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。
图6.4 串联型石英晶体振荡器
图6.5 并联型石英晶体振荡器
6.1.3 多谐振荡器的应用

多谐振荡器可以产生一定频率、一
定幅值的矩形波或者方波，广泛应用于
音响、报警电路或系统的时钟、计时等
方面，图6.6所示是一种秒信号产生电路。
图6.6 秒信号产生电路
6.2 单 稳 态 触 发 器
图6.29（a）所示。
• （2） 输出脉冲宽度tW

tW=1.1RC
③ 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态

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） 主要参数计算
① 输出脉冲宽度tW
② 恢复时间tre
③ 最高工作频率fmax
2.积分型单稳态触发器

图 6.10 是由或非门构成的单稳态触
发器及其各点的工作波形图。
图 6 12 74 12 1 的 引 脚 图
.
• （1） 触发方式

74121 集成单稳态触发器有 3 个触发 输入端，在下列情况下，电路可由稳态翻 转到暂稳态： ① 在A1、A2两个输入中有一个或两 个为低电平的情况下，B发生由0到1的正跳 变； ② 在 B 为高电平的情况下， A1、A2 中有一个为高电平而另一个发生由 1 到 0 的 负跳变，或者A1、A2同时发生负跳变。

石英晶体的串联谐振频率 fS 和并联 谐振频率fP仅仅取决于石英晶体的几何尺 寸，通过加工成不同尺寸的晶片，即可 得到不同频率的石英晶体，并且串联谐 振频率fS和并联谐振频率fP的值非常接近。 用石英晶体组成的多谐振荡器分为 串联型和并联型两种形式。


为了改善输出波形和提高负载能力， 一般在石英晶体振荡器的输出端加一级
图6.14 单稳态触发器用于定时电路
2.延时

单稳态触发器的延时作用不难从图 6.8所示的微分型单稳态触发器的工作波 形看出。图中输出端uo1的上升沿相对于 输入信号ui的上升沿延迟了一个tW的时间。 单稳态的延时作用常被应用于时序控制。
3.多谐振荡器

利用两个单稳态触发器可以构成多 谐振荡器。由两片74121集成单稳态触发 器组成的多谐振荡器如图 6.15 所示。图 中开关S为振荡器控制开关。
2.振荡周期的计算 • （1） T1的计算 • （2） T2的计算
6.1.2 石英晶体多谐振荡器

为得到频率稳定性很高的脉冲波 形，多采用由石英晶体组成的石英晶 体振荡器，石英晶体的电路符号和阻 抗频率特性如图6.3所示。
图6.3 石英晶体的电路符号及阻抗频率特体的选频特性非常好，它有一个极为稳 定的串联谐振频率fS，且等效品质因数Q 值很高。当频率等于fS时，石英晶体的电 抗为0 ，而当频率偏离 fS 时，石英晶体的 电抗急剧增大，因此，在串联谐振电路 中，只有频率为fS的信号最容易通过，而 其他频率的信号均会被晶体所衰减。 fP是石英晶体的并联谐振频率 。
.
3.多谐振荡器
图6.23 施密特触发器构成的多谐振荡器
图6.24 图6.23的波形
6.4 555定时器及其应用
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。
图 6 17 施 密 特 触 发 器 的 电 压 传 输 特 性
.
6.3.1 由门电路组成的施密特触发器

由CMOS门电路组成的施密特触发 器如图6.18所示。
图6.18 由CMOS反相器组成的施密特触发器
6.3.2 集成施密特触发器

集成门电路中有多种型号的施
密特触发器， CC40106是其中的一
图6.10 积分型单稳态触发器
6.2.2 集成单稳态触发器

集成单稳态触发器分为可重复触发 和不可重复触发两种形式。

两种单稳态触发器的工作波形分别 如图6.11（a）、（b）所示。
图6.11 两种单稳态触发器的工作波形
1.不可重复触发的集成单稳态触发器

74121 是一种 TTL 的不可重复触发 集成单稳态触发器，其引脚图如图 6.12 所示。
2.可重复触发的集成单稳态触发器

CD4528是一种CMOS的不可重复触
发集成单稳态触发器，其引脚图如图6.13
所示。
图 6 13 45 28 的 引 脚 图
. CD
6.2.3 单稳态触发器的应用
1.定时

