1、第第7章章 脈沖波形的產生與變換脈沖波形的產生與變換 7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器 7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器 7.3 施密特觸發器施密特觸發器 7.4 555定時器及其應用定時器及其應用7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器7.1.1 門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理由門電路組成的多諧振蕩器具有以下特點。由門電路組成的多諧振蕩器具有以下特點。 電路中含有開關器件，用于產生高、低電平。常用的開電路中含有開關器件，用于產生高、低電平。常用的開關器件有門電路、電壓比較器、關器件有門電路、電壓比較器、BJT等。等。 具有合適的反饋網絡，將輸出電壓反饋到

2、開關器件的輸具有合適的反饋網絡，將輸出電壓反饋到開關器件的輸入端使之改變輸出狀態。入端使之改變輸出狀態。 有延時環節，以獲得所需要的振蕩頻率。一般情況下，有延時環節，以獲得所需要的振蕩頻率。一般情況下，反饋網絡兼有延時作用，由阻容元件構成，利用反饋網絡兼有延時作用，由阻容元件構成，利用RC電路的充、電路的充、放電特性實現延時。放電特性實現延時。下一頁返回7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器(1) 電路結構電路結構由門電路組成的多諧振蕩器有多種電路形式，由門電路組成的多諧振蕩器有多種電路形式，圖圖7-1是一種是一種由由CMOS門電路組成的多諧振蕩器。由于門電路組成的多諧振蕩器。由于G1和和G2的外部電的

3、外部電路不對稱，所以又稱為不對稱多諧振蕩器。路不對稱，所以又稱為不對稱多諧振蕩器。為了使電路能產生振蕩，必須使為了使電路能產生振蕩，必須使G1和和G2工作在電壓傳輸特性工作在電壓傳輸特性的轉折區，即工作在放大區。在正常工作時，無論的轉折區，即工作在放大區。在正常工作時，無論G1輸入低輸入低電平還是高電平，電平還是高電平，MOS管柵極輸入的電流管柵極輸入的電流ig=0，在電阻，在電阻R上不產生壓降，這時上不產生壓降，這時uO1= ui的直線與電壓傳輸特性轉折區的直線與電壓傳輸特性轉折區的交點的交點Q便為便為G1的靜態工作點，它處在轉折區的中點。這時的靜態工作點，它處在轉折區的中點。這時uO1=

4、ui =UTH= VDD./2，因此，因此，G2也工作在電壓傳輸特也工作在電壓傳輸特性的轉折區。性的轉折區。上一頁 下一頁返回7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器(2) 工作原理工作原理為討論方便起見，設為討論方便起見，設uO1為低電平、為低電平、uO2為高電平時為高電平時 ，為第，為第一暫穩態。一暫穩態。uO1為高電平、為高電平、uO2為低電平時為低電平時 ，為第二暫穩態。，為第二暫穩態。下面參照下面參照圖圖7-2所示波形討論不對稱多諧振蕩的工作原理。所示波形討論不對稱多諧振蕩的工作原理。 第一暫穩態及電路自動翻轉的過程第一暫穩態及電路自動翻轉的過程設接通電源后由于某種原因使設接通電源后由于某種原因

5、使G1的輸入電壓的輸入電壓ui產生一個小的產生一個小的正躍變時，通過正躍變時，通過G1放大后，其輸出產生一個較大的負躍變，放大后，其輸出產生一個較大的負躍變，使使G2輸出一個更大的正躍變，通過電容輸出一個更大的正躍變，通過電容C的耦合，使的耦合，使ui得到得到更大的正躍變，于是電路產生如下正反饋過程。更大的正躍變，于是電路產生如下正反饋過程。uiuO1uO2ui上一頁 下一頁返回7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器正反饋的結果使正反饋的結果使G1開通，輸出開通，輸出uO1由高電平由高電平VDD躍到低電平躍到低電平UOL；G2關閉，輸出關閉，輸出uO2由低電平由低電平UOL躍到高電平躍到高電平VDD，電

6、路，電路進入第一暫穩態。這時，進入第一暫穩態。這時，uO2的高電平經的高電平經C、R和和G1的輸出電的輸出電阻對阻對C進行反向充電（即進行反向充電（即C放電），放電），ui隨之下降。當隨之下降。當ui下到下到G1的閾值電壓的閾值電壓UTH時，電路又產生另一個正反饋過程時，電路又產生另一個正反饋過程uiuO1uO2ui 第二暫穩態及電路自動翻轉的過程第二暫穩態及電路自動翻轉的過程正反饋的結果使正反饋的結果使G1關閉，輸出關閉，輸出uO1由低電平由低電平UOL躍到高電平躍到高電平VDD；G2開通，輸出開通，輸出uO2由高電平由高電平VDD躍到低電平躍到低電平UOL，電路，電路進入第二暫穩態。這時，

