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1、第五章第五章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换5.1 概概 述述5.2 集成集成555定时器定时器5.3 单稳态触发器单稳态触发器5.4 多谐振荡器多谐振荡器5.5 施密特触发器施密特触发器 51 概概 述述l 在数字系统中，经常需要用到有一定宽度在数字系统中，经常需要用到有一定宽度和幅度的各种不同频率的时钟脉冲信号，且该和幅度的各种不同频率的时钟脉冲信号，且该时钟脉冲信号的上升沿、下降沿越陡峭越好，时钟脉冲信号的上升沿、下降沿越陡峭越好，即脉冲信号越理想越好。获得矩形脉冲的方法即脉冲信号越理想越好。获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是由脉冲振荡器直接产生；通常有两种：一种是由脉冲振荡
2、器直接产生；另一种是利用整形电路，将一个已有的不符合另一种是利用整形电路，将一个已有的不符合要求的波形通过整形变换成为矩形脉冲。要求的波形通过整形变换成为矩形脉冲。l 脉冲振荡器常用电路有多谐振荡器等；脉脉冲振荡器常用电路有多谐振荡器等；脉冲整形电路主要有单稳态触发器及施密特触发冲整形电路主要有单稳态触发器及施密特触发器器。5.1.1常见的几种脉冲信号波形常见的几种脉冲信号波形l 一切具有突变部分的周期性或非周期性的一切具有突变部分的周期性或非周期性的电流或电压波形统称为脉冲。脉冲是指在短暂电流或电压波形统称为脉冲。脉冲是指在短暂的时间内作用于电路的电压或电流，即电压脉的时间内作用于电路的电压
3、或电流，即电压脉冲或电流脉冲。从广义来说，我们把各种非正冲或电流脉冲。从广义来说，我们把各种非正弦信号统称为脉冲信号。弦信号统称为脉冲信号。l 常见的脉冲信号波形，如图常见的脉冲信号波形，如图51所示所示 图图51常见的脉冲信号波形常见的脉冲信号波形(a)矩形脉冲矩形脉冲 (b)钟形波钟形波 (c)方波方波 (d)锯齿波锯齿波 (e)尖脉冲尖脉冲 (f)阶梯波阶梯波5.1.2矩形脉冲波形参数矩形脉冲波形参数 l 由于脉冲波形是各种各样的，所以，由于脉冲波形是各种各样的，所以，用以描述各种不同脉冲波形特征的参数用以描述各种不同脉冲波形特征的参数申不一样。例如用描述矩形脉冲的参数申不一样。例如用描
4、述矩形脉冲的参数就和锯齿波的参数不一样。所以，我们就和锯齿波的参数不一样。所以，我们仅以矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的参仅以矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的参数。数。l 图图52所示，为实际的矩形脉冲波所示，为实际的矩形脉冲波形，用以下几个主要参数表示形，用以下几个主要参数表示.图图52 矩形脉冲的主要参数矩形脉冲的主要参数 l1脉冲幅度脉冲幅度Vm脉冲电压的最大变化幅度。脉冲电压的最大变化幅度。l2脉冲宽度脉冲宽度twm一脉冲波形前、后沿一脉冲波形前、后沿0.5Vm 处的时间间隔处的时间间隔l3上升时间上升时间tr一脉冲前沿一脉冲前沿01Vm上升到上升到 0.9Vm所需要的时间。所需要的时间。l4
5、.下降时间下降时间tf脉冲后沿从脉冲后沿从09Vm下降到下降到0.1Vm所需要的时间。所需要的时间。l5脉冲周期脉冲周期T在周期性连续脉冲中，两个在周期性连续脉冲中，两个相邻脉冲间的时间间隔。有时也用重复频率相邻脉冲间的时间间隔。有时也用重复频率f=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。表示单位时间内脉冲重复的次数。5.1.3最简单的脉冲波形变换电路最简单的脉冲波形变换电路微分电路和积分电路微分电路和积分电路 1微分电路微分电路l 微分电路可以将输入矩形脉冲的跳变部分微分电路可以将输入矩形脉冲的跳变部分选择出来，形成一对正负尖脉冲。因此，微分选择出来，形成一对正负尖脉冲。因此，微分电路是电路是个
