施密特触发器 多谐振荡器
图26555定时器构成的施密特触发器
图6.16 噪声消除电路
6.3 施 密 特 触 发 器
施密特触发器可以将缓慢变化的输入 波形整形为矩形脉冲，它具有下述特点： ①施密特触发器属于电平触发，对于 缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达 到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 ②输入信号增加或减少时，电路有不 同的阈值电压。其电压传输特性如图 6.17 所示。
图6.15由两片74121集成单稳态触发器组成的多谐振荡器
4.噪声消除电路
利用单稳态触发器可以构成噪声消 除电路（或称脉宽鉴别电路）。通常噪 声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用 的信号都具有一定的宽度。利用单稳电 路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而 小于信号脉宽，即可消除噪声。由单稳 态触发器组成的噪声消除电路及波形如 图6.16所示。
图6.26 555定时器构成的施密特触发器
2.用555定时器构成多谐振荡器
• （1） 电路组成
图6.27 用施密特触发器构成的多谐振荡器
• （2） 工作原理
T1=0.7(R1+R2)C
T2=0.7R2C
电路振荡周期为
T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C
• （3） 占空比可调的多谐振荡器电路
单稳态触发器可以在外部触发信号作 用下，输出一个一定宽度、一定幅值的脉 冲波形。它具有以下特点。 ① 电路有一个稳态和一个暂稳态。 ② 没有触发信号时，电路始终处于 稳态，在外来触发信号作用下，电路由稳 态翻转到暂稳态。
③ 暂稳态是一个不能长久保持的状 态，由于电路中RC延时环节的作用，经 过一段时间后，电路会自动返回到稳态。 暂稳态持续的时间取决于电路中RC的参
反相器，如图6.4和图6.5所示。
第十章 555定时器及施密特、单稳、多谐
运放工作于非线性区的工作特点:
u + > u － ， u O =UOH u + < u － ， u O =UOL
i+= i－= 0
14
基本RS触发器的工作特点:
由与非门构成的SR锁存器的电路及符号
S 1端 ， 低 电 平 有 效 。 D 置位端或置
R 0端 ， 低 电 平 有 效 。 D 复位端或置
1
vo1 1
G2
vo vo
G v1I和G2为CMOS v反 o 相器，R1<R2
vI
vo
（a） 电路
1、vI=0时，G1=1,G2=0,vO=VOL=0 (为电路的第一稳态) 2、vI逐渐上升，达到vA=VTH时：
图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器
vA
vO1
vO
vO
V DD
阈值电压VTH
1V 2 DD
则vO迅速的转换为VOH=VDD
（为电路的第二稳态）
0
1V 2 DD
V DD30 vI
VII↑ V =0
VT+
VTH
V VOH OL
VT 称 为 正 向 阈 值 电 压
R2 R2 v A VTH ( VT VOL ) VT R1 R 2 R1 R 2
所以
2 3
0
V CC
0
VCC
t
（1）vi=1时电路处于稳态,有Q=0 , vc=0, vo=0。
47
RD
1
0
SD
vc 0
通
0
止
1
0
1
（2）vi触发（0）时处于暂稳态,有vc充电, vo=1。
6.3-6.4多谐振荡器和施密特触发器
教学过程一、教学内容：6.3 多谐振荡器由555定时器构成的多谐振荡器如图6.3所示，其工作波形如图6.3（b）。
图6.3 由555定时器构成的多谐振荡器接通电源后，电容C被充电，v C上升，当v C上升到大于2/3V CC时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C通过R2和T放电，使v C下降。
当v C下降到小于1/3V CC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。
电容器C放电结束,所需的时间为当C放电结束时，T截止，V CC将通过R1、R2向电容器C充电，v C由1/3V CC上升到2/3V CC所需的时间为当v C上升到2/3V CC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为。
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响较小。
图6.3所示电路的t PL≠t PH，而且占空比固定不变。
如果将电路改成如图6.3所示的形式，电路利用D1、D2单向导电特性将电容C充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器。
图中，V CC通过R A、D1向电容C充电，充电时间为t PH≈0.7R A C电容C通过D2、R B及555中的管T放电，放电时间为t PL≈0.7R B C，因而振荡频率为图6.3 占空比可调的方波发生器可见，这种振荡器输出波形的占空比为。
6.4施密特触发器将555定时器的阀值输入端和触发输入端连在一起，便构成了施密特触发器，如图6.4(a)所示。
当输入如图6.4（b)所示的三角波信号时，则从施密特触发器的v01端可得到方波输出。
（a）电路图（b）波形图当控制电压升高时，电路的阈值电压也升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。
因此，若控制电压为如图6.4(b)所示的三角波时，在单稳的输出端便得到一串随控制电压变化的脉冲宽度调制波，vⅠC与v O波形关系可看出，所以当vⅠ1>V th时，电路状态维持v O=V DD不变。