7、進入第二暫穩態。這時，uO1的高電平的高電平VDD經經R、C、和、和G2的的輸出電阻對輸出電阻對C進行充電，進行充電，ui隨之上升。當隨之上升。當ui上升到上升到G1的的UTH時，時，G1又開通，又開通，G2又關閉，電路返回到第一暫穩態。又關閉，電路返回到第一暫穩態。由上分析可知，由于電容由上分析可知，由于電容C交替地進行充電和放電，使兩個交替地進行充電和放電，使兩個暫穩態不斷相互交換，從而輸出周期性的矩形脈沖。暫穩態不斷相互交換，從而輸出周期性的矩形脈沖。上一頁 下一頁返回7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器上一頁 下一頁返回2.振蕩周期的計算振蕩周期的計算 振蕩周期可用下式估算：振蕩周期可用下式估

8、算：T1.4RC7.1.2 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器為得到頻率穩定性很高的脈沖波形，多采用由石英晶體組成為得到頻率穩定性很高的脈沖波形，多采用由石英晶體組成的石英晶體振蕩器，石英晶體的電路符號和阻抗頻率特性如的石英晶體振蕩器，石英晶體的電路符號和阻抗頻率特性如圖圖7-3所示。所示。由阻抗頻率特性曲線可知，石英晶體的選頻特性非常好，它由阻抗頻率特性曲線可知，石英晶體的選頻特性非常好，它有一個極為穩定的串聯諧振頻率（固有頻率）有一個極為穩定的串聯諧振頻率（固有頻率）fS，且等效品，且等效品質因數質因數Q值很高。當頻率等于值很高。當頻率等于fS時，石英晶體的電抗為時，石英晶體的電抗為0，

9、而，而當頻率偏離當頻率偏離fS時，石英晶體的電抗急劇增大，因此，在串聯時，石英晶體的電抗急劇增大，因此，在串聯諧振電路中，只有頻率為諧振電路中，只有頻率為fS的信號最容易通過，而其他頻率的信號最容易通過，而其他頻率的信號均會被晶體所衰減。振蕩頻率只取決于固有頻率的信號均會被晶體所衰減。振蕩頻率只取決于固有頻率fS，而與而與RC無關。無關。7.1 多諧振蕩器多諧振蕩器fP是石英晶體的并聯諧振頻率是石英晶體的并聯諧振頻率 。石英晶體的串聯諧振頻率。石英晶體的串聯諧振頻率fS和并聯諧振頻率和并聯諧振頻率fP僅僅取決于石英晶體的幾何尺寸，通過加僅僅取決于石英晶體的幾何尺寸，通過加工成不同尺寸的晶片，即

10、可得到不同頻率的石英晶體，并且工成不同尺寸的晶片，即可得到不同頻率的石英晶體，并且串聯諧振頻率串聯諧振頻率fS和并聯諧振頻率和并聯諧振頻率fP的值非常接近。的值非常接近。用石英晶體組成的多諧振蕩器分為串聯型和并聯型兩種形式。用石英晶體組成的多諧振蕩器分為串聯型和并聯型兩種形式。 為了改善輸出波形的前沿、后沿和提高負載能力，一般在石為了改善輸出波形的前沿、后沿和提高負載能力，一般在石英晶體振蕩器的輸出端加一級反相器，如英晶體振蕩器的輸出端加一級反相器，如圖圖7-4和和圖圖7-5所所示。示。上一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器單穩態觸發器可以在外部觸發信號作用下，輸出一個一定寬單穩態觸發器可

11、以在外部觸發信號作用下，輸出一個一定寬度、一定幅值的矩形脈沖波形。它具有以下特點。度、一定幅值的矩形脈沖波形。它具有以下特點。 電路有一個穩態和一個暫穩態。電路有一個穩態和一個暫穩態。 沒有觸發信號時，電路始終處于穩態，在外來觸發信號沒有觸發信號時，電路始終處于穩態，在外來觸發信號作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。 暫穩態是一個不能長久保持的狀態，由于電路中暫穩態是一個不能長久保持的狀態，由于電路中RC延時延時環節的作用，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫環節的作用，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態持續的時間取決于電路中穩態持續的時間取決于電路中

12、RC的參數。的參數。下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器7.2.1 門電路組成的單穩態觸發器門電路組成的單穩態觸發器1.微分型單穩態觸發器微分型單穩態觸發器（1） 電路組成及工作原理電路組成及工作原理電路結構：微分型單穩態觸發器可由與非門或者或非門電路電路結構：微分型單穩態觸發器可由與非門或者或非門電路構成，構成，圖圖7-7（a）、（）、（b）分別為由與非門和或非門構成的分別為由與非門和或非門構成的單穩態觸發器，單穩態觸發器，RC電路是一個微分延時環節電路是一個微分延時環節 。圖圖7-7（b）的工作原理：對于）的工作原理：對于CMOS門電路，可以認為輸門電路，可以認為輸出的高電平出的高電

