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本课件先复习电容充放电与脉冲电路的基本概念，随后分析555定时器的内部结构与基本功能，依次讲解由其构成的单稳态触发器、多谐振荡器与施密特触发器，给出脉冲宽度与振荡周期的计算方法，最后介绍集成门构成的同类脉冲电路。
第七章脉冲波形的产生与整形主要内容555定时器的工作原理、逻辑功能及由555构成的脉冲电路。由门电路构成的脉冲电路。
数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。
电容充放电知识复习：(1)电容两端的电压不能突变，Vc（0＋）＝Vc（0－），电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与τ＝RC有关,工程上取3τ；（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大，相当开路；（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4）在简单RC电路中)(tvC＋＝)(vC∞－)(vC∞)0(vC＋［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC－－∞＝＋∞或
本章讲授§2集成门构成的脉冲电路§1555定时器的原理和应用学习要求
§1 555定时器的原理和应用555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。单定时器双极型——最后3位数555单极型——最后4位数7555双定时器双极型——最后3位数556单极型——最后4位数7556型号：
由三个相等电阻组成的分压器一个基本RS触发器一个晶体管T一个反相器两个电压比较器:C1、C2vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T
触发输入端阈值输入端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～18V输出端地vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T
电源电压范围:4.5V ~ 18V555定时器的管脚图12345678555VCCDTHCOGNDTRVoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位
2.基本工作状态vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:分别为和。
001vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T工作状态：在TH、TR、RD端施加不同电平的控制信号，得到555的几种不同工作状态。需了解C1、C2、T、Q、Q、Vo的工作情况。
bTHCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＞2/3VCC＞1/3 VCC000111
THCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3＞VCC/311010b
THCOTRD+VccRDVo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3<VCC/310110b×
2VCC/3VCC/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10导通00导通2VCC/3VCC/3小于小于11截止阈值端触发端THTRRD晶体管Tvo综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:
555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。其它电路基本是这3种电路的变形。二、555定时器的基本应用1.单稳态触发器2.多谐振荡器3.施密特触发器
RC⑴单稳态触发器电路：外接RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTTVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCCVo＝0，T导通，Vc＝0，C1＝C2＝1电路处于稳定状态。上电过程（VI＝1）①假设Vo＝0
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTTVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCCT截止，C充电，Vc上升。充电到2VCC/3时:→比较器C1=0，将触发器置0，→Vo＝0。→T导通,C放电,Vc≈0→比较器C1=C2=1,→电路状态不变。→电路进入稳态。结论：上电后输出处于稳定状态，Vo＝0，T导通，Vc＝0。上电过程（VI＝1）②假设Vo＝1
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理（续1）：可以在5脚外接控制电压，以改变放电阀值。VTHVCbTT截止时，对C充电，电路进入暂态，直到Vc>2/3VCC。充电时间决定于RC的大小。TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC触发:VI＝0→Vo＝1，→T截止。触发翻转（VI＝0，C2＝0）结论：Vi＝0触发后，电路进入暂态，Vo＝1，T截止，Vc→逐渐上升。
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT导通时，C放电。⑵工作原理（续2）：VTHVCbTVC>2/3VCC时，Vo＝0，T导通，C放电。TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCCVI＝1自动返回（VI＝1，C2＝1）结论：Vc充电到2/3VCC后，电路返回到稳态，Vo＝0，T导通，Vc放电→0。
2/3VCCtvi00vCt0vot①上电后进入稳态（VI＝1，Vc=0，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC工作波形：
2/3VCCvIvOVCCRCvC0.01uF12348765②外触发:ViVi＜1/3 VCC，→比较器C2＝0，触发器置1，→Vo＝1→T截止，C充电→电路进入暂稳态。tvi00vCt0votTVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC=V2=V6
T截止，C充电，当vc上升到2/3 VCC时:→比较器C1=0，触发器置0，→Vo＝0→T导通，C放电,vc≈0电路→电路返回稳态。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC2/3VCCtvi00vCt0vot③自动返回（VI＝1）:
由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,vo便输出一个正脉冲,其宽度tW由R C决定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW
