3.4波形产生、整形和变换电路.

RD
Ui
手册上可查到的555的常用型号有 NE555，5G555，至于555的内部 电路，读者可参阅有关资料。
施密特触发器的应用
Ui U T+ U T0
UT+ UT0
Ui
t
t
Uo
0 t
Uo
0
t
波形变换
UT+ UT0 Uo Ui
波形整形(取⊿UT较大些) 鉴幅(取⊿UT尽量小些)
3. 单稳态触发器的应用 整形 把脉宽不一致的波形变成脉宽一致的波形 。 vI vI
0 t
单稳
vO
vO
0
t
定时 由于单稳态触发器的输出为tw可调的矩形波，因 此可用在tw时间内去控制某种功能产生或不产生 。
R Ui 1 RD UDD 8 2 4 555 1 C 5 0.1uF RC 7 3 U02 U01
U0
1
U0
0 U o tw
0
t
tw
t w
可重复触发的单稳态触发器，当 电路被触发进入暂稳态后，在暂 单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态 稳态没有结束之前，再加触发脉 后，再加触发脉冲，不会影响电路的 冲，电路又一次被触发，电路从 工作过程，只有等到暂稳态结束之后， 第二次触发起要再维持一个暂稳 才可能被下一个脉冲触发。 态时间tw。
1. 由CMOS与非门组成的单稳态触发器
电路图： 稳态：
Q
n
Q
n
0
& &
G1
1
G2
在无触发信号时电路处 于稳态，由于UR＝0，
Qn ＝ 1
Ui
1
1
Ri U DD
0
R
这样G1的二个输入均为1
Q = 0
即稳态为Qn＝1，Qn＝0
n
1 0
G1 Ui
Qn
Qn
1
& &
0
G2
1
1 0
Ri U DD
放 电
R
0
t
施密特触发器在脉 冲的产生和整形电 路中应用很广。
t
0
３.４.2 多谐振荡器及应用
多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外 还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。 多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生 方波信号。 1. 由CMOS施密特非门组成的多谐振荡器 R 电路图
Uc C
３.４.3 单稳态触发器及应用
有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持， 故名单稳态触发器。 例子——楼道灯控制系统 单稳态触发器的特点： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （ 2 ）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由 稳态进入暂稳态； （ 3 ）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态，暂稳态 是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会 自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关， 仅决定于电路本身的参数。
R2 Ui R1 Uˊ i U01
CMOS门电路，其阀值电压为 1/2VDD。电路中要求R1＜R2 电原理图
Ui
1
U01
1
1
U02
1 U02
逻辑符号
由门电路构成的施密特触发器
R2 vI 0↑
＞VT+
R1 ↑ 0 1 11 →0 vI＇ vO1 G1
＞1/2VDD
1
00v→1 O
G2
（1） 当vI=0时，vO1 ≈ VDD ， vO ≈ 0V， vI＇ ≈ 0V； （2）当vI升高时，vI’ 也升高。当vI’ 达到1/2VDD时，G1、G2 输出状态将发生翻转。此时对应的vI值称为VT+。
电路的工作波形： G1
1
当Vo1向C充电使vI1= vO2
1 U DD 2
vO1 R vI1
G2
1
时Vo2状态发生改变，由低 电平变为高电平VDD，由于 电容两边电压不能突变，它 的电压改变只能通过充放电 电荷的累积形成，Vo2由0变 t
vO1
0
C
1 U DD 2 0
vI
vO2
0
3 U DD 2 1 t U DD 2
1 为VDD，则Vi1也由 2 U DD 变 1 1 为 U DD +VDD，保持Uc=2 U DD 。 2
t
Vo2向C反向充电时同样会 使Vi1由 1 U DD 变为- 1 U DD 。
2 2
4. 石英晶体多谐振荡器 前面介绍的多谐振荡器的频率稳定性较差，当电源电 压波动、温度变化、RC参数的变化都会使频率变化。 石英晶体多谐振荡器是频率十分稳定的振荡器，它的 频率稳定度⊿f0/f0可达10-10，用在对频率的稳定性 要求比较高，如时钟秒信号的频率源中。
就可得到可改变输出波形占空
C
比的多谐振荡器。
当刚加电源时，由于电容C还没有来得及充上电荷，所以UC＝0，Uo
＝UOH＝UDD，UOH通过R1向C充电，当充电充到UC＝UT＋时，电路输出发
生转换，UO由UOH变成UOL＝0V。电容上的电压UC＝UT＋，又要通过R2向 UOL放电，当电容上的电压放到UT-时，电路的输出状态又发生转换。
C2 C3 VD5 220u 0.1u 10V/1W 稳压管 电容滤波 稳压
K
C4 100u
&
IN4007×4
R3 3MΩ
本章基本内容
数字电路常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡 峭边沿的脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP）。 获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接产生； ②利用已有信号变换得到。 脉冲信号产生要用多谐振荡器。 脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器
由555定时器构成的施密特触发器
555定时器是一多用途的数字模拟混合集成电路，555最 大的优点是电源电压范围大，为4.5V～18V，可以和 TTL和CMOS兼容，同时驱动电流大约为200mA,可以直 接驱动负载喇叭。
UDD 8 U 02 7 555 TH 6 Um 5
电 路 图
UDD Rc 8 2 4 7 555 6 1 5 0.1u 3 U01 (U 01=U 02 ) U02
2. 由555组成的施密特电路组成的多谐振荡器
1.先由555组成施密特电路 2.电路的输出端U02经RC电路 接回输入端即可
Rd
U DD
多谐振荡器的频率：
f
R
1
0.7(RC 2R)C
由于555第 4脚为清0 输入，因 此控制Rd 可控制电 路振荡和 停振。
Rc
8
2 Ui 6 555
4
7 3 U 02 U 01 (U 01 =U 02)
VT 1 v R V DD I 2 R1 R2 2
VT