13、平UOH= VDD、輸出的低電平、輸出的低電平UOL0、兩個或非門、兩個或非門的閾值電壓的閾值電壓UTH都為都為VDD /2。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器 穩定的狀態穩定的狀態當輸入電壓當輸入電壓ui為低電平時，由于為低電平時，由于G2輸入通過電阻輸入通過電阻R接接VDD，因此，因此，G2輸出低電平輸出低電平UOL0，G1輸入全輸入全0，輸出，輸出uO1為高電為高電平平UOH VDD。這時，電容。這時，電容C上的電壓上的電壓UC 0。電路處于。電路處于UO1為高電平為高電平VDD、uO2為低電平為低電平0的穩定狀態。的穩定狀態。 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態當輸入當輸入u

14、i為低電平正躍到大于為低電平正躍到大于G1的的 值電壓值電壓UTH時，使時，使G1輸輸出電壓出電壓uO1產生負躍變，由于電容產生負躍變，由于電容C兩端的電壓不能突變，使兩端的電壓不能突變，使G2的輸入電壓的輸入電壓uA產生負躍變，這又促使產生負躍變，這又促使G2的輸出電壓的輸出電壓uO2產產生正躍變，它再反饋到生正躍變，它再反饋到G1的輸入端，于是，電路產生如下正的輸入端，于是，電路產生如下正反饋過程。反饋過程。uiuO1uAu02ui上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器正反饋的結果使正反饋的結果使G1開通，輸出開通，輸出uO1迅速躍到低電平，由于電迅速躍到低電平，由于電容兩端的

15、電壓不能突變，使容兩端的電壓不能突變，使uA產生同樣的負躍變，產生同樣的負躍變，G2輸出由輸出由低電平迅速躍到高電平低電平迅速躍到高電平VDD。于是，電源。于是，電源VDD經經R、C和和G1的的輸出電阻開始對電容輸出電阻開始對電容C充電。電路進入暫穩態。在此期間輸充電。電路進入暫穩態。在此期間輸入電壓入電壓ui回到低電平。回到低電平。 .自動翻轉自動翻轉隨著電容隨著電容C的充電，電容上的電壓的充電，電容上的電壓UC隨之升高，電壓隨之升高，電壓uA也逐也逐漸升高。當漸升高。當uA上升到上升到G2的的UTH時，時，u02下降，使下降，使uO1上升，上升，又使又使uA進一步增大。電路又產生了另一個正

16、反饋過程。進一步增大。電路又產生了另一個正反饋過程。uAu02uO1uA正反饋使正反饋使G1迅速關閉，輸出迅速關閉，輸出uO1為高電平為高電平VDD，G2迅速開通，迅速開通，輸出輸出u02躍到低電平躍到低電平0。電路返回到初始的穩定狀態。電路返回到初始的穩定狀態。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器. 恢復過程恢復過程暫穩態結束后，電容暫穩態結束后，電容C通過電阻通過電阻R、G2的輸入保護回路等向的輸入保護回路等向VDD放電，使放電，使C上的電壓恢復到初始狀態時的上的電壓恢復到初始狀態時的0V。電路各點工作波形如電路各點工作波形如圖圖7-8所示所示.(2) 輸出脈沖寬度的估算輸出

17、脈沖寬度的估算單穩態觸發器輸出脈沖的寬度實際上是暫穩態維持的時間，單穩態觸發器輸出脈沖的寬度實際上是暫穩態維持的時間，用用tw表示。它為電容表示。它為電容C上的電壓由低電平上的電壓由低電平0充到充到G2的的UTH所需所需的時間。其大小可用下式進行估算的時間。其大小可用下式進行估算 tw 0.7RC在使用微分型單穩態觸發器時。輸入觸發脈沖在使用微分型單穩態觸發器時。輸入觸發脈沖ui的寬度的寬度twi應應小于輸出脈沖的寬度小于輸出脈沖的寬度tw,即即twitw的情況時，可在觸發信號源的情況時，可在觸發信號源ui和和G1輸入端之間輸入端之間接入一個接入一個RC微分電路。微分電路。上一頁 下一頁返回7