⑶输出脉冲宽度twtw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时间注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。tw的范围为几秒到几分钟。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC
2/3VccvCvI(S)vO在充电过程中（C1=1）,如VI再次触发,C2=1→0,Q仍保持为1，电路状态不变（T截止，C保持充电状态）。多次触发时的情况：故该电路为不可重复触发型单稳态触发器：vIvOVCCRCvC0.01uF12348765
①电路图：⑷可重复触发的单稳态触发器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1
⑷可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作过程b.触发时:a.稳态时:VI=1,T1截止,电路状态同普通单稳。VI=0，电路触发翻转，Vo＝1VI=0期间,T1导通,电容不能充电。VI=1后，T1截止,电容开始充电。
⑷可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作过程（续）c.重复触发时:当Vc<2/3VCC(电路仍处暂态)时，若VI又进行触发(VI=0),则C通过T1放电,电路将维持在暂态,直到在tW时间内没有新的触发,电路回到稳态。a.稳态时:b.触发时:VI=1,T1截止,电路状态同普通单稳。电路翻转。
vI③可重复触发的单稳态触发器的波形图：vCvOVTHVCC触发过程：c.VI=1→电容开始充电e.重复触发：电容充电过程中VI=0,电容放电，VI=1后，再次充电→→实现可重复触发。a.VI=1,稳态→VO=0tWtWb.VI=0,触发→VO=1→进入暂态，C不能充电。d.VC>2/3Vcc →Q=0,→VO=0,恢复稳态，→T导通,电容放电
⑸单稳态触发器的应用一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）延时（把输入信号延迟一定时间后输出）
1)定时3)整形单稳态微分限幅twtwtwacbd2)延时
⒉555定时器做多谐振荡器多谐振荡器的特点：（1）不需外触发的自激振荡器；（2）无稳定状态，均为暂稳态；（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。
外接R1,R2,C⑴电路：+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR2TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC
VCC/32VCC/3所需的时间：3/1VCC3/2ln2VCRtCCw2=≈0.7R2C第一个暂稳态的脉冲宽度tw1，Vc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：第二个暂稳态的脉冲宽度tw2，Vc从2VCC/3放电下降到VCC/33/23/1ln)(21VVVVCRRtCCCCCCCCw1--+=≈0.7(R+R)C21vOtW2tW1vc)()()0()(lntvvvvτtCCCC－－∞＝＋∞
占空比：频率：振荡周期：
⒊555定时器做施密特触发器施密特触发器的特点：（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2）电平触发——电压达到某个值时电路状态翻转；（3）具有滞后电压传输特性——回差特性（两次翻转输入电平不同）；
⑴电路：2，6端连在一起作为信号输入端+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1vo1VI<1/3VCC时，C1＝1，C2＝0，VO=1VI>2/3VCC时，C1＝0，C2＝1，VO=0构成集电极开路型输出端。
Rvi8 46 7555 32 51vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）当Vi＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0=Q，。升高时，在未到达2Vcc/3以前，的状态不会改变。VO＝1ViVO＝1TVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC
Rvi8 46 7555 32 51vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q＝0、1＝Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，vo＝0的状态不会改变。（a）当vi＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0＝Q，vo＝1。vi升高时，在未到达2VCC/3以前，vo＝1的状态不会改变。
Rvi8 46 7555 32 51vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q＝1、0＝Q，vo=1。此后，vi继续下降到0，但vo＝1的状态不会改变。
（b）vi升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q＝0、1＝Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，vo＝0的状态不会改变。（a）当vi＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0＝Q，vo＝1。vi升高时，在未到达2VCC/3以前，vo＝1的状态不会改变。
下限阈值电压vovi(b)逻辑符号(a)传输特性VT－VT+上限阈值电压回差电压（滞后电压）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCΔVT＝VT＋－VT－=1/3VCCvIvO
②在7脚外接一电阻，并与VCC1相连，vO=1时，vO1= VCC1;vO=0时，vO1=0，可以实现电平移动。①在5脚上加控制电压VCO可以改变VT+,VT-，以调节回差电压的大小Rvi8 46 7555 32 51vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差说明：
⑶施密特触发器的应用：①波形变换——三角波、正弦波变换成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波→方波三角波→方波调节VT+,VT-可以改变宽度
②波形整形——消除噪声干扰vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差电压比较小回差电压比较大
③幅度鉴别vItvOtVT+VT-可以调节VT+作为鉴别门限④构成多谐振荡器1vCvOvC0ttvoVCC/32VCC/3
§2集成门构成的脉冲电路一、单稳态触发器RC不同接法微分型√积分型（没有正反馈，波形不好）1.微分型单稳态触发器＆＆vO1vO2G2G1vIvR由与非门和RC微分电路构成，二个与非门首尾相接交叉耦合，RC为定时元件。窄脉冲触发R<Roff(1)电路构成:vo1vo2RC＆＆vivR
