实验7-波形产生及单稳态触发器
C1
实验原理
单稳态触发器
单稳态触发器的特点： ①电路有一个稳态、一个暂稳态； ②在外来触发信号的作用下，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。暂稳态的持续时间 取决于RC电路的参数值。
单稳态触发器的逻辑符号
实验原理
门电路组成的单稳态触发器的结构
①微分型单稳态触发器
uo1 u1
实验操作
1、多谐振荡器的测试
构成如下电路并测试频率范围。若C不变，要想输出1KHZ的 波形，计算R2的值并验证、分析误差。
CD4069 CD4069 OUT
R3 100
R1 30K
R2 22K
C0.1µF
实验操作
2、单稳态触发器的测试
构成如下电路，输入脉冲由上面实验中的多谐振荡器输出 构成。任选三个频率点（易于观察），记录A、B、C点波 形。若要改变单稳态触发器输出波形宽度，应如何改变 电路参数？
③RC耦合式振荡器:选择合适的R1，R2以保证门1、门2的静 态工作点在转折区。 这个电路有两个缺点: uo1 u 一是不容易起振;二是 uR1 R2 电路振荡频率的稳定 1 2 u o2 性较差,容易受温度、 C2 C1 R1 R2 元件性能、电源波动等 因素的影响。 为便于起振,将两个电 阻改接成如右图所示,只要 适当选择它们的大小,使两 个与非门的静态工作点均 处于放大区,起振便比较容 易. C2 RF 1 RF uo 2
电子技术实验
波形产生及单稳态触发器
实验目的
①
②
掌握多谐振荡器的基本原理和特点； 掌握单稳态触发器的基本原理和特点。
实验原理
多谐振荡器
多谐振荡器无需外加触发信号就能周期性地自动翻转，产 生幅值和宽度一定的矩形脉冲，因而又称为无稳态电路。 它可由分立元件、集成运放以及门电路组成。 多谐振荡器的特点：电路无稳态，但有两个暂稳态，这两 个暂稳态每隔一定时间就自动地，周期性地交替转换，从 而形成周期性矩形脉冲，每一暂稳态的持续时间，由电路 本身的参数决定。
7400
&
0
0
&
0
C
0
A
B 200
0
0
7400
1µF
思考题
①
②
分析电路中各个元件的作用； 分析负反馈对放大电路的影响；
多谐振荡器的逻辑符号
实验原理
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:
& 1
uo1 1 0
& 2
uo2 & uo3 3 0 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。 优点: 电路结构简单,所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整。其振荡周期为6tpd
ui Cr
u2
1
C R
2
uo
Rr
实验原理
门电路组成的单稳态触发器的结构
②积分型单稳态触发器
uo1
ui
RA C2 Nhomakorabea1
uo2
实验原理
单稳态触发器的应用
① 定时：由于单稳态电路能够产生一定宽度tW的矩形脉冲， 利用这个矩形脉冲去控制某个电路，则可以使其在时间 tW内动作（或不动作），例如，利用宽度为tW的正矩形 脉冲作为与门输入的信号之一，则只有这个矩形波存在 的时间内，信号才有可能通过与门。 ② 延时：利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R、C调节。
& uA
tW
单稳电路
延迟时间
实验原理
单稳态触发器的应用
③ 脉冲的整形： 脉宽不同 脉宽相同 ④ 方波发生器:
ui1=uo2 ui1 ui2
单稳电路
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。
实验原理
芯片介绍
① 7400： ② CD4069：六反相器
实验原理
门电路组成的多谐振荡器的结构
②带有RC电路的环形多谐振荡器 :在原电路的基础上添加 RC延时电路,便可以克服上图的不足:
1
uo1
2
uo2
R
A RS
3
uo
注意：R不能太大，否则会使门3始终处于导通状态，导致 电路不能起振。为保证可靠起振 R+Rs<0.7k
实验原理
门电路组成的多谐振荡器的结构
单稳态触发器
《数字电子技术》
2.1 微分型单稳态触发器 2.2 集成单稳态触发器 2.3 单稳态触发器的应用
单元2 单稳态触发器
引言
《数字电子技术》
单稳态触发器是输出有一个稳态和一个暂稳态的电路。 它不同于触发器的双稳态。单稳态触发器在无外加触发信 号时处于稳态。在外加触发信号的作用下，电路从稳态进 入到暂稳态，经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发信 号无关。单稳态触发器在触发信号的作用下能产生一定宽 度的矩形脉冲，广泛用于数字系统中的整形、延时和定时。
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（1）稳态