由于单稳态触发器能产生一定宽度 的矩形脉冲输出，如果利用这个矩形脉 冲作为定时信号去控制某电路，可使其 在 tW 时间内动作。例如，利用单稳态触 发器输出的矩形脉冲作为与门输入的控 制信号，如图 6.14 所示，则只有在这个 矩形波的 tW 时间内，信号 uF 才有可能通 过与门。
6.1.1 门电路组成的多谐振荡器
1.电路组成及工作原理
由门电路组成的多谐振荡器具有以下特点。 ① 电路中含有开关器件，用于产生 高、低电平。常用的开关器件有门电路、 电压比较器、BJT等。 ② 具有合适的反馈网络，将输出电 压反馈到开关器件的输入端使之改变输出 状态。

③ 有延时环节，以获得所需要的 振荡频率。一般情况下，反馈网络兼有 延时作用，由阻容元件构成，利用RC电 路的充、放电特性实现延时。
• （2）定时

74121 的定时时间取决于定时电阻 和定时电容的数值。定时电容Cext连接在 引脚 Cext（10 脚）和 Rext/Cext（11 脚）之 间。如果使用有极性的电解电容，电容 的正极应接在Cext引脚（10脚）。对于定 时电阻，有两种选择： ① 采 用 内 部 定 时 电 阻 Rint （Rint=2kΩ），此时只需将Rint引脚（9脚） 接至电源VCC；

由门电路组成的多谐振荡器有多种 电路形式，图6.1是一种由CMOS门电路 组成的多谐振荡器。
图6.1 所示电路的原理图和波形图
图 6 2
. CMOS
门 电 路 组 成 的 多 谐 振 荡 器 的 原 理 图 和 波 形 图
• （1） 第一暂稳态及电路自动翻转的过 程 • （2） 第二暂稳态及电路自动翻转的过 程

利用半导体二极管的单向导电特性， 把电容C充电和放电回路隔离开来，再加
上一个电位器，便可构成占空比可调的
多谐振荡器，如图6.28所示。
图 6 28 占 空 比 可 调 的 多 谐 振 荡 器
.
3.用555定时器组成单稳态触发器
• （1） 电路组成及工作原理

用555定时器组成单稳态触发器如
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.1 多 谐 振 荡 器 6.2 单 稳 态 触 发 器
6.3 施 密 特 触 发 器
6.4 555定时器及其应用
读图练习：ASCII码键盘编码电路
综合训练：数字钟的设计与实现

脉冲波形是数字电路或系统中最常用
的信号。脉冲波形的获取，通常采用两种
数。
6.2.1 门电路组成的单稳态触发器
1.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 者或非门电路构成，图6.7（a）、（b） 分别为由与非门和或非门构成的单稳态 触发器。
图6.7 微分型单稳态触发器
① 没有触发信号时，电路处于稳态
② 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态

② 采用外部定时电阻（阻值应在 1.4 kΩ～40kΩ 之间），此时 Rint 引脚（ 9 脚）应悬空，外部定时电阻接在引脚 Rext/Cext（11脚）和VCC之间。 74121的输出脉冲宽度为
tW≈0.7RC
通常 R 的取值在 2 kΩ～30kΩ 之间， C 的取值在 10 pF～10μF 之间，得到的 tW 在20ns～200ms之间。
种 CMOS 施密特反相器，图 6.20 是
其引脚排列、逻辑符号及传输特性。
图6.20 CC40106施密特反相器的引脚排列、逻辑符号及传输特性
6.3.3 施密特触发器的应用
1.波形的整形与变换
图 6 21 波 形 的 整 形 与 变 换 电 路
.
2.信号鉴幅
图 6 22 信 号 鉴 幅
方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产
生；另一种是对已有的信号进行变换，使
之成为能够满足电路或系统要求的标准的
6.1 多 谐 振 荡 器
多谐振荡器可以产生连续的、周期性 的脉冲波形。它是一种自激振荡电路。多 谐振荡器有两个暂稳态，没有稳态，工作 过程中在两个暂稳态之间按照一定的周期 周而复始地依次翻转，从而产生连续的、 周期性的脉冲波形。
6.4.1 555定时器电路的结构及工作原理
1.电路结构

国产双极型定时器CB555的电路结
构如图6.25所示 。
图6.25 555定时器的电气原理图和电路符号
2.工作原理 3. 555定时器的功能表
6.4.2 555定时器的应用
1.用555定时器构成施密特触发器

将触发器的阈值输入端 ui1 和触发 输入端ui2连在一起，作为触发信号ui的输 入端，将输出端（3端）作为信号输出端， 便可构成一个反相输出的施密特触发器， 电路如图6.26所示。 图 6.26 中， R、VCC2 构成另一输出 端 uo2，其高电平可以通过改变 VCC2 进行 调节。