18、.2 單穩態觸發器單穩態觸發器2.積分型單穩態觸發器積分型單穩態觸發器若采用若采用RC積分延時環節構成的單穩態觸發器，稱為積分型單積分延時環節構成的單穩態觸發器，稱為積分型單穩態觸發器，電路和各級波形。其分析方法和微分型單穩態穩態觸發器，電路和各級波形。其分析方法和微分型單穩態觸發器相同，不同的地方是：觸發器相同，不同的地方是：RC延時環節的特性不同，微分延時環節的特性不同，微分型的型的RC環節是快充快放，故要求觸發信號的脈沖寬度小于輸環節是快充快放，故要求觸發信號的脈沖寬度小于輸出的脈沖寬度，電路在翻轉時才能形成正反饋；積分型的出的脈沖寬度，電路在翻轉時才能形成正反饋；積分型的RC環節是慢充

19、慢放。而且電路翻轉時沒有正反饋作用，所以要環節是慢充慢放。而且電路翻轉時沒有正反饋作用，所以要求觸發信號的脈沖寬度大于輸出的脈沖寬度，才能使電路正求觸發信號的脈沖寬度大于輸出的脈沖寬度，才能使電路正常工作。常工作。圖圖7-10是由或非門構成的單穩態觸發器及其各點的工作波是由或非門構成的單穩態觸發器及其各點的工作波形圖。形圖。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器7.2.2 集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器分為可重復觸發和不可重復觸發兩種形式。集成單穩態觸發器分為可重復觸發和不可重復觸發兩種形式。兩者最大的區別是：不可重復觸發單穩態觸發器在進入暫穩兩者最大的區別是：不

20、可重復觸發單穩態觸發器在進入暫穩態期間，即使再受到觸發脈沖作用，也不會影響電路既定的態期間，即使再受到觸發脈沖作用，也不會影響電路既定的暫穩態過程，輸出脈沖寬度僅由暫穩態過程，輸出脈沖寬度僅由R、C參數確定；而可重復觸參數確定；而可重復觸發單穩態觸發器在進入暫穩態期間，若有觸發脈沖作用，電發單穩態觸發器在進入暫穩態期間，若有觸發脈沖作用，電路又將被解觸發，重新開始暫穩態過程，這樣可使暫穩態總路又將被解觸發，重新開始暫穩態過程，這樣可使暫穩態總的時間延長，直至觸發脈沖的時間間隔超過電路輸出的脈沖的時間延長，直至觸發脈沖的時間間隔超過電路輸出的脈沖寬度，才會回到穩態。寬度，才會回到穩態。可重復觸發

21、器有可重復觸發器有74122、74LS122、74123、74LS123， 不可重復觸發器有不可重復觸發器有74121、74221、74LS221。兩種單穩態觸發器的工作波形分別如兩種單穩態觸發器的工作波形分別如圖圖7-11（a）、（）、（b）所示。所示。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器1.不可重復觸發的集成單穩態觸發器不可重復觸發的集成單穩態觸發器74121是一種是一種TTL的不可重復觸發集成單穩態觸發器，其引的不可重復觸發集成單穩態觸發器，其引腳圖如腳圖如圖圖7-12所示。所示。（1） 觸發方式觸發方式74121集成單穩態觸發器有集成單穩態觸發器有3個觸發輸入端，在下列情

22、況下，個觸發輸入端，在下列情況下，電路可由穩態翻轉到暫穩態：電路可由穩態翻轉到暫穩態： 在在A1、A2兩個輸入中有一個或兩個為低電平的情況下，兩個輸入中有一個或兩個為低電平的情況下，B發生由發生由0到到1的正跳變。的正跳變。 在在B為高電平的情況下，為高電平的情況下，A1、A2中有一個為高電平而另中有一個為高電平而另一個發生由一個發生由1到到0的負跳變，或者的負跳變，或者A1、A2同時發生負跳變。同時發生負跳變。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器TTL集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器74121是在微分型單穩態觸發器的基是在微分型單穩態觸發器的基礎上，附加輸入控制電路和輸出緩沖電

23、路而形成的，礎上，附加輸入控制電路和輸出緩沖電路而形成的，1腳腳Q和和6腳腳Q是脈沖輸出端，兩端波形反相（互補）。是脈沖輸出端，兩端波形反相（互補）。3腳腳A1、4腳腳A2、5腳腳B是觸發方式控制端，用于實現上升沿觸發或下是觸發方式控制端，用于實現上升沿觸發或下降沿觸發的方式控制。若需用上升沿觸發時，觸發脈沖由降沿觸發的方式控制。若需用上升沿觸發時，觸發脈沖由B輸入，同時輸入，同時A1或或A2至少有一個接低電平；若需用下降沿觸發至少有一個接低電平；若需用下降沿觸發時，觸發脈沖由時，觸發脈沖由A1或或A2輸入，若輸入，若 A1或或 A2有一端不作為脈有一端不作為脈沖輸入端時應和沖輸入端時應和B端