在无触发信号（uI为高电平）且R＜ ROFF时，G2门关闭，uO2输出高电平；G1门 全1出0，uO1为低电平，电路处于稳态。
工作波形
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（2）暂稳态
tW ≈ 0.7RC 在应用微分型单稳态触发器时对触发信号uI的脉宽和
周期要有一定的限制。即要求脉宽要小于暂稳态时间，周 期要大于暂稳态加恢复过程时间，这样才能保证电路正常 工作。
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
集成单稳态触发器根据工作状态的不同可分为不可重复触发和可重复
逻辑符号
引脚排列
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
74LS121的 功能表
1、触发脉冲 74LSl21有两种触发方式，可以上升沿触发，也可下降沿触发。
（1）上升沿触发时，触发脉冲应从B端输入，且A1和A2中至少有一 个为低电平。此时，电路由稳态翻转W延时即可得一负脉冲 。因此利
单稳态触发器
单稳态触发器特点：电路有一个稳态、一个暂稳态。
在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
暂稳态不能长久保持，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。
暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。
单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中。
一、门电路组成的微分型单稳态触发器1. 电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门或或非门电路构成，如下图。
与基本RS触发器不同,(a)由与非门构成的微分型单稳态触发器 (b)由或非门构成的微分型单稳态触发图6.7微分型单稳态触发器构成单稳态触发器的两个逻辑门是由RC耦合的，由于RC电路为微分电路的形式，故称为微分型单稳态触发器。
下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例，来说明它的工作原理。
⑴ 没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，为低电平。
由于门输入端经电阻R接至，因此为低电平; 的两个输入均为0，故输出为高电平，电容两端的电压接近0V，这是电路的“稳态”。
在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：, 。
⑵ 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态当时，的输出由1 0，经电容C耦合，使,于是的输出v02 =1, 的高电平接至门的输入端，从而再次瞬间导致如下反馈过程：这样导通截至在瞬间完成。
此时，即使触发信号撤除（），由于的作用，仍维持低电平。
然而，电路的这种状态是不能长久保持的，故称之为暂稳态。
暂稳态时，，。
⑶ 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态在暂稳态期间，电源经电阻R和门的导通工作管对电容C充电，随着充电时间的增加增加，升高，使时，电路发生下述正反馈过程（设此时触发器脉冲已消失）：迅速截止，很快导通，电路从暂稳态返回稳态。
, 。
暂稳态结束后，电容将通过电阻R放电，使C上的电压恢复到稳定状态时的初始值。
在整个过程中，电路各点工作波形如图6.8所示。
图6.8 微分型单稳态触发器各点工作波形2. 主要参数的计算(1) 输出脉冲宽度暂稳态的维持时间即输出脉冲宽度，可根据的波形进行计算。
单稳态触发器
同时输出返回到
的状态。
此后电容C通过电阻R和G2门的导通电路放电， 最终使电容C上的电压恢复到稳定状态时的初始 值，电路从暂稳态回复到稳态。
2．电路波形 uI
0 uO1
uI02 UDD UTH
0
uO
tw
tw
0
t1 t2
t
t UDD+ΔU
t
t
由波形图可知，若uI的正脉宽大于暂态脉宽tw，在电 路由暂态返回到稳态时，由于门G1被uI封锁住了， 会使输出uO的下降沿变缓，波形质量下降。 此时可以在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，
当输入触发脉冲uI上升到G1门的阈值电压UTH，电路中 将产生如下正反馈过程： uI↑→ uO1↓→ uI2↓→ uO↑ 则门G1迅速导通，uO1很快 从高电平跳变为低电平 ，而由于电容C两端的电压不能 突变，所以uI2也同时跳变为低电平，门G2截止，输出 uO跳变为高电平。
此时即使触发信号uI撤除（即uI变为低电平），uO仍维 持高电平。 但电路的这种状态不能长久保持，所以叫做暂稳态。
数字电子技术基础
单稳态触发器
单稳态触发器