6、最简单的波形变换电路，它可将个最简单的波形变换电路，它可将矩形脉冲变换为一对正负尖脉冲。矩形脉冲变换为一对正负尖脉冲。l 微分电路的形式就是一个微分电路的形式就是一个RC串联电路，串联电路，输出电压为电阻输出电压为电阻R两端的电压。如图两端的电压。如图53(a)所所示。示。(a)电路原理图电路原理图 (b)工作波形图工作波形图图图53微分电路微分电路 l 组成微分电路的条件是：电路的时间常数，组成微分电路的条件是：电路的时间常数，形脉冲宽度细小得多。即必须满足形脉冲宽度细小得多。即必须满足RCtw。在实际电路中，一般取在实际电路中，一般取RCtw则，输出电压即则，输出电压即电路的输出电压与输入
7、电压近似成微分关系，电路的输出电压与输入电压近似成微分关系，所以称之为微分电路。图所以称之为微分电路。图53(b)是微分电路的是微分电路的工作波形图。工作波形图。l 值得提出的是：当值得提出的是：当RCtw时，输出电压时，输出电压v0与输入电压与输入电压vI的波形近似相同，此时的的波形近似相同，此时的RC电路电路是耦合电路，而不是微分电路是耦合电路，而不是微分电路。2积分电路积分电路l 积分电路可以将输入的矩形脉冲变换为锯积分电路可以将输入的矩形脉冲变换为锯齿波。所以，积分电路也是齿波。所以，积分电路也是个最简单的波形个最简单的波形变换电路。变换电路。l 图图54(a)所示为积分电路。与微分电
8、路相所示为积分电路。与微分电路相比较，只是比较，只是R和和C的位置对调了，输出电压为的位置对调了，输出电压为电容两端的电压。电容两端的电压。l 积分电路必须满足积分电路必须满足RCtw。当电路满足条。当电路满足条件件RCtw时有时有(a)电路原理图电路原理图 (b)工作波形图工作波形图图图54积分电路积分电路 l 电路输出电压电路输出电压v0与输入电压与输入电压vi近似成积近似成积分关系，因此，这种分关系，因此，这种RC电路称为积分电路。电路称为积分电路。图图54(b)是积分电路的工作波形图是积分电路的工作波形图。5.2 集成集成555定时器定时器l 555集成定时器产生于集成定时器产生于70
9、年代初，它是一年代初，它是一种中规模定时器，又称时基（种中规模定时器，又称时基（Time base）电路。）电路。它广泛应用于波形的产生与变换、测量与控制、它广泛应用于波形的产生与变换、测量与控制、家用电器及电子玩具等各领域。我国先后生产家用电器及电子玩具等各领域。我国先后生产了双极性定时器、了双极性定时器、CMOS定时器。两者电路结定时器。两者电路结构基本相同，功能一致。下面以构基本相同，功能一致。下面以5G555（双极（双极性定时器）为例简要介绍其组成及功能。性定时器）为例简要介绍其组成及功能。l 5G555时基电路简化原理图及外引线排列时基电路简化原理图及外引线排列图分别如图图分别如图5
10、5（a）、（）、（b）所示。）所示。(a)5G555时基电路简化原理图表时基电路简化原理图表 (b)(b)5G555时基电路外引线排列图时基电路外引线排列图图图55 5G555时基电路时基电路 l 555定时器含有两个电压比较器定时器含有两个电压比较器A和和B、一、一个由个由“与非与非”门组成的基本门组成的基本RS触发器、一个放触发器、一个放电晶体管电晶体管VT以及由三个以及由三个R=5k的电阻组成的的电阻组成的分压器。比较器分压器。比较器A的参考电压为的参考电压为Vcc，加在同相，加在同相输入端；输入端；B的参考电压为的参考电压为Vcc，加在反相输入端。，加在反相输入端。两者均由分压器上取得
11、。各外引线端的功能是：两者均由分压器上取得。各外引线端的功能是：l 1脚为接地端。脚为接地端。l 2脚为低电平触发端，由此输入触发脉冲。脚为低电平触发端，由此输入触发脉冲。当当2脚的输入电压高于脚的输入电压高于Vcc时，时，B的输出为的输出为“1”；当输入电压低于；当输入电压低于Vcc时，时，B的输出为的输出为“0”，使基本使基本RS触发器置触发器置“1”。l 3脚为输出端，输出电流可达脚为输出端，输出电流可达200mA，因，因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。输出高电压比电源电压指示灯等。输出高电压比电源电压Vcc约低约低13V。l 4