24、都接高電平。端都接高電平。9腳腳 Rint、10腳腳Cext、11腳腳Rext/ Cext是是RC微分環節的元件連接端，其中微分環節的元件連接端，其中 Rint是內部電阻連接端，阻值約為是內部電阻連接端，阻值約為2k ，用它取代外接電，用它取代外接電阻阻Rext 時，可簡化外部連線。時，可簡化外部連線。14腳接正電源，腳接正電源，7腳接地端，腳接地端，2腳、腳、8腳、腳、12腳和腳和13腳都懸空。腳都懸空。74121不可重復觸發單不可重復觸發單穩態觸發器的邏輯功能如穩態觸發器的邏輯功能如表表7-1所示：所示：上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器從表中可以看出，前面從表中可以看出，

25、前面4行都屬于無效的輸入，電路狀態不行都屬于無效的輸入，電路狀態不會發生改變，一直處于穩定狀態上，即會發生改變，一直處于穩定狀態上，即Q=0；后面；后面5行可以行可以接受相應的觸發脈沖信號，由穩態進入暫穩態，即接受相應的觸發脈沖信號，由穩態進入暫穩態，即Q=1。這。這5行發生暫穩態的條件可以歸納為兩種情況；一種是行發生暫穩態的條件可以歸納為兩種情況；一種是A1或或A2至少一個接低電平時，若至少一個接低電平時，若B端脈沖發生正跳變，電路端脈沖發生正跳變，電路 就會出就會出現暫穩態，另一種是現暫穩態，另一種是A1或或A2至少有一個輸入脈沖發生負跳變，至少有一個輸入脈沖發生負跳變，其余觸發控制端全接

26、高電平時，電路也會出現暫態。其余觸發控制端全接高電平時，電路也會出現暫態。74121一旦進入暫穩態，就不再受一旦進入暫穩態，就不再受A1、A2、B跳變的影響，暫穩態跳變的影響，暫穩態階段的定時僅取決于階段的定時僅取決于RC數值，因此，它屬于不可重復觸發的數值，因此，它屬于不可重復觸發的單穩態觸發器。單穩態觸發器。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器（2）定時）定時74121的定時時間取決于定時電阻和定時電容的數值。定時的定時時間取決于定時電阻和定時電容的數值。定時電容電容Cext連接在引腳連接在引腳Cext（10腳）和腳）和Rext/Cext（11腳）腳）之間。如果使用有極性的電

27、解電容，電容的正極應接在之間。如果使用有極性的電解電容，電容的正極應接在Cext引腳（引腳（10腳）。對于定時電阻，有兩種選擇：腳）。對于定時電阻，有兩種選擇： 采用內部定時電阻采用內部定時電阻Rint（Rint=2k），此時只需將），此時只需將Rint引腳（引腳（9腳）接至電源腳）接至電源VCC； 采用外部定時電阻（阻值應在采用外部定時電阻（阻值應在1.4k40k之間），之間），此時此時Rint引腳（引腳（9腳）應懸空，外部定時電阻接在引腳腳）應懸空，外部定時電阻接在引腳Rext/Cext（11腳）和腳）和VCC之間。之間。74121的輸出脈沖寬度為：的輸出脈沖寬度為： tW0.7RC通常通

28、常R的取值在的取值在2k30k之間，之間，C的取值在的取值在10pF10F之間，得到的之間，得到的tW在在20ns200ms之間。之間。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器2.可重復觸發的集成單穩態觸發器可重復觸發的集成單穩態觸發器CD4528是一種是一種CMOS的可重復觸發集成單穩態觸發器，其的可重復觸發集成單穩態觸發器，其引腳圖如引腳圖如圖圖7-13所示。所示。7.2.3 單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用1. 定時定時由于單穩態觸發器能產生一定寬度的矩形脈沖輸出，如果利由于單穩態觸發器能產生一定寬度的矩形脈沖輸出，如果利用這個矩形脈沖作為定時信號去控制某電路，可使其在用這

29、個矩形脈沖作為定時信號去控制某電路，可使其在tW時時間內動作。例如，利用單穩態觸發器輸出的矩形脈沖作為與間內動作。例如，利用單穩態觸發器輸出的矩形脈沖作為與門輸入的控制信號，如門輸入的控制信號，如圖圖7-14所示，則只有在這個矩形波所示，則只有在這個矩形波的的tW時間內，信號時間內，信號uF才有可能通過與門。才有可能通過與門。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器2. 延時延時單穩態觸發器的延時作用不難從單穩態觸發器的延時作用不難從圖圖7-8所示的微分型單穩態所示的微分型單穩態觸發器的工作波形看出。圖中輸出端觸發器的工作波形看出。圖中輸出端uo1的上升沿相對于輸的上升沿相對于輸入信