（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1 ≈ 0V ， vO ≈ VDD 。
R1 1 V DD (1 ) 2 R2
R2
v↓
I
R1 ↓
1
0 →1
＜VT－
vI＇ vO1 ＜1/2VDD G1
1
1→0 v
O
G2
稳态时URi＝1，当Ui下 降边到达时，微分电路 输出一个负脉冲被加到 URi，使URi由1变为0，Qn 由0变为1，这个变化通 过C被加到UR上，使UR由 0变为1，使Qn变为0， 电路进入暂稳态即Qn＝ 0， Qn＝1。
暂稳态不会持久： UR的高电平要通过RC放电而逐渐变低，当UR下降到CMOS 1 与非门转换的阀值电压 U DD 时，Qn由0变为1，电路又 2 回到稳态。
（4）当vI由高变低时，vI ’ 也由高变低。当vI’ ≤1/2VDD时 ，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT－。
(V DD VT ) R1 1 VT V DD R1 R2 2

VT

R1 1 V DD (1 ) 2 R2
（5）当vI小于VT－时，电路转到另一稳态：vO1=≈ VDD ， vO ≈ 0V。
工作波形 vI
0
VT

vO1
0
VT+ VT－ t
VT

R1 1 V DD (1 ) 2 R2 R 1 V DD (1 1 ) 2 R2
vI
vO1
t vI t vO
vO
0
R1 所以⊿UT＝UT+-UT-＝ U DD 由此可知，调节R1、R2可以 R2 调节回差，但必须保证R1＜R2否则电路不能正常工作。
３.４波形产生、整形和变换电路
３ .４ . １ ３ .４ .２ ３ .４ .３ 施密特触发器及应用 多谐振荡器及应用 单稳态触发器及应用
退出
３.４.１施密特触发器及应用
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适 合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。
1.施密特触发器的触发特性
逻辑符号
施密特发器有反相传输和同相传输两种电路。
工作原理
G1
1
vO1 0
1
G2
1
vO2 1
0
R
vI1
C
（4） vO1=0， vO2=1这个状态也不能持久； （5）通过vO2→C→R→vO1对电容C反向充电，vI1逐步减少；
（6）当vI1＜VT时，G1输出高电平， G2输出低电平，即又 回到vO1=1，vO2=0的状态。 （7）通过电容器的充放电产生方波，振荡的周期T≈2.2RC。
电路工作波形：
Ui URi 1 2U DD
UR
Q Q
tw
只有负脉冲才能触发单稳态触发器进入暂稳态 暂稳态时间 tw 可用 RC 电路的暂稳态过程三要素公式 求出tw≈0.7RC。
2. 集成单稳态触发器
不可重复触发型 分类：
Ui
U i 0
可重复触发型
Ui
U i t U o tw t w t 0 t
Ui UT+
R Uc 0 UU TT＋ 1 C Uo 0V UDD UDD
如上所述，周而 U 复始，形成振荡， 0 振荡时UC和Uo的 波形如图所示：
T-
t Uo
0
t
通过调节R、C的值，可调节振荡频率f
R2
放 电 充 电
在这个电路的基础上利用二极 管的单向导电性能，使RC电路
Uo
R1 1
Uc
充放电的RC时间常数不一致，
C
1
5 0.1u
3. 由CMOS非门加RC电路组成的多谐振荡器 电路组成及工作原理 G1
1
vO1 1
R vI1
0
G2
1
vO2 0
1
C
（1） 设电路的初态为vO1=1, vO2=0，这种状态下不可能 持久维持； （2）通过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不断上升； （3）当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即 vO1=0， vO2=1。