1.1 门电路构成的单稳态触发器 1.2 集成单稳态触发器
单稳态触发器--只有一个稳定状态的触发器。
特点：在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态； 在触发脉冲到来时，电路由稳定状态翻转为暂 稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回 稳定状态。
暂稳定状态维持的时间长短，取决于电路的 参数（RC），与触发脉冲无关。
另外要注意，对于不同逻辑门组成的单稳态触发器， 电路的触发信号和输出脉冲是不一样的。
3．电路主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tw。 由波形图知，输出脉冲宽度tw为电容C充电过程。 即uI2从0V上升到UTH所需的时间。
6.2 单稳态触发器
路完全回到初始稳态下。
3.参数计算
VDD 0 tW RC ln RC ln 3 1.1RC 2 VDD VDD 3
单稳态电路输出脉冲的周期，是由外加触发
器信号周期决定。为使单稳态电路能正常工
作，要求触发信号必须等到单稳态电路完全
恢复到初始稳态下，即uc=0V，uo=0低电平，
随 着 C 的 充 电 ， uc 按 指 数 规 律 上 升 ， 当 uc≥2VDD/3时，比较器输出 UA=1，由于触发信 号 uI=UIH ，则比较器的输出 UB=0 ，这样基本 RS触发器的输出 Q=0，使输出 uo下跳为低平 0。 同时，放电管 V 导通，电容 C 经 V 很快放电， 电容C两端电压又恢复为0V，即uc=0，这时电
6.2.1 用555定时器构成的单稳态电路
ui
1.电路结构
＋UD D R R D TH ui C TR 7 6 2 8 4 uo
UD D 1U 3 DD uC o tP t
2U 3 DD
5 55 3 1 5 C0 0 .0 1 F
o uo UD D
t tW
(a )
o (b )
t
2.工作原理
（1）稳态 当电源接通时，UDD通过R对C充电，使Uc上升。 当上升到2UDD/3且触发输入端为高电平， Ui>UDD/3时，则输出低电平UO=0，晶体三极管导 通，电容通过7端（接地）迅速放电，使Uc下降。 由于Ui>UDD/3，电容放电，直到Uc=0，仍能保持 UO=0，放电是管导通的稳定状态。其原因是： U6<2UDD/3，U2>UDD/3，其输出保持不变。
为宽度和幅度一定的矩形脉冲。单稳态触发器
能输出一定宽度和幅度的矩形脉冲，所以，单
实验十七 波形产生及单稳态触发器
2.单稳态触发器 （1）用一片74LS00 接成如图3.17.3 所示电路，输入脉冲用 实验台上的可调连续脉冲。 （2）选两个频率（易于观察）记录A、B、C 各点波形。并 用示波器测量输出波形宽度tW，记录于表3.17.1中。
220Ω
图3.17.3
单稳态触发器
实验十七 波形产生与单稳态触发器
（3）若要改变输出波形宽度（例如增加）应如何改变 电路参数？用实验验证。
110 10K
U0
33KΩ
图3.17.1 CMOS 门构成的多谐振荡器
实验十七 波形产生与单稳态触发器
若要实现10KHZ ~ 100KHZ 的频率范围，选 用上述电路并自行设计参数，接线实验并测试。 表3.17.1 多谐振荡器数据记录
fmin (Hz) fmax (Hz) f=1KHz时 R2测量值 f=1KHz时 R2计算值
脉冲宽度：
实验十七 波形产生与单稳态触发器
积分型单稳态触发器波形
实验十七 波形产生与单稳态触发器
三、实验内容及步骤
1. 多谐振荡器 （1）由CMOS 门构成多谐振荡器，电路取值一般 应满足R1 = (2~10 ) R2 ，周期T≈2.2 R2C 。 在实验台上按图3.17.1 接线，并测试频率范围。 若C 不变，要想输出1KHz 频率 波形，计算R2 的值并验证， 分析误差。
实验十七 波形产生与单稳态触发器
二、实验原理 多谐振荡器是一种自激振荡电路，接通电源后无需外接 触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波，又称 为无稳态电路。
1、用 CMOS 非门组成多谐振荡器 由两个非门和电阻，电容组成。
设电路的初态为 v O1 =1, v O2 =0 ，这种状态下不可能持久 维持，因为 v O1 的高电平必然通过 v O1 → R → C → v O2 向 C 充电，使 v I1 不断上升，当 v I1 ＞ V T 时， G 1 输出低电 平， G 2 输出高电平，即 v O1 =0 ， v O2 =1 。这个状态也不 能持久，因为 v O2 的高电平必然通过 v O2 → C → R → v O1 使电容 C 放电，使 v I1 逐步减少，当 v I1 ＜ V T 时， G 1 输出高电平，即又回到 v O1 =1 ， v O2 =0 的状态，周而复始 产生方波。
[全]数字电路--单稳态触发器