多谐振荡器
第八章 脉冲波形的产生与整形在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。
本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。
8.1 集成555定时器555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。
一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构：（1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C 1和C 2：v +＞v －，v o =1； v +＜v －，v o =0。
（3）基本RS 触发器；（4）放电三极管T 及缓冲器G 。
2．工作原理。
当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。
（1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。
施密特触发器与多谐振荡器
自动化学院应用电子教学中心
44
图6.4.2 环形振荡器工作波形
自动化学院应用电子教学中心
45
结论：用任何大于或等于3 的奇数个与非门 首尾相接，便可以组成基本环形振荡器。图 6.4.1 就是利用门电路的传输延迟时间将3 个与 非门首尾相接而构成的。
尽管用这种方法构成的振荡器很简单，却 不实用。原因在于门电路的传输延迟时间极短， TTL门电路一般只有几十纳秒，而CMOS 电路 也不过一两百纳秒。所以，环形振荡器的振荡 频率太高，并且不易调节。另外，其频率也不 稳定，因此环形振荡器在实际电路中很少得到 应用。
UT+
R1 R2 R2
UTH
(1
R1 R2
)UTH
（2）负向阈值电压
UT
(1
R1 R2
)U TH
自动化学院应用电子教学中心
32
（3）回差电压
UT
=
U T+ －
UT
2
R1 R2
U TH
－
滞后特性是施密特触发器的固有特性，同时也是其一
大特点。
通过调节R1或R2是实现正向阈值电压和反向阈值电压
的调节方法之一。不过，这个电路有一个
27
6.3.1 由CMOS门电路构成的施密特
1.电路组成
触发器
图6.3.1 两级CMOS 反相器构成的施密特触发器
由两级CMOS反相器构成的施密特触发器。
输入信号uI '通过R1、R2分压获得，并控制着门的状态。
自动化学院应用电子教学中心
28
2.工作原理
假设CMOS反相器G1、G2的阈学院应用电子教学中心
15
2、性能参数计算－输出脉宽
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。
多谐振荡器
多谐振荡器在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。
本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。
集成555定时器555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。
一．555定时器的电路结构与工作原理1．555定时器内部结构：（1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器；（2）两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1；v +＜v －，v o =0。
（3）基本RS 触发器；（4）放电三极管T 及缓冲器G 。
2．工作原理。
当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。
（1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。
第二十三课时：多谐振荡器、施密特触发器
振荡频率： f
1 T
1 0.7（R1 2R2）C
（R1
1.43 2R2）C
占空比：
q
t W1 T
0.（7 R1 R2）C 0.（7 R1 2R2）C
R1 R2 R1 2R2
50 00
6.5. 施密特触发器
6.5.2 555定时器做施密特触发器
施密特触发器的特点： （1）双稳态触发器，有两个稳定的状态； （2）电平触发——电压达到某个值时电路状态翻转； （3）具有滞后电压传输特性——回差特性
vo＝1。vi 升高时，在未到达 2VCC/3 以前，vo＝1 的状态不会改变。
（b）vi 升高到 2VCC/3 时，比较器 C1 输出为 0、C2 输出为 1，触发器置 0，即
Q＝0、 Q 1 ，vo=0。此后， vi 上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3
以前，vo＝0 的状态不会改变。
+VCC
84
6
7
555 3
vi
2
5
1
+VCC1
R
v o1 vo v CO
控制电压 调节回差
V6=VTH >2/3 VCC <2/3 VCC <2/3 VCC
vi
UT+ UT－
0
vo
0
V2=VTR >1/3 VCC >1/3 VCC <1/3 VCC
Vo
0 保持
1
T
导通 保持 截止
2VCC/3 VCC/3
t
t
（a）当Vi ＝0 时，由于比较器 C1=1、C 2=0，触发器置 1，即 Q ＝1、Q = 0 ， VO ＝1 。Vi 升高时，在未到达 2Vcc/3以前，VO ＝1 的状态不会改变。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
脉冲波形发生器与整形电路
一．电路组成及工作原理
