单稳态电路 多谐振荡器 施密特触发器 仿真
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
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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。
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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。
课程设计——施密特触发器的设计与仿真
1.2设计施密特触发器的意义···························································································2
3.3施密特触发器的模拟功能··························································································13
4施密特触发器的设计与仿真······························································································16
关键词：施密特触发器，波形分析，脉冲整形，变换电路，单稳态触发器
Design and Simulation ofSchmitt trigger
Abstract:Schmitt triggeris aproductwith extensive pulse unit circuit. Use which has the potential trigger characteristics,can undertake pulse shaping. The edge of pulse shaping enough rules for edge steep rectangular pulse, through it can undertake waveformtransform, the sine wavetransform into rectangle wave;Another important use is carries on single amplitude identification,As long as the single amplitude up to a certain value, Flips-flop .So often called itamplitude discrimination device. Schmitt triggerstill can use composed many harmonic oscillator and single state trigger.This paper firstly introduces the development courseof the Schmitt trigger,the basic principle and its components in detail.In addition, the ordinary design and simulation methodsofPspicesoftware are introduced, with which we can design and simulate the circuit of the Schmitt trigger, and a series of analysisare done.
施密特、单稳态触发器仿真实验
上海大学本科生课程作业题目：数字电子技术课程实践项目二课程名称：数字电子技术学院：机电工程与自动化学院*名：**学号：********题目要求：用555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器进行设计和仿真 1.单稳态触发器：1.1 工作原理：单稳态电路的组成和波形下图所示。
当电源接通后，Vcc 通过电阻R 向电容C 充电，待电容上电压Vc 上升到2/3Vcc 时，RS 触发器置0，即输出Vo 为低电平，同时电容C 通过三极管T 放电。
当触发端2的外接输入信号电压Vi ＜1/3Vcc 时，RS 触发器置1,即输出Vo 为高电平，同时，三极管T 截止。
电源Vcc 再次通过R 向C 充电。
输出电压维持高电平的时间取决于RC 的充电时间，当t=t W 时，电容上的充电电压为；CC RC tCC C V e V v w 321=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-，所以输出电压的脉宽 t W =RCln3≈1.1RC 。
一般R 取1k Ω～10M Ω，C ＞1000pF 。
值得注意的是：t 的重复周期必须大于t W ，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。
由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC 无关。
因此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。
单稳态电路的电路图和波形图1.2 555单稳态触发器的设计：1.2.1 电路设计基本原理：单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。
在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。
按电路结构的不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，微分型单稳态触发器适用于窄脉冲触发，积分型适用于宽脉冲触发。
无论是哪种电路结构，其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。
用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为T w=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数R、C 有关。
施密特触发器与多谐振荡器
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图6.4.2 环形振荡器工作波形
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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
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（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
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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。
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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
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2、性能参数计算－输出脉宽
555仿真实验报告-多谐振荡器