30、號入信號ui的上升沿延遲了一個的上升沿延遲了一個tW的時間。單穩態的延時作的時間。單穩態的延時作用常被應用于時序控制。用常被應用于時序控制。 3. 多諧振蕩器多諧振蕩器利用兩個單穩態觸發器可以構成多諧振蕩器。由兩片利用兩個單穩態觸發器可以構成多諧振蕩器。由兩片74121集成單穩態觸發器組成的多諧振蕩器如集成單穩態觸發器組成的多諧振蕩器如圖圖7-15所示。圖中所示。圖中開關開關S為振蕩器控制開關。為振蕩器控制開關。上一頁 下一頁返回7.2 單穩態觸發器單穩態觸發器4.噪聲消除電路噪聲消除電路 利用單穩態觸發器可以構成噪聲消除電路（或稱脈寬鑒別電利用單穩態觸發器可以構成噪聲消除電路（或稱脈寬鑒別電

31、路）。通常噪聲多表現為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號路）。通常噪聲多表現為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號都具有一定的寬度。利用單穩電路，將輸出脈寬調節到大于都具有一定的寬度。利用單穩電路，將輸出脈寬調節到大于噪聲寬度而小于信號脈寬，即可消除噪聲。噪聲寬度而小于信號脈寬，即可消除噪聲。 上一頁返回7.3 施密特觸發器施密特觸發器施密特觸發器可以將緩慢變化的輸入波形整形為矩形脈沖，施密特觸發器可以將緩慢變化的輸入波形整形為矩形脈沖，它具有下述特點：它具有下述特點： 施密特觸發器屬于電平觸發，對于緩慢變化的信號仍然適施密特觸發器屬于電平觸發，對于緩慢變化的信號仍然適用，當輸入信號達到某一定電壓值時，

32、輸出電壓會發生突變。用，當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發生突變。 輸入信號增加或減少時，電路有不同的閾值電壓。其電壓輸入信號增加或減少時，電路有不同的閾值電壓。其電壓傳輸特性如傳輸特性如圖圖7-17所示。所示。7.3.1 由門電路組成的施密特觸發器由門電路組成的施密特觸發器1. 電路結構電路結構由由CMOS門電路組成的施密特觸發器如門電路組成的施密特觸發器如圖圖7-18所示。所示。 基本基本連接方法是將兩個門串聯起來，同時通過分壓電阻把輸出電連接方法是將兩個門串聯起來，同時通過分壓電阻把輸出電壓正反饋到輸入端所構成的。圖壓正反饋到輸入端所構成的。圖7-18是用兩個是用兩個CMOS反相

33、反相器和兩個分壓電阻器和兩個分壓電阻R1，R2構成的基本施密特觸發器，改變構成的基本施密特觸發器，改變R1，R2阻值可調整電路的閾值電平阻值可調整電路的閾值電平VT+ 和和VT- ，即改變，即改變 V 值。但值。但R1必須小于必須小于R2，否則電路狀態將進入自鎖而無，否則電路狀態將進入自鎖而無法正常翻轉。法正常翻轉。下一頁返回7.3 施密特觸發器施密特觸發器CMOS門的開啟電壓門的開啟電壓VTVDD /2,故有故有VT+=（1+ R1/ R2）VT ，VT-=（1 R1/ R2）VT2. 工作原理工作原理為了便于分析，假設輸入為了便于分析，假設輸入ui為一個三角波信號。為一個三角波信號。若輸入

34、若輸入ui為為0時，電路處于時，電路處于0狀態，即狀態，即Q=0， =1。這就是。這就是施密特觸發器的第施密特觸發器的第I個穩定狀態，即個穩定狀態，即 u0=0V。ui由由0逐漸上升時，逐漸上升時，G1輸入端的電壓輸入端的電壓ui1也隨之上升。若也隨之上升。若ui1上升還未達到上升還未達到G1門開啟電壓門開啟電壓 VT 之前，電路維持在第之前，電路維持在第I穩態穩態上。上。若若ui繼續上升，當繼續上升，當ui1到達到達VT 時，即時，即uiVT+ ，那么電路將，那么電路將發生下列正反饋過程。發生下列正反饋過程。uiui1ui2u0ui1上一頁 下一頁返回Q7.3 施密特觸發器施密特觸發器因此，