12、脚为复位端，由此输入负脉冲而使触发器脚为复位端，由此输入负脉冲而使触发器直接置直接置“0”复位。复位。l 5脚为电压控制端，在此端可外加一电压以脚为电压控制端，在此端可外加一电压以改变比较器的参考电压。不用时，经改变比较器的参考电压。不用时，经0.01F的的电容接电容接“地地”，以防止干扰的引入。，以防止干扰的引入。l 6脚为高电平触发端，由此输入触发脉冲。脚为高电平触发端，由此输入触发脉冲。当输入电压低于当输入电压低于Vcc时，时，A的输出为的输出为“1”，当，当输入电压高于输入电压高于Vcc时，时，A的输出为的输出为“0”使基本使基本RS触发器置触发器置“0”。l 7脚为放电端，当触发器的
13、端为脚为放电端，当触发器的端为“1”时，时，放电晶体管放电晶体管T导通，外接电容元件通过导通，外接电容元件通过T放电。放电。l 8脚为电源端，可在脚为电源端，可在518V范围内使用。范围内使用。5.3 单稳态触发器单稳态触发器l5.3.1 TTL微分型单稳态电路微分型单稳态电路l5.3.2 TTL积分型单稳态路积分型单稳态路l5.3.3 555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器一、电路组成一、电路组成l 由两个或非门和由两个或非门和RC电路组成，如图电路组成，如图56(a)所示。所示。(a)电路原理图电路原理图 (b)工作波形图工作波形图图图56 TTL微分型单稳态电路微分型单稳
14、态电路二、工作原理二、工作原理l1当当vi=0时，由于此时时，由于此时vi2为高电平（等于为高电平（等于Vcc），所以门），所以门2输出输出vo2为低电平（等于为低电平（等于0）；）；门门1的输入全为低电平，门的输入全为低电平，门1输出为高电平，即输出为高电平，即门门1截止、门截止、门2导通，导通，vo1=1、vo2=0。这是电路。这是电路的稳定状态。的稳定状态。l2当当vi从从0跳变为跳变为Vcc时，电路产生如下正反馈时，电路产生如下正反馈过程过程：这个过程使得电路迅速进入门这个过程使得电路迅速进入门1导通、门导通、门2截止截止，电源，电源VCC的经门的经门1、R、C开始对电容开始对电容C进
15、行充进行充电，电路进入暂稳状态。同时输入电压电，电路进入暂稳状态。同时输入电压vi跳变为跳变为0。l 3随着随着C的充电，电容两端的电压上升，的充电，电容两端的电压上升，即即vi2上升。当上升。当vi2上升到门电路的阈值电压上升到门电路的阈值电压VTH时，电路将产生如下正反馈过程：时，电路将产生如下正反馈过程：随着随着C的充电的充电 l 这个过程使得电路迅速进入门这个过程使得电路迅速进入门1截止、门截止、门2导通的起始稳定状态，即导通的起始稳定状态，即vO1=1、vO2=0。此。此时，电容时，电容C经门经门2、R放电。放电。l 4随着随着C的放电，电容的放电，电容C两端的电压下降两端的电压下降
16、为为0，电路恢复到初始的稳定状态，等待下一，电路恢复到初始的稳定状态，等待下一次的触发。次的触发。l 图图56(b)为其工作波形图。为其工作波形图。三、输出脉冲宽度三、输出脉冲宽度tW的估算的估算l电路的输出脉冲宽度可按下式估算电路的输出脉冲宽度可按下式估算5.3.2 TTL积分型单稳态电路积分型单稳态电路一、电路组成一、电路组成l 如图如图57(a)所示电路，是由两个与非门和所示电路，是由两个与非门和连接成积分电路形式的连接成积分电路形式的RC定时电路组成的。定时电路组成的。(a)电路原理图电路原理图 二、工作原理二、工作原理l 当输入当输入vi1为低电平时，门为低电平时，门1截止，截止，v