仿真实验报告册仿真实验课程名称：数字电子技术实验仿真仿真实验项目名称：基于555定时器的多谐振荡器的设计仿真类型（填■）：（基础□、综合□、设计■）院系：物理与机电工程学院专业班级：13电子（2）班姓名：学号：指导老师：刘堃完成时间：2014.03.25成绩：一、实验目的1、熟悉555集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点；掌握555集成时基电路的基本应用。
2、掌握Multisim10软件在数字电子技术实验中的应用。
二、实验设备Multisim10软件。
三、实验原理 （1）555定时器集成芯片555是一种能够产生时间延迟和多种脉冲信号的控制电路，是数字、模拟混合型的中规模集成电路。
芯片引脚排列如图1所示，内部电路如图2所示。
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，广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测。
它的内部电压标准使用了三个5 k Ω的电阻，故取名555电路。
电路类型有双极型和CMOS 型两大类，两者的工作原理和结构相似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。
555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。
双极型的555电路电源电压为+5 V ~ +15 V ，输出的最大电流可达200 mA ；CMOS 型的电源电压是+3 V~+18 V 。
555内部电路有两个电压比较器、基本RS 触发器和放电开关管T 。
比较器的参考电压由三只5 k Ω的电阻分压提供，比较器A 1同相端参考电平为CC V 32、比较器A 2的反相端参考电平为CC V 31。
A 1和A 2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号超出CC V 32时，比较器A 1翻转，触发器复位，555的输出端○3脚输出低电平，开关管导通，电路充电。
当输入信号低于CC V 31时，比较器A 2翻转，触发器置位，开关管截止，电路放电，555的○3脚输出高电平。
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用
CD4047BE单稳态触发器原理及应用多谐振荡器是一种自激振荡电路。
因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。
具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。
和是两个反相器，和是两个耦合电容，和是两个反应电阻。
只要恰当地选取反应电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。
上电时，电容器两端的电压和均为0。
假设某种扰动使有微小的正跳变，那么经过一个正反应过程，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，电路进入第一个暂稳态。
电容和开始充电。
的充电电流方向与参考方向相同，正向增加；的充电电流方向与参考方向相反，负向增加。
随着的正向增加，从逐渐上升；随着的负向增加，从逐渐下降。
因为经和两条支路充电而经一条支路充电，所以充电速度较快，上升到时还没有下降到。
上升到使跳变为。
理论上，向下跳变，也将向下跳变。
考虑到输入端钳位二极管的影响，最多跳变到。
下降到使跳变为，这又使从向上跳变，即变成，电路进入第二个暂稳态。
经一条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕，逐渐下降。
经和两条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕，逐渐上升。
的上升速度大于的下降速度。
当上升到时，电路又进入第一个暂稳态。
此后，电路将在两个暂稳态之间来回振荡。
和一个耦合电容。
反应电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，的输入电平约等于，的输出电平也约等于。
因为的输出就是的输入，所以静态时也被迫工作在电压传输特性的转折区。
的矩形波。
根据傅里叶分析理论，频率为的矩形波可以分解成无穷多个正弦波分量，正弦波分量的频率为〔〕，如果石英晶体的串联谐振频率为，那么只有频率为的正弦波分量可以通过石英晶体〔第个正弦波分量，〕，形成正反应，而其它正弦波分量无法通过石英晶体。
频率为的正弦波分量被反相器转换成频率为矩形波。
555定时器（1）单稳态触发器电路及Multisim实例仿真
当电容 C1 上电压超过 3.3V 时，则比较器 CMP1 输出为低电平 L，由于 R=L，S=H，触发 器因处于置位状态而输出高电平 H，一方面经反相器 NOT 输出低电平 L，如下图所示：
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Author: Jackie Long
仿真输出脉冲宽度约为 11.0347ms，与理论值非常接近。为了更进一步分析电路的工作 原理，我们用四通道示波器来跟踪如下图所示的三个信号波形：
其波形如下图所示：
Author: Jackie Long
555 定时器电路详解
555 定时器（Timer）因内部有 3 个 5K 欧姆分压电阻而得名，是一种多用途的模数混合 集成电路，它能方便地组成施密特触发器、单稳态触发器与多谐振荡器，而且成本低，性能 可靠 ，在各种领域获得了广泛的应用。
其原理框图如下图所示：
其中，第 2 脚 TRIG（Trigger）为外部低电平信号触发端，第 5 脚为 CONT（Control）为 电压控制端，可通过外接电压来改变内部两个比较器的基准电压，不使用时应将该引脚串入 0.01u 电容接地以防止干扰。第 6 脚 THRES（Threshold）为高电平触发端，第 7 脚 DISCH （Discharge）为放电端，与内部放电三极管的集电极相连，用做定时器时电容的放电。
555 定时器最基本的功能就是定时，实质为一个单稳态触发器，即外加信号一旦到来后， 单稳态触发器可以产生时间可控制的脉冲宽度，这个脉冲的宽度就是我们需要的定时时间。 为更方便地描述 555 定时器的原理，我们首先用下图所示电路来仿真一下单稳态触发器电路：
实验四多谐震荡器及单稳态触发器
复位功能
观察单稳态触发器的复位功能，发现当输入信号下降沿到来时， 输出信号迅速复位。
波形观察
观察单稳态触发器的输出波形，发现波形稳定，无明显失真。
结果分析
多谐震荡器实验结果表明，通过调整R、C参数，可以改变输出频率和占空比，实现 频率和占空比的精确控制。
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单稳态触发器
单稳态触发器是一种具有记忆功能的电路，它能够在接收到外部信号时从稳态翻 转到暂态，并在一段时间后自动返回稳态。单稳态触发器由电阻器、电容器和晶 体管等元件组成，通过正反馈和定时元件的作用实现暂态的维持和控制。
02 多谐震荡器
多谐震荡器的工作原理
01
振荡原理
多谐震荡器利用正反馈原理，通过在电路中引入适当的延迟，使得电路
多谐震荡器的电路组成
放大器
偏置元件
多谐震荡器通常由一个放大器组成， 用于放大电路中的电压或电流信号。
偏置元件用于为放大器提供静态工作 点，并调节多谐震荡器的振荡幅度和 频率。
反馈网络
反馈网络是多谐震荡器的重要组成部 分，它由电阻、电容和电感等元件组 成，用于产生适当的延迟和正反馈。
多谐震荡器的性能指标
频率测量
通过示波器测量多谐震荡器的输 出频率，得到频率范围为1.2kHz
至1.8kHz，符合理论值。
波形观察
观察多谐震荡器的输出波形，发 现波形稳定，无明显失真。
占空比调整
通过改变多谐震荡器的R、C参数， 观察输出波形的占空比变化，发 现占空比可调范围为50%至70%。
单稳态触发器的实验结果
延时测量
实验四：多谐震荡器及单稳态触发 器