![[全]数字电路--单稳态触发器](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/6c535de783c4bb4cf6ecd1d7.webp)
数字电路--单稳态触发器（2）构成微分电路的条件2．积分电路（1）电路和工作原理二、单稳态触发器1．门电路构成的单稳态触发器（1）微分型单稳态触发器积分型单稳态电路要求触发脉冲信号宽度大于输出脉冲宽度。
采用窄脉冲触发的积分型单稳态电路，对输入脉冲的宽度没有这种限制。
2．集成单稳态触发器（1）非重触发的集成单稳态触发器单稳态触发器在外界触发信号作用下进入暂稳态。
在暂稳态期间，外界再输入触发信号，并不影响电路的暂稳态。
只有当暂稳态过程结束，电路又进入原来的稳态之后，新的触发信号才能使电路再次进入暂稳态，即暂稳态持续时间tW是不变的，这就是非重触发单稳态电路。
（2）可重触发单稳态触发器可重触发单稳态电路与非重触发的集成单稳态触发器不一样，当外界输入触发信号使电路进入暂稳态之后，输入新的触发信号就可延长暂稳态的持续时间，输出脉宽可任意展宽。
常用电磁型继电器的类型及作用电磁型继电器是传统继电保护中的基本原件，也反应于某一个类型的电气量而动作，具体有如下几种类型：1．中间继电器中间继电器的主要作用是，当继电保护系统中需要同时闭合或断开几个回路，或要求比较大的触点容量动作于跳闸等情况时，用中间继电实现信号的扩展和转换，按接线方式分，可分为两种情况，一种是线圈与电压回路并联（并联线圈），另一种是与电流回路串联（串联回路）。
中间继电器一般都是按电磁原理构成。
在结构上，中间继电器一般包括电磁铁、线圈、衔铁、动触点、静触点、反作用弹簧及铁芯等构件，其中磁导体有“∏”或“Ш”等形式。
其作用原理是线圈上电后，电磁铁将产生电磁力吸合衔铁，衔铁带动常开或常闭触点，使其闭合或断开，当外加电压消失后，反作用弹簧将拉动衔铁使其复归原位。
除了电磁式直流中间继电器外，还有交流型的中间继电器，与直流型中间继电器相比，这种继电器可以直接接入电流互感器的二次回路中，接入与否可由其他继电器的触点来控制。
因其直接串接在电流回路中，故有时也称串联中间继电器。
实验七 波形产生及单稳态触发器(1)
实验七波形产生及单稳态触发器一、实验目的1.熟悉多谐振荡器的电路特点及振荡频率估算方法。
2.掌握单稳态触发器的使用。
二、实验仪器及材料1. 双踪示波器一台2. 元器件TC4069 六反相器1片74LS04 六反相器1片74LS00 二输入端四与非门1片电位器10K 1只三、实验内容1、由CMOS门构成多谐振荡器，电路取值一般应满足R1=（2~10）R2周期T≈2.2·R·C。
⑴在学习机上用TC4069芯片并按图7.1接线，测试频率范围。
⑵若C不变，要想输出1KHz频率波形。
计算R2的值并验证，分析误差。
图7.1 CMOS门构成多谐振荡器⑶若要实现10KHz～100KHz频率范围，选用上述电路并自行设计参数，接线实验并测试。
C=1n，RW=50K（底板）2、单稳态触发器⑴在步骤1-(3)的基础上增加一片74LS00和电阻、电容，接成7.2所示电路，图中非门为TC4069的一个单元。
图7.2 单稳态触发器⑵选三个频率（易于观察）记录A、B、C各点波形。
⑶若要改变输出波形低电平宽度（例如增加）应如何改变电路参数？用实验验证。
3、由TTL门电路构成多谐振荡器按图7.3接线，芯片为74LS04。
用示波器测量频率变化范围。
观测A、B、V0各点波形并记录。
图7.3 TTL门电路构成多谐振荡器四、实验报告1．整理实验数据及波形。
2．画出振荡器与单稳态触发器联调实验电路图。
3．写出实验中各电路脉宽估算值，并与实验结果对照分析。
附：74LS04/TC4069引脚图74LS00引脚图实验八555定时器一、实验目的1、掌握555时基电路的结构和工作原理，学会对此芯片的正确使用。
2、学会分析和测试用555时基电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器三种典型电路。
二、实验仪器及材料1、双踪示波器2、数字万用表三、实验内容1、555时基电路功能测试芯片引脚的功能：图 8.1 555引脚图1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
单稳态触发器
2019年7月24日星期三
4
第 12 章 脉冲波形的产生和整形
构成电路：
其周期可以用下面公式计算
T 2.3RC
2019年7月24日星期三
5
第 12 章 脉冲波形的产生和整形
12.1.2 RC基本多谐振荡器
其振荡周期可以用下面公式计算
T 1.4RC
2019年7月24日星期三
6
逻
工
辑
作
符
波
号
形
74HC123功能表
输
入
输出
说明
RD
TR
TR
Q
Q
1
0
↑
1
↓
1
↑
0
1
TR↑触发
TR
↓触发 ↑触发
RD
0
×
×
0
1
RD低电平置0
×
1
×
×
×
0
0
1
0
1
TR
为高电平，置0
TR
为低电平，置0
同样有输出脉冲宽度 tW 0.7RextCext
2019年7月24日星期三
14