17、ol为高为高电平；门电平；门2截止，截止，v0为高电平。这是电路的稳为高电平。这是电路的稳态。稳态时，电容态。稳态时，电容C电压电压vcV0H，因此，因此vi2为为高电平。高电平。l 当当vi1由低电平变为高电平时，一方面使门由低电平变为高电平时，一方面使门2的输入的输入A端为高电平，另一方面使门端为高电平，另一方面使门1导通，导通，vol由高电平变为低电平。但由于电容两端电压由高电平变为低电平。但由于电容两端电压不能突变，所以门不能突变，所以门2的另一个输入的另一个输入vi2仍保持高仍保持高电平。因此，这时门电平。因此，这时门2输出输出v02=v0为低电平。为低电平。电路进入了门电路进入了门
18、1导通、门导通、门2也导通的暂稳状态也导通的暂稳状态。l 在在vi1维持高电平期间，电容维持高电平期间，电容C经电阻、门经电阻、门1输出电路放电，输出电路放电，vi2以时间常数以时间常数RC指数规指数规律下降。当律下降。当vi2下降到下降到vTH(14V)时，门时，门2由由导通变为截止，导通变为截止，v0就由低电平变为高电平，电就由低电平变为高电平，电路返回到门路返回到门2截止状态。截止状态。l 当当vi1由高电平变为低电平时，由高电平变为低电平时，vol随之由随之由低电平跳变到高电平，并通过电阻低电平跳变到高电平，并通过电阻R对电容对电容C充充电，此时暂稳态结束。电，此时暂稳态结束。l图图5
19、7(b)是是TTL与非门组成的积分型单稳态电与非门组成的积分型单稳态电路的工作波形图路的工作波形图。(b)工作波形图工作波形图 三、输出脉冲宽度的估算三、输出脉冲宽度的估算l电路的输出脉冲宽度可按下式估算电路的输出脉冲宽度可按下式估算5.3.3 555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器一、电路组成一、电路组成l 由由555定时器组成的单稳态触发器其原理定时器组成的单稳态触发器其原理图及波形图如图图及波形图如图58（a）、（）、（b）所示。其中）所示。其中输入触发脉冲输入触发脉冲vI从从2端，端，6、7两端相连并与定时两端相连并与定时元件元件R、C相接。相接。(a)电路原理图电路原
20、理图 (b)工作波形图工作波形图图图58 555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器二、工作原理二、工作原理l1电路的稳态电路的稳态l 初始状态下，尚未加入触发脉冲，初始状态下，尚未加入触发脉冲，vi为高电为高电平，即基本平，即基本RS触发器的端为触发器的端为1。同时电容未被充。同时电容未被充电，电，vc0，基本，基本RS触发器的端也为触发器的端也为1。所以，基。所以，基本本RS触发器处于保持状态。触发器处于保持状态。l 当接通电源时，如果原状态为当接通电源时，如果原状态为Q=0，则，则，V管导通，电容管导通，电容C被旁路而无法充电，因此电路被旁路而无法充电，因此电路就稳定在就稳定
21、在Q=0，的状态。如果开始触发器处于，的状态。如果开始触发器处于Q=1，状态，那么，状态，那么V管截止，因此接通电源后，管截止，因此接通电源后，电路有一个逐渐稳定的过程：即电源电路有一个逐渐稳定的过程：即电源+Vcc经电经电阻阻R对电容对电容C充电，电容电压充电，电容电压Vc上升，当上升，当Vc上上升到时，触发器置升到时，触发器置0，即，即Q=0，从而使放电，从而使放电管管V导通，随即电容导通，随即电容C通过放电管通过放电管V放电，放电，Vc迅迅速下降到速下降到0。一旦。一旦V管导通，电容管导通，电容C被旁路，无被旁路，无法再充电，这就是接通电源后电路所处的稳定法再充电，这就是接通电源后电路所
22、处的稳定状态。这时，状态。这时，Vc0，V0为低电平为低电平。l2触发翻转为暂稳态触发翻转为暂稳态l 在触发脉冲在触发脉冲vI作用下，低触发端作用下，低触发端(端端)加入加入负脉冲，即负脉冲，即0使触发器翻转为使触发器翻转为1态。输出态。输出v0为为高电平。因高电平。因Q=1，所以放电管，所以放电管V截止，电路截止，电路进入了暂稳态，定时开始。进入了暂稳态，定时开始。l 在暂稳态阶段，在暂稳态阶段，C充电充电(充电回路为充电回路为+VCCRC地地)，充电时间常数为，充电时间常数为RC，vC按指数规律上升，趋向按指数规律上升，趋向+VCC值。值。l3自动返回过程自动返回过程 l 当电容上的电压上
