.2 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
10
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121 C
ext
Rext Rint
R2 R1 I1 VTH VT - VDD R1 R2 R1 R2
V T- ( 1 R1 )VTH R2
VDD 2VTH
R1 R VTH 1 VDD R2 R2
20
VT VT VT- 2
vI
1
vo
G1 vI R1 1
R2 G2 1 vO vO1
会自动返回到稳态。暂稳态持续的时间仅取决于电路的参
数，与外界触发脉冲的宽度和幅度无关。
2
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 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
工作特点划分
可重复触发单稳态触发器
3
9.1.1 用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
0
(3) 最高工作频率 fmax
1 Tmin
1 t w t re
t1
t2
t
8
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) 为了改善输出波形，电路输出端再加一级反相器
vOvO11ຫໍສະໝຸດ G3vO G1 ≥1
vI
1 C
G2
VD
VTH电路,维持 υ O=VOH 不变 ,只要υI1 > VTH， 则保持 υo =VOH
R2 G1 vI R1 1 G2 1 vO vO1
(4)当υI下降, υI1 也下降
当 υI1 = VTH，电路产生跳变 ：
vO1 = VOH
v O = VOL
↓ R
vI1
R2 1 I1 I O R1 R2 R1 R2
vC
vO
vI
当 v I =VTH 时，
vI
G1 TP D1
v O1
迅速使得G1截止、G2导通
υ O1 =1 υ
G2 VDD TP D3
O2 =0
电路返回第一暂稳态
vI
放电
VDD＋V＋
vI
D2
vO1
TN R D4 TN
vO2
VTH O vO2 VDD
－V－ t
T1
T2
t2
C
O
t1
第一
第二 暂稳态
t
L
在B端输入上升沿时电路被触发
13
9.1.3 单稳态触发器的应用
1. 定时
vO
O vB
t
vI
与门 tW vA vB 单稳 态 触发 器 vI
tW O vA
t
O vO
t
O
t
14
2. 延时
vI
C1
R1 VCC
C2
R2
VCC
0 t
Cext Rext/ Cext 74121 A1 （1） A2 vI B Q vO1
vI 0 vd 0 vO
1
tW
t
vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2 V DD 0 t w RC ln V DD VTH = RCln2
t
0 vI2 VDD VTH 0 vO
t
tw≈0.7RC
(2) 恢复时间tre
t tW
tre 3d
f max
t
t
t
(a)
(b)
24
3.消除干扰信号
vI
vI
1
vo
VT
2
VT
1
O vO
t
vO VOH
O vO
t
VOL o VT+ VTO
t
25
合理选择回差电压，可消除干扰信号。
4.
幅度鉴别
vI VT+
1
υI
vO VOH
o
VT0 0 t
vO VOH
VOL
VOL o VT+ VT-
0
vI
26
9.3 多谐振荡器
o1 = 0 o =1
1
t
电路进入暂稳态 电容充电 I2
0
vO1 0 vI2 VDD VTH 0 vO
0
t
vO1
t
vO
1 D v v I2 C R VDD C
G1 vI Cd
1 vd
G2
t
Rd
0
t1
t2
t
6
c)电容充电,
vI
I2
v o2 vO1
t
I2 = VTH
迅速使 o = 0 o1 =1 电容放电 c =0 电路由暂稳态自动返回到稳态
I为三角波
v I1
R2 R1 vI vO R1 R2 R1 R 2
18
当vI=0， v O= 0V (1) I上升 只要 I1 <VTH，则保持 O = 0V (2)当 υI1 = VTH，电路发生跳变 ：
vO1= 0
vO = VOH
R2 G1 vI R1 1 G2 1
Cext Rext/ Cext 74121 （2） A1 A2 B Q
vO2
vO1
t1
tw1 tw1
0
t
vO tw2 tw2 t
VCC
0
15
3. 组成噪声消除电路
C
Cext Rext/Cext
R VCC
噪声
vI
A1 A2 B 74121 Q 1D C1 R Q vO
Q vO
vI
单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，
9.3.1 由门电路组成的多谐振荡器
9.3.2 由施密特触发器构成的波形产生电路
9.3.3 石英晶体振荡器
27
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电
源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩
形（脉冲）波。由于矩形波中含有丰富的高次
谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器叫做
多谐振荡器。
多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状 态故又称为无稳态电路。 它可以由分立元件构成，也可以由集成 电路构成。
D2 TN
v O1
TN R D4
vO
VC
组成的多谐振荡器
C
29
2. 工作原理
（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态 电路初态： v O1 =1 v O =0 v C = 0V 假定 VTH＝ V0 N＝ VOFF＝VDD 2 当 v =V 时， vC 电容充电 v I TH
I
vI
1 0
vR
0 vd

v O1
1
0
t
vO1
t
vO 1 D v I2 v C R VDD C G2
0 v I2
V DD V TH 0 vO
G1 1 vI Cd vd Rd
t
tw
0 t1 t2 t
7
3、 主要参数的计算
（1） 输出脉冲宽度tw C ( ) C ( 0 ) RC ln C ( ) VTH
vO
整形电路
输出电路
22
9.2.3 施密特触发器的应用
1. 波形变换
1
vI
vO
vO1 VOH
vI vT+ vTvO VOH VOL
VT_ VT+
t
tWo t
23
VOL o vI
0
2.
波形的整形
vI
vI VT+ VT– 0 vO VOH VOL 0
1
vO
vI vI VT+ VT–
t
1
vO
0 vO VOH VOL 0
28
9.3.1 由CMOS门电路组成的多谐振荡器
1. 电路组成
υo1与υo 反相,电容接在υo与υI之间:
υo1 =1, υo =0 时,电容充电, υI增加; υo1 =0, υo =1 时,电容放电, υI下降;
G1 vI G2 vO1
G1 G2 TP D3 TP +VDD
1
R
1
C
vO
D1
vI
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 &
G4 & a G5 & ≥1 G6 & G7 1 G8 1 G9
A1 A2
&
Q
1 0
G3
1
0
&