当 uI 达到 d 点为UT- = 1/3VCC时，6号、2号引脚 状态为0、0，输出又翻转
为1态．
在d-e-f期间，6号，2 号引脚状态为0、0和0、1 输出uO1仍维持为1，
直到 uI 达到f点为2/3VCC uO1又变为1态。这样将输 入 uI 的三角波转为方波
当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3 VCC 时，uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通，C 经 R2 和 V 放电，uC 下降， 电路进入暂稳态 Ⅱ。
UOH
tWH tWL
UOL Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ
O
t
脉冲波形发生器与整形电路
工作原理
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC
0，uO 为高电平，放电管截止，VCC
TH=TR≤1/3VCC uC
经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电 路处于暂稳态Ⅰ。
2V
当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3
3 CC 1V
3
CC
O
uO
VCC时，uO 跃变为低电平，同时放电管 V 导通，C 经 R2 和 V 放电，uC 下降，
0 × × 0 导通
uI
uO
1 2V 1V
0 导通
3 CC 3 CC
1 2V 1V
1
3 CC 3 CC
截止
uOO U变OH UOH
1 2V 1V 不变 不 3 CC 3 CC
当当当T1UH/u0U03O当0I=VLO<TLT1CR当C1/H113=//3<3V3=VuVuTV由CTCIICC<RCCCH高C时时1==22u/电3/T/3IV3>V平为VRC2C=CC逐/uCC3时电IV渐<C压2C下/3uu时传IIV降C输C，特UUU性TT-+T===反12U//3相3T+VV输-CCCCU出T的- =滞1/回3 V特C性C
输出，因此又称为整形。
脉冲波形发生器与整形电路
二、应用举例
１．波形的变换或整形 脉宽tw可由△UH控制，可将不规则的波形整形成矩形．波。
回差电压△UH=UT+-UT-较小时，抗干扰能力较差，输出uo也受输入 干扰影响．如果将回差电压扩大为△U’H=UT+-U’T-，则输出 u’0 可不受干 扰影响。
电路进入暂稳态 Ⅱ。 t
当 uC 下降到 TH = TR = uC ≤1/3
UOH
UOL O
tWH tWL Ⅰ ⅡⅠⅡⅠ
VCC 时， uO 重新跃变为高电平，同时 放电管 V 截止，C 又被充电，uC 上升，
电路又返回到暂稳态Ⅰ。 t
脉冲波形发生器与整形电路
电容 C 如此循环充电和放电， 使电路产生振荡，输出矩形脉冲。
脉冲波形发生器与整形电路
２．幅度鉴别
利用施密特触发器，从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大的信号鉴 别 出来，称为幅度鉴别，其波形如下图示．当输入脉冲幅度大于UT+时，有 信 号输出，小于UT-时，无信号输出．
脉冲波形发生器与整形电路
7.4 用555定时器组成的多谐振荡器
多谐振荡器是产生矩形波的自激振 荡器。由于矩形波包含基波和高次谐波 等较多成分，因此称为多谐振荡器。另 外，这类电路不存在稳态，故又称无稳 态电路。
uC
2 3
VCC
1V
3
CC
O
uO
t
UOH UOL
tWH tWL Ⅰ ⅡⅠⅡⅠ
O
t
二、振荡频率的计算
tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2C T = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C
q t WH R1 R2 50 % T R1 2 R2
脉冲波形发生器与整形电路
一、电路的组成及工作原理
用555定时器组成的多谐振荡器电路和工作波形 分别如下图所示：
脉冲波形发生器与整形电路
工作原理、工作Leabharlann 形与周期估算充电工作原理
UOH
TH = TR = uC 很小 uC 2V
3 CC
1V
3
CC
O
uO
t
UOH UOL
tWH tWL
ⅠⅡ
Ⅰ
ⅠⅡ
O
t
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC
脉冲波形发生器与整形电路
7.3 用555定时器组成施密特触发器
施密特触发器的特性和符号。
UT+ ：正向阈值电压
UT-：负向阈值电压
回差电压: UH = UT+ - UT-
(a)反相输出的传输特性
施密特触发器 (b)反相输出的符号图
(C)同相输出的传输特性.
脉冲波形发生器与整形电路
输入
输出
RD TH TR OUT V 状态
0，uO 为高电平，放电管截止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电 路处于暂稳态Ⅰ。
脉冲波形发生器与整形电路
工作原理
放电 UOL
TH = TR ≥ 2/3 VCC uC
2V
3 CC 1V
3
CC
O
uO
t
接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电 路处于暂稳态Ⅰ。
脉冲波形发生器与整形电路
一．电路组成及工作原理
在uI的a至b段，uI由小 到大，在未达到2/3VCC 之前，6号、2号引脚状
态为0、0和0、1，故3号 引脚输出uO1为1态；
当uI达到b点为 UT+=2/3VCC时，6号、2号 引脚状态为1、1，输出 uO1翻转为0；
在uI为b-c-d期间，6号、2 号引脚状态为1、1，0、1 输出uO1仍维持为0；