23、升到时，高触发端由当电容上的电压上升到时，高触发端由0变变为为1，因这时，因这时vI已回到高电平，低触发端已回到高电平，低触发端1，故触发器又被置故触发器又被置0，输出，输出v0变为低电平。由于变为低电平。由于Q=0，使放电管，使放电管V导通，定时电容导通，定时电容C充电结束，充电结束，即暂稳态结束。即暂稳态结束。l4恢复过程恢复过程l 放电管放电管V饱和导通后，电容饱和导通后，电容C经放电管经放电管V放放电，电，vC迅速下降至迅速下降至0。这时。这时1，1，基本，基本RS触发器状态保持，触发器状态保持，Q 仍为仍为0，v00。电路恢复。电路恢复到稳态时的到稳态时的vC0，v0为低电平的状态。
24、为低电平的状态。l 当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过程。工作波形图见图程。工作波形图见图58（b）。）。54 多谐振荡器多谐振荡器5.4.1 TTL与非门组成的多谐振荡器与非门组成的多谐振荡器5.4.2 555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 5.4.1 TTL与非门组成的多谐振荡器与非门组成的多谐振荡器一、电路组成一、电路组成 l 图图59所示是所示是TTL与非门组成的对称式多与非门组成的对称式多谐振荡器电路。其中谐振荡器电路。其中vK是控制信号，当是控制信号，当vK是是高电平时，振荡器振荡；高电平时，振荡器振荡；vK为低电平时，振荡为低电
25、平时，振荡器停止振荡。器停止振荡。RF1，RF2是用来确定是用来确定TTL与非与非门的静态工作点，使与非门工作于传输特性的门的静态工作点，使与非门工作于传输特性的转折区转折区。图图59 TTL与非门组成的对称式多谐振荡器电路与非门组成的对称式多谐振荡器电路二、工作原理二、工作原理l 当当TTL与非门工作在传输特性的转折区时，与非门工作在传输特性的转折区时，对输入信号有很强的放大作用，因此，只要把对输入信号有很强的放大作用，因此，只要把静态时工作在转折区的两个与非门用电容耦合静态时工作在转折区的两个与非门用电容耦合起来，就可以形成一个多谐振荡器。起来，就可以形成一个多谐振荡器。l 接通电源后并使
26、接通电源后并使vK为高电平时，由于门为高电平时，由于门1、门门2都工作在转折区，只要电路不完全对称或都工作在转折区，只要电路不完全对称或由于电源电压变化和一点小的干扰，都会引起由于电源电压变化和一点小的干扰，都会引起振振 荡。荡。l 例如，由于某种原因，使得例如，由于某种原因，使得vI1略有增大，略有增大，就会产生下列正反馈的过程：就会产生下列正反馈的过程：从而使门从而使门1迅速饱和导通，门迅速饱和导通，门2迅速截止迅速截止.这是电路的第一暂稳状态，是不稳定的，在这这是电路的第一暂稳状态，是不稳定的，在这 一暂稳态的持续时间里，电容一暂稳态的持续时间里，电容C1充电，充电，C2放电。放电。l
27、由于充电时间常数小于放电时间常数，所由于充电时间常数小于放电时间常数，所以以C1充电速度快，充电速度快，C2放电速度慢，因而使得放电速度慢，因而使得vI2首先上升到阈值电压首先上升到阈值电压VTH，这又引起了以下，这又引起了以下的正反馈过程的正反馈过程 l 则门则门1迅速截止，门迅速截止，门2迅速饱和导通，电路迅速饱和导通，电路从第一暂稳态进入了第二暂稳态。与此同时，从第一暂稳态进入了第二暂稳态。与此同时，C2开始充电，开始充电，C1放电，这时，同样是充电快、放电，这时，同样是充电快、放电慢，即由于放电慢，即由于C2充电快，使充电快，使vI1首先上升到阈首先上升到阈值电压值电压VTH，因而又一