1
Uo
工作过程分析：
1.当刚加电源时，由于电容C还没有来得
及充上电荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD。 2.UOH通过R向C充电，当充电充到UC＝UT＋ 时，电路输出发生转换，UO由UOH变成UOL ＝0V。 3.电容上的电压UC＝UT＋，又要通过R向 UOL放电，当电容上的电压放到UT-时， 电路的输出状态又发生转换。
2 施密特触发器的具体电路 集成施密特触发器在集成电路手册中被归类在门电路中
Vcc 14 13 1 74LS14 1 12 11 1 10 9 1 8
1
1
1
2
3
4
5
6
7 GND
手册中还可以查到74LS13它是四二输入施密特触发与非 门，这些集成施密特触发器的回差是不可调的。
由门电路构成的施密特触发器
零 火 ～220V
0.5A R8 56Ω 灯 C5 0.47u
R7 56Ω BTA12 R6 300Ω
6 5
1 2
MOC3061 R5 620Ω
0.1A
电容降压
R4 Q R2 G1 100kΩ
n
V1
0.68u/400V 1MΩ R1 C1 VD1 ～VD4
桥式整流
Q
n
22KΩ G2
单稳态 触发器
&
将不可重复触 发的单稳态触 发器接入Rd， 来控制多谐振 荡器在规定的 时间（tw）内 产生声音。
UC
6
受Rd控制的由555组成的多谐振荡器
延时 把输入信号延迟一定时间后输出。
由于单稳态触发器一经触发，电路进入暂稳态，暂稳 态时间tw≈0.7RC ，调节R、C可产生比触发脉冲时间 长很多的暂稳态时间tw。 延时功能典型的例子就是我们前面提到的 楼道灯延时开关电路，下面是它的电路组 成及工作过程简述。
常见的时钟秒信号源晶体振荡器
G1 1 10M G2 1 Uo
石英晶体符号 石英晶体的固有谐振频率
680P
32768HZ
30P
石英振荡器的频率取决于石英 晶体的固有谐振频率，而与外 接的电阻、电容无关，因此它 的频率稳定。
5. 压控振荡器
压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)简称VOC 振荡器的频率受一个输 入电压的控制 广泛用于自动检测、自动控制及通信电路中
uo
施密特触发器 的电压传输特性
0
下限阈值电压
UT－
UT+
ui
上限阈值电压
回差，是指当输入电压Ui由低变高时的阀值电压UT+和输 入电压由高变低时的阀值电压UT-是不相同的，我们定义 ⊿UT称为回差。
回差电压（滞后电压）：ΔUT＝ UT＋－UT－
缺点是回差太小，且不能调整。
施密特触发器 U T+ 的输入输出电压 UT－ 波形
VDD
ui(V)
0 uo 0
t
t
（1）施密特触发器输出有两种状态； （ 2）施密特触发器采用电平触发即输入电压上升时，即 使上升很缓慢，只要输入电压上升到某一阀值电压 (UT+ 或UT-)时，电路的输出状态就发生转换 ； （ 3 ）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阀 值电平（UT+和UT-）。
2施密特触发器采用电平触发即输入电压上升时即使上升很缓慢只要输入电压上升到某一阀值电压ut或ut时电路的输出状态就发生转换3对于正向和负向增长的输入信号电路有不同的阀值电平u集成施密特触发器在集成电路手册中被归类在门电路中集成施密特触发器在集成电路手册中被归类在门电路中1011121314vccgnd74ls14手册中还可以查到手册中还可以查到74ls1374ls13它是四二输入施密特触发与非它是四二输入施密特触发与非门这些集成施密特触发器的回差是不可调的