35、電路由第因此，電路由第I穩態迅速轉為第穩態迅速轉為第II穩態，即穩態，即Q=1， =0。此時，輸出電壓此時，輸出電壓u0= VDD同理，若同理，若ui由最大值由最大值VDD 下降時，下降時，ui1也會隨之下降。也會隨之下降。當當ui下降使下降使uiVT-時，電路也會發生下列正反饋過程。時，電路也會發生下列正反饋過程。uiui1 ui2u0ui1最后電路又翻轉回第最后電路又翻轉回第I穩態，即穩態，即 u0 =0V。該電路該電路 VT+ 和和VT-可由實驗測出，其電壓回差可由實驗測出，其電壓回差 V 為為V= VT+VT-= VDDR1/ R2由此可見，改變由此可見，改變R1和和R2的比值，可以調

36、整的比值，可以調整 V 的大小。的大小。Q上一頁 下一頁返回Q7.3 施密特觸發器施密特觸發器7.3.2 集成施密特觸發器集成施密特觸發器集成門電路中有多種型號的施密特觸發器，集成門電路中有多種型號的施密特觸發器，CC40106是其是其中的一種中的一種CMOS施密特反相器，施密特反相器，圖圖7-20是其引腳排列、邏是其引腳排列、邏輯符號及傳輸特性。輯符號及傳輸特性。7.3.3 施密特觸發器的應用施密特觸發器的應用1.波形的整形與變換波形的整形與變換施密特觸發器可用于將三角波、正弦波以及不規則信號波形施密特觸發器可用于將三角波、正弦波以及不規則信號波形變換成矩形脈沖。當傳輸的信號受到干擾而發生畸

37、變時，可變換成矩形脈沖。當傳輸的信號受到干擾而發生畸變時，可利用施密特觸發器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較利用施密特觸發器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較好的矩形脈沖。如好的矩形脈沖。如圖圖7-21。上一頁 下一頁返回7.3 施密特觸發器施密特觸發器2. 信號鑒幅信號鑒幅如輸入信號為一組幅度不等的脈沖，而要求將幅度大于如輸入信號為一組幅度不等的脈沖，而要求將幅度大于VT+的脈沖信號挑選出來時，則可用施密特觸發器對輸入脈沖的的脈沖信號挑選出來時，則可用施密特觸發器對輸入脈沖的幅度進行鑒別，如幅度進行鑒別，如圖圖7-22所示。這時，可將輸入幅度大于所示。這時，可將輸入幅度大于VT+的脈沖

38、信號選出來，而幅度小于的脈沖信號選出來，而幅度小于VT+的脈沖信號則去掉。的脈沖信號則去掉。3.多諧振蕩器多諧振蕩器上一頁返回7.4 555定時器及其應用定時器及其應用555定時器是一種多用途的單片中規模集成電路。該電路使定時器是一種多用途的單片中規模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩態用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩態觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器。因而在脈沖波形的產觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器。因而在脈沖波形的產生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領域中生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領域中都得到了廣泛的應用

39、。都得到了廣泛的應用。7.4.1 555定時器電路的結構及工作原定時器電路的結構及工作原理理1. 電路結構電路結構國產雙極型定時器國產雙極型定時器5G555的電路結構如的電路結構如圖圖7-25所示所示 。由電壓比較器由電壓比較器C1、C2（包括電阻分壓器）、（包括電阻分壓器）、G1和和G2組成的組成的基本基本RS觸發器、集電極開路的放電管觸發器、集電極開路的放電管V和輸出緩沖級和輸出緩沖級G3三部三部分組成。分組成。下一頁返回7.4 555定時器及其應用定時器及其應用2. 工作原理工作原理C1和和C2為兩個電壓比較器，它們的基準電壓為為兩個電壓比較器，它們的基準電壓為Vcc經經3個個5k電阻分

40、壓后提供。電阻分壓后提供。UR1=2/3Vcc為比較器為比較器C1的基準電的基準電壓，壓，TH（閾值輸入端）為其輸入端。（閾值輸入端）為其輸入端。UR2=1/3Vcc為比較為比較器器C2的基準電壓，的基準電壓， （觸發輸入端）為其輸入端。（觸發輸入端）為其輸入端。CO為控為控制端，當外接固定電壓制端，當外接固定電壓VCO時，則時，則UR1=VCO、UR2=1/2VCO。 為直接置為直接置0端，只要端，只要 =0，輸出，輸出uo便便為低電平，正常工作時，端必須為高電平。下面分析為低電平，正常工作時，端必須為高電平。下面分析5G555的邏輯功能。的邏輯功能。設設TH和和 端的輸入電壓分別為端的輸入