28、次引起正反馈连锁反应，因而又一次引起正反馈连锁反应，使电路重新回到门使电路重新回到门1饱和导通、门饱和导通、门2截止的第一截止的第一暂稳态。暂稳态。l 由以上分析可知，图由以上分析可知，图59所示电路只有两所示电路只有两个暂稳态。由于电容的充放电作用，使电路自个暂稳态。由于电容的充放电作用，使电路自动在两个暂稳态中交替转换，在与非门的输出动在两个暂稳态中交替转换，在与非门的输出端输出矩形脉冲。端输出矩形脉冲。l 由于矩形波中除基波外，还包含许多的高由于矩形波中除基波外，还包含许多的高次谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡器。次谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡器。当电路参数对称时，即当电路参数对
29、称时，即C1C2，RF1=RF2，则，则输出对称的矩形脉冲输出对称的矩形脉冲(又称为方波又称为方波)。l图图510所示，为多谐振荡器的工作波形图。所示，为多谐振荡器的工作波形图。图图510 多谐振荡器工作波形多谐振荡器工作波形三、振荡周期的估算三、振荡周期的估算l 若取若取R F1=RF2=RF、C1C2C的条件下，振荡的条件下，振荡周期周期T可近似地按下式估算：可近似地按下式估算：l 其中其中VIK、VOH可从门电路手册中查得。考虑到门可从门电路手册中查得。考虑到门电路输入端反向钳位二极管的作用，若取电路输入端反向钳位二极管的作用，若取VIK-1V，VTH14V，VOH36V，则，则5.4.
30、2 555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器l图图511是由是由555定时器组成的多谐振荡器。其定时器组成的多谐振荡器。其原理图及波形图如图原理图及波形图如图511（a）、（）、（b）所示。）所示。(a)电路原理图电路原理图 (b)工作波形图工作波形图图图511 555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 一、电路组成一、电路组成 l 如图如图511(a)所示。其中，把所示。其中，把2端和端和6端连端连接接，6、7端之间接入电阻端之间接入电阻R2，即构成了多谐振，即构成了多谐振荡器。荡器。l二、工作原理二、工作原理l 接通电源时，接通电源时，vc0，则，则0，=1，555内部
31、内部RS触发器置触发器置1，3端输出端输出v0为高电平。同时，因为高电平。同时，因=0，使放电管，使放电管V截止。所以，接通电源后，电截止。所以，接通电源后，电容容C开始充电，电路处于第一暂稳态。随着开始充电，电路处于第一暂稳态。随着C充充电，电，vc 上升，当上升，当vc 上升至时，上升至时，1，=0，触发，触发器翻转为器翻转为0态，输出态，输出v0为低电平。为低电平。l 此时此时，因，因=1，使放电管，使放电管V导通、电容导通、电容C充充电结束，电路进入第二暂稳态。电结束，电路进入第二暂稳态。l 由于放电管由于放电管V导通，电容导通，电容C开始放电。随着开始放电。随着C的放电，的放电，Vc
32、下降，当下降，当Vc下降到时，触发器置下降到时，触发器置1，输出，输出Vc为高电平，电路又翻转到第一暂稳为高电平，电路又翻转到第一暂稳态。这时，放电管态。这时，放电管V又截止，电容又截止，电容C放电结束，放电结束，又处于充电状态，重复上述过程。又处于充电状态，重复上述过程。l 工作波形图如图工作波形图如图511(b)所示。所示。三、电路振荡周期三、电路振荡周期T的估算的估算l其中其中l则则5.5 施密特触发器施密特触发器l 施密特触发器是数字系统中常用的电路之施密特触发器是数字系统中常用的电路之一，它可以把变化十分缓慢的不规则的脉冲波一，它可以把变化十分缓慢的不规则的脉冲波形变换成为数字电路所
33、需要的矩形脉冲。形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲。l 施密特电路的特点在于它也有两个稳定状施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是不仅这两个稳定态，但与一般触发器不同的是不仅这两个稳定状态的转换需要外加触发信号，而且稳定状态状态的转换需要外加触发信号，而且稳定状态的维持也得依赖于外加触发信号，因此它的触的维持也得依赖于外加触发信号，因此它的触发方式是电平触发。发方式是电平触发。5.5.1 TTL与非门组成的施密特触发与非门组成的施密特触发器器 如图所示。由三个与非门如图所示。由三个与非门 和二极管和二极管D组成。其中门组成。其中门1、门门2组成基本组成基本RS触发器，触