第 12 章 脉冲波形的产生和整形
12.2.3 单稳态触发器的应用
1.脉冲定时
上图是单稳态触 发器的模块逻辑 表达。用较小的 宽度的脉冲去触 发，可以获得确 定宽度的脉冲输 出，实现定时控 制（如下图）。
2019年7月24日星期三
15
第 12 章 脉冲波形的产生和整形
2.脉冲延迟
某些电路中，要求输入信号出现后电路不立即工作， 而应延迟一段时间后再工作。将输入信号uI1加入第一 级单稳态电路，再级联一级单稳态就获得了延迟tw时 间的脉冲输出。
电子信息工程技术《单稳态触发器应用》
第五页，共七页。
3 脉冲整形。 单稳态触发器也可以将一个不规那么的输入信号整形成为幅度和宽度 都相同的标准矩形脉冲，其幅度取决于单稳态电路的输出电平上下，脉 冲宽度取决于暂稳态脉冲宽度tW。如下图，输入电压为不规那么的波 形，通过单稳态触发器设置适宜的脉冲宽度tW，可将其变为规那么的 矩形波。
第六页，共七页。
内容总结
由上图可知，电容电压从起始电压uC(0)≈0充到 (式中的UD)的时间tW可求得。如下图所示用555 定时器构成的单稳态触发器，其输出端用来控制楼道的照明灯L。其中M为声控或手动开关，当声音达到 一定程度或人用手触摸M时，它会感应出一个负脉冲作用到触发输入端。典型延时电路如下图所示，与定 时电路相比，其电路的主要区别是电阻R和电容C连接的位置不同
第二页，共七页。
如下图所示，用555定时器构成的单稳态触发器，其输出端 用来控制楼道的照明灯L。其中M为声控或手动开关，当声音 达到一定程度或人用手触摸M时，它会感应出一个负脉冲作用 到触发输入端 。单T稳R 态触发器输出端得到高电平，照明灯L 点亮，当暂稳态tW时间结束时，触发器输出端得到低电平，照 明灯L熄灭。
延时器的应用
第四页，共七页。
电容两端电压UC不断上升，而电阻两端电压UR对应下降，当
UC U1 时23 U，DD即 = =UUTRH=UT-R UC UDD 时， U延2 时 13器U的DD 输出 =1， 继电器常开uo触点闭合；电容充电至UC= 时结束，此时电UD阻D 两端 电压UR=0，电路输出保持在 =1，从直流电接通uo到继电器KA闭
第七页，共七页。
单稳态触发器输入/输出波形
由上图可知，电容电压从起始电压uC(0)≈0充到 间tW可求得
7脉冲波形的产生与整形电路
图
脉冲定时
EXIT
数模和模数转换器
7.3 施密特触发器
主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿 陡峭的矩形波。 特点： ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持 和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平 触发。 ⑵电压传输特性特殊 ，电路有两个转换电平 （上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。 ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡 峭的矩形脉冲。
脉冲信号。
EXIT
数模和模数转换器
7.1 多谐振荡器
1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交
替，从而产生自激振荡，无需外触发。
3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的
谐波分量，故称作多谐振荡器。
EXIT
数模和模数转换器
7.1.1 矩形脉冲的主要参数 1. 常见的脉冲波形 脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
图7-1 常见的脉冲波形图 EXIT
数模和模数转换器
2. 矩形波及其参数
数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波
有周期性与非周期性两种。
图7-2 非周期性和周期性矩形波 (a) 非周期性 (b) 周期性 EXIT
数模和模数转换器
图7-3 矩形波的主要参数
周期性矩形波的 周期用T表示，有时 也用频率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外几 个主要参数：
前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振 荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参
数误差的影响。
而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信
号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号
频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面