41、電壓分別為uI1和和uI2。5G555定時器定時器的工作情況下的工作情況下:當當uI1UR1、uI2UR2時時,比較器比較器C1和和C2的輸出的輸出uC1=0、uc2=1,基本基本RS觸發器被置觸發器被置0，Q=0、 =1，輸出，輸出uo=0，同時同時V導通。導通。TR上一頁 下一頁返回TRDRDRQ7.4 555定時器及其應用定時器及其應用當當uI1UR1、uI2UR2時，兩個比較器輸出時，兩個比較器輸出uc1=1、uc2=0，基本基本RS觸發器置，、觸發器置，、 ，輸出，輸出uo=1，同時，同時截止。截止。當當uI1UR2時，兩個比較器輸出時，兩個比較器輸出uc1=1、uc2=1，基本，基

42、本RS觸發器保持原來狀態。觸發器保持原來狀態。3. 555定時器的功能表定時器的功能表綜上所述，定時器綜上所述，定時器5G555的功能如的功能如表表7-2所示：所示：7.4.2 555定時器的應用定時器的應用1. 用用555定時器構成施密特觸發器定時器構成施密特觸發器將觸發器的閾值輸入端將觸發器的閾值輸入端ui1和觸發輸入端和觸發輸入端ui2連在一起，作為連在一起，作為觸發信號觸發信號ui的輸入端，將輸出端（的輸入端，將輸出端（3端）作為信號輸出端，端）作為信號輸出端，便可構成一個反相輸出的施密特觸發器，電路如便可構成一個反相輸出的施密特觸發器，電路如圖圖7-26所所示。示。圖圖7-26中，中

43、，R、VCC2構成另一輸出端構成另一輸出端uo2，其高電平可以通，其高電平可以通過改變過改變VCC2進行調節。進行調節。 上一頁 下一頁返回Q7.4 555定時器及其應用定時器及其應用電路工作原理：電路工作原理：為了提高基準電壓為了提高基準電壓UR1和和UR2的穩定性，常在的穩定性，常在CO控制端對地控制端對地接一個接一個0.01 F的濾波電容。的濾波電容。當輸入當輸入uI1/3VCC時，電壓比較器時，電壓比較器C1和和C2的輸出的輸出uC1=1，uC2=0，基本，基本RS觸發器置觸發器置1，Q=1、 =0，這時輸出，這時輸出uO=uOH。當輸入當輸入1/3VCCuI2/3 VCC時，時，C1

44、和和C2的輸出的輸出uC1=0、uC2=1，基本，基本RS觸發器置觸發器置0，Q=0、 =1，輸出，輸出uO由高由高電平電平uOH躍到低平躍到低平uOL，即，即uO=0。由以上分析可看出，在輸。由以上分析可看出，在輸入入uI上升到上升到2/3 VCC時，電路的輸出狀態發生躍變。因此，時，電路的輸出狀態發生躍變。因此，施密特觸發器的正向閾值電壓施密特觸發器的正向閾值電壓UT+ =2/3 VCC。此后，。此后，uI再再增大時，對電壓的輸出狀態沒有影響。增大時，對電壓的輸出狀態沒有影響。Q上一頁 下一頁返回Q7.4 555定時器及其應用定時器及其應用當輸入當輸入uI由高電平逐漸下降，且由高電平逐漸下

45、降，且1/3VCCuI2/3VCC時，時，兩個電壓比較器的輸出分別為兩個電壓比較器的輸出分別為uC1=1、uC2=1。基本。基本RS觸觸發器保持原狀態不變。即發器保持原狀態不變。即Q=0、 =1，輸出，輸出uO=uOL。當輸入當輸入uI1/3VCC，電壓比較器，電壓比較器C2輸出輸出uC2=1,基本基本RS觸發器置觸發器置0，Q=0， =1，輸出，輸出u0=0。與此同時，三。與此同時，三極管極管V導通，電容導通，電容C經經V迅速放完電，迅速放完電，uC0，電壓比較器，電壓比較器C1輸出輸出UC1=1，這時基本，這時基本RS觸發器的兩個輸入信號都為高電觸發器的兩個輸入信號都為高電平平1，保持，保

46、持0狀態不變。所以，在穩定狀態時。狀態不變。所以，在穩定狀態時。uC=0、uO=0。(2) 觸發進入暫穩態觸發進入暫穩態當輸入當輸入uI由高電平由高電平UIH躍到小于躍到小于1/3VCC的低電平時，電壓比的低電平時，電壓比較器較器C2輸出輸出uC2=0，由于此時，由于此時uC=0，因此，因此，uC1=1，基本，基本RS觸發器被置觸發器被置1，Q=1， =0，輸出，輸出uO 由低電平躍到高由低電平躍到高電平電平U0H。同時三極管。同時三極管V截止，這時，電源截止，這時，電源 VCC經經R對對C充電，充電，電路進入暫穩態。在暫穩態期內輸入電壓電路進入暫穩態。在暫穩態期內輸入電壓uI回到高電平。回到高電平。Q上一頁 下一頁返回Q7.4 555定時器及其應用定時器及其應用(