34、发器，D 为电平转移二极管，用以产为电平转移二极管，用以产 生固定的回差电压。生固定的回差电压。(a)电路原理图电路原理图(b)工作波形图工作波形图图图512 TTL与非门组成的施密特触发器与非门组成的施密特触发器 二、工作原理l 为了便于分析，假设输入信号为一个三角为了便于分析，假设输入信号为一个三角波，如图波，如图512(a)所示，所示，(b)为施密特触发器的为施密特触发器的工作波形图。工作波形图。l1当当t0时，时，vi为高电平，门为高电平，门3导通，导通，D截止，截止，为悬空高阻状态，因端具有为悬空高阻状态，因端具有14V钳位电压，钳位电压，故相当于故相当于1。所以门。所以门1截止，截
35、止，v01为高电平，为高电平，门门2导通，导通，v02为低电平，并通过反馈自锁，电为低电平，并通过反馈自锁，电路处于第一稳态。路处于第一稳态。l2.当当tt1时，时，vi14V，门，门3开始截止，开始截止，v03为高电平，即，但基本为高电平，即，但基本RS触发器状态不变。二触发器状态不变。二极管极管D仍然截止，仍为仍然截止，仍为1。由于基本。由于基本RS触发器触发器状态不变，即状态不变，即v01仍为高电平，仍为高电平，v02仍为低电平。仍为低电平。l3.若若v01继续下降，当继续下降，当tt2时，时，vI07V，二，二极管极管D导通，端电压下降到导通，端电压下降到14V，即，即0，而，而这时门
36、这时门3仍为截止，因此，基本仍为截止，因此，基本RS触发器翻触发器翻转为门转为门2截止、门截止、门1导通的状态，即导通的状态，即v02为高电为高电平，平，v01为低电平，电路由第一稳态翻转为第为低电平，电路由第一稳态翻转为第二稳态。二稳态。l随后，随后，vI继续下降，电路仍维持在第二稳态。继续下降，电路仍维持在第二稳态。l4vi过了三角形最低值以后开始上升。当过了三角形最低值以后开始上升。当tt3时，时，vi上升到上升到07V，门，门3仍截止，即；端因二仍截止，即；端因二极管极管D截止而仍处于悬空状态。所以，电路并截止而仍处于悬空状态。所以，电路并不翻转，仍将保持在第二稳定状态。不翻转，仍将保
37、持在第二稳定状态。l5vi继续上升，当继续上升，当tt4时，时，vi14V，此时，此时D仍为截止，仍为悬空。但由于门仍为截止，仍为悬空。但由于门3导通，导通，v03为低电平，即，因而使门为低电平，即，因而使门1截止，截止，v01为高电平；为高电平；门门2导通，导通，v02翻转成低电平，即电路由第二稳翻转成低电平，即电路由第二稳态返回到第一稳态。态返回到第一稳态。l 以上分析表明，施密特触发器具有两个稳以上分析表明，施密特触发器具有两个稳定状态。不仅稳定状态的转换需要外加触发脉定状态。不仅稳定状态的转换需要外加触发脉冲，而且稳定状态的维持也需要外加触发脉冲。冲，而且稳定状态的维持也需要外加触发脉
38、冲。5.5.2 555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器l图图513是由是由555定时器组成的施密特触发器。定时器组成的施密特触发器。其原理图及波形图如图其原理图及波形图如图513（a）、（）、（b）所）所示示(a)电路原理图电路原理图 (b)工作波形图工作波形图图图513 555定时器组成的施密特触发器定时器组成的施密特触发器l 在该电路中，将在该电路中，将555定时器的高触发端定时器的高触发端(6端端)和低触发端和低触发端(2端端)连接起来，因此，不论输连接起来，因此，不论输入信号的波形如何，只要其幅度达到，使入信号的波形如何，只要其幅度达到，使=0，1，触发器将置，触发器将置0，即，即Q0，输出，输出v0为低电平。为低电平。若输入信号幅度降至，使若输入信号幅度降至，使=1，0，则触发，则触发器置器置l，即，即Q1，输出，输出v0为高电平。为高电平。