(a)稳态vI=1,无触发，电路处于稳态，vO1=0，vO2=1vC≈0=1=0=1=0＆＆vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2（2）工作原理：R<Roff
vIvO1vRvO2(b)外加触发信号vI=0→vO1=1,电容电压不能突变→vR=1→vO2=0进入暂稳态vO2=0→vO1=1→vO2=0形成正反馈，自锁，vI即使为1也不影响。=0=1=1=0＆＆vO1vO2G2G1vIvR
(c)自动返回=1电容C按指数上充电，vR按指数逐渐降低；＆＆vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTH当vR下降到达门电路阈值电压（1.4V）时，电路状态将发生翻转vI即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出仍能维持。
vR下降，电路状态改变vR下降→vO2=1→vO1=0电容电压不能突变vC=VTH→vR下降VvIvO1vRvO2VTH＆＆vO1vO2G2G1vIvR
(d)恢复稳态电容放电，vC恢复电路恢复到稳态vI=1vO1=0vO2=1vR=0＆＆vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTH
G1的输出电阻vRvO2tWVTH7.00ln－＝tW=0.7（R＋R0）C＆＆vO1vO2G2G1vIvRvRvO1RR00≈（R＋R0）CtW＝)())(lntvvRR－(vR－∞)0(vR＋∞（R＋R0）C－RR＋R0VOH(3)输出脉冲宽度tWVTH（R＋R0）C取VOH＝3.6VR=330 ΩR0=100ΩVTH=1.4V
tre一般认为经过（3~5)RC时间，电容已经放电完毕即最大工作频率：vO2(4)恢复时间tretre=(3~5)RC
（1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端需另加微分电路说明：（2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；vdvi(Rd＞Ron)CdRdvo1vo2RC＆＆(Vi’)vR(R<Roff)（3）电路中有正反馈，所以输出的边沿比较好。
不被再次触发tWtWtWtW被再次触发2.集成单稳态触发器：分类不可重复触发:可重复触发：电路进入暂稳态(被触发状态)中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发。电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。74121(单)74221(双)74122(单)74123(双)
二、多谐振荡器一种自激振荡电路，无需外界触发即可产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。没有稳定状态——无稳态电路。方波含有很多高次谐波分量，称为多谐振荡器。方波输出——由数字逻辑器件(逻辑门电路）完成；一定频率——由延时电路(RC充放电回路）完成；自动进入振荡状态——由反馈回路完成。
VDD+VTHVDDVTHvIvO1vO2VDDVDD③当VC上升至VTH时,门电路G1发生状态翻转，→VO1=0,VO2=VDD电容两端电压不能突变→VC=VTH突变成VC=VDD+VTHVC应该上升到1.5VDD，但是由于保护二极管的作用，VC不能上升那么高，仅到达VDD+ΔV+VDD+ΔV+(3)工作波形(续1)VO2G1G2VO1VcRC11
VDD+ΔV+
VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDVDD+ΔV+④VO1=0,VO2=VDD,电容通过R放电并反向充电VC电压逐渐下降。第二暂稳态;(3)工作波形(续2)VO2G1G2VO1VcRC11
⑤当VC下降到VTH,门电路G1再次发生状态变化→VO1=VDD,VO2=0此时VC=VDD-VTH,电容电压不能突变→VC=VTH-VDDVDDVTHvIvO1vO2VDDVDDVDD+ΔV+VC应该下降到-1/2VDD,由于保护二极管的作用，VC只能下降到-ΔV＋-ΔV＋-1/2VTHVO2G1G2VO1VcRC11(3)工作波形(续3)
⑥VC=-ΔV＋VO1=VDDVO2=0,回到第一暂稳态，电路继续持续翻转、振荡。VDDVTHvcvO1vO2VDDVDDVDD+ΔV+-ΔV＋(3)工作波形(续4)VO2G1G2VO1VcRC11
(4)振荡频率计算：VDDVTHvCvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV＋t1t2T1T2RC电路的瞬态响应：VO2G1G2VO1VcRC11VO1VCRCVO2
计算T2：VC(∞)=0VC(T2)=VTHVC(0+)=VDD+ΔV+VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV＋t1t2T1T2vO1=0vO2=VDDvIRC(4)振荡频率计算(续2)：
ΔV+的值为保护二极管的正向导通电压,大约为0.7V,相对于VDD可以忽略不计,对CMOS门电路：VTH=1/2VDD(4)振荡频率计算(续3)：
三、施密特触发器1.两级CMOS反向器构成的施密特触发器⑴电路⑵原理1R1VO1R2ViVo1G1G2Vi’Vi＝0→Vo1＝1→VO＝0①Vi由0上升Vi↑→Vi’↑→Vth引起正反馈Vi’↑→Vo1↓→Vo↑结果：Vo1＝0，VO＝1Vi’由Vi单独作用：
1R1VO1R2ViVo1G1G2Vi’Vi↓→Vi’↓→Vth引起正反馈Vi’↓→Vo1↑→Vo↓结果：Vo1＝1，VO＝0⑵原理（续1）②Vi由最大值下降Vi’由Vi和VO共同作用：Vi＝1→Vo1＝0→VO＝1
⑵原理（续2）③回差ViVoVT－VT＋构成同相电路vIvO555构成施密特电路的回差特性构成反相电路
本章作业作业:7.37.47.107.11思考:本章完
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理（续）：VTHVCbTTVoV2=VTRV6=VTH导通0>1/3VCC>2/3VCC保持保持>1/3VCC<2/3VCC截止1<1/3VCC<2/3VCC接通VCC后：C充电，当Vc上升。上电过程（VI＝1，C2＝1）充电到2VCC/3时:→比较器C1=0，将触发器置0，→Vo＝0。→T导通,C放电,Vc≈0→比较器C1=C2=1,→电路状态不变。→电路进入稳态。Vc≈0，T导通，Vo＝0。
+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI
A=1导通截止V０=0V即F＝0VDDAFVPVN工作原理设VDD＝10V，A＝1时，VA＝10VA＝0时，VA＝0 VVgsP=0 VVgsN=10 V
工作原理（续）A=0截止导通V０=10V即F＝1VDDAFVPVN设VDD＝10V，A＝1时，VA＝10VA＝0时，VA＝0 VVgsP=－10 VVgsN=0 VA VPVNF0导通截止11截止导通0结论：
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