多谐振荡器及单稳态触发器

总结单稳态电路,多谐振荡器及施密特触发器的功能和各自的
特点
1. 单稳态电路
功能：单稳态电路常用于产生固定时长的脉冲电信号，可广泛应用于定时、计数、测量等领域。

特点：单稳态电路一般由一个RC电路和一个触发器构成，工
作原理是在一定条件下，输入信号变化时，电路产生一个输出电平迅速上升或下降，保持一段时间后自动恢复原状态。

其特点是操作简单、时序控制准确、设计灵活。

2. 多谐振荡器
功能：多谐振荡器是一种可产生多种频率的电路，可用于产生多个频率的信号，广泛用于电子音乐合成、声光效果等领域。

特点：多谐振荡器由一个或多个谐振回路、放大器和反馈电路组成。

它的特点是可以产生多种频率的正弦波、方波、三角波等信号，并且可以在调节参数的情况下改变频率、幅度和波形。

3. 施密特触发器
功能：施密特触发器是一种用于信号整形、判别与转换的电路，可广泛应用于计算机和通讯等领域。

特点：施密特触发器是基于正反馈电路的，通过自身正反馈的作用，使得输入信号在电路的输出端被整形。

其特点是能够使得输入信号稳定地转换为数字信号，且通过调节电路参数，可实现滤波、判别、增益控制等功能。

第八章 脉冲波形的产生与整形在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。

这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。

本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。

8.1 集成555定时器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。

目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。

通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。

一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。

555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。

双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。

一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构：（1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C 1和C 2：v +＞v －，v o =1； v +＜v －，v o =0。

（3）基本RS 触发器；（4）放电三极管T 及缓冲器G 。

2．工作原理。

当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。

（1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。

国开电大《数字电子电路》形考任务3答案形考任务三
试题1
单稳态触发器与多谐振荡器在状态的区别是（）。

正确答案是：前者只有一个稳态，后者没有稳态
试题2
石英晶体多谐振荡器的突出优点是（）。

正确答案是：振荡频率稳定
试题 3
为了将正弦信号转换成脉冲信号，信号频率不变，可以采用（）。

正确答案是：施密特触发器
试题 4
555定时器的阈值为（）。

正确答案是：
试题 5
在A/D转换器和D/A转换器中，衡量转换精度通常用（）。

正确答案是：分辨率和转换误差
试题 6
下列三种A/D转换器中，（）的转换速度最快。

正确答案是：并行比较型
试题7
某自动控制系统中，微机与执行部件之间的接口电路应采用（）。

正确答案是：施密特触发器
试题8
RAM是由存储矩阵、地址( )和读/写控制电路三部分组成的。

正确答案是：译码器
试题9
只能读出不能改写，信息可永久保存的半导体存储器是（）。

正确答案是：ROM
试题10
利用双稳态触发器存储信息的RAM称为（）。

正确答案是：SRAM
试题11
某ROM电路有8根地址线，4根数据线，该ROM电路的容量为( )。

正确答案是：256×4
试题12
下列PLD芯片中，与阵列、或阵列均为可编程的是( )器件。

正确答案是：PLA
试题13
图2-6所示阵列逻辑电路的逻辑函数表达式是（）。

习题八答案1． 试比较多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的工作特点，并说明每种电路的主要用途。

答：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。

暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。

改变外接R 、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。

施密特触发器具有回差特性，它有两个稳定状态，有两个不同的触发电平。

施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。

单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。

输入信号起到触发电路进入暂稳态的作用，其输出脉冲的宽度取决于电路本身 R 、C 定时元件的数值。

改变 R 、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。

多谐振荡器是常用的矩形脉冲产生电路。

施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路。

施密特触发器可用来进行整形、幅度鉴别、构成多谐振荡器等。

单稳态触发器常用于脉冲的延时、定时和整形等。

２．在图8.2所示５５５集成定时器中，输出电压uo 为高电平ＵＯＨ、低电平ＵＯＬ及保持原来状态不变的输入信号条件各是什么？假定ＵＣＯ端已通过0.01μF 接地，u D 端悬空。

答：当1=R 时， TR U <3V CC ，则C 2输出低电平， 1=Q ，OH o U u =。

当1=R 时， TH U >32V CC ，TR U >3V CC ，则C 1输出低电平、C 2输出高电平，1=Q 、0=Q ，OL o U u =。

当1=R 时， TH U <32V CC，TR U >3V CC ，则C 1C 2输出均为高电平，基本RS 触发器保持原来状态不变，因此o u 保持原来状态不变。

３．在图8.3所示多谐振荡器中，欲降低电路振荡频率，试说明下面列举的各种方法中，哪些是正确的，为什么？1） 加大R 1的阻值； 2） 加大R 2的阻值； 3） 减小C 的容量。

答：根据式（8-2）()ln221121C R R T f +==可知，1）2）两种方法是正确的。

三．单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器的功能简介图9.1.3给出了这三种器件的相关信号波形，以下，通过对这些信号波形的讲解，来简介这三种电路的功能特点。

图9.1.3 脉冲波形的产生与整形电路的相关信号波形（a ）单稳态触发器 （b ）多谐振荡器 （c ）施密特触发器1. 单稳态触发器用于生成单稳态脉冲的电路，称为单稳态触发器，图9.1.3（a ）为其输出电压波形。

分析图9.1.3（a ）可知，单稳态触发器的输出状态波形上，存在一个稳态和一个暂稳态（简称：暂态）。

具体而言，输出信号长期保持在稳态0上，某时刻，出现输入触发信号，则输出状态从稳态0翻转到暂稳态1，并维持一段时间（脉冲宽度）后，再回到稳态0。

并且，持续时间与输入激励无关，仅由电路自身的参数决定。

2. 多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡电路，无稳态电路，只要接通电源后，无需外加输入激励信号，输出端就会产生图9.1.3（b ）所示的矩形脉冲信号。

由于矩形脉冲包含有丰富的谐波分量，所以习惯上将这种自激振荡电路称为多谐振荡器，常常用做时钟脉冲发生器，后级再配合一定的分频电路，可以为一个数字电路系统中，各个单元提供频率不同的时钟信号，使整个系统按合理的时序关系协调工作。

并且，多谐振荡器的输出矩形脉冲的高电平、低电平持续时间 的大小，可以通过调节电路自身的参数来方便地改变。

3. 施密特触发器施密特触发器（Schmitt Trigger ）是一种常用的脉冲波形变换电路，图9.1.3（c ）所示为一种施密特触发器典型的输出、输出信号对应关系。

观察图9.1.3（c ），从逻辑关系上看，所示的施密特触发器实现的是非逻辑，可称为“反相施密特触发器”，但具有与普通非门不同的特点：W t W t 21T T 、★ 输入信号上升过程中，输出状态翻转时对应的输入电平，与输入信号下降过程中，输出状态翻转时对应的输入电平 的大小不同，而普通非门的两者是相同的。

此特点通俗讲，即施密特触发器实现非逻辑，但输入信号上升沿和下降沿上，信号0、1分界点不同。

数电简答题、判断题三、简答题（每小题5分，共10分）1-1.比较简单门电路、TTL集成逻辑门电路、CMOS门电路的优缺点。

2.多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器（普通触发器），各有几个暂稳态？各有几个能够自动保持的稳定状态？并说明每种电路的主要用途。

2-1．用代数法化简：F=((AB＇+ABC)＇+A(B+A))＇2．用卡诺图法化简：Y(A,B,C,D)=∑m(0,1,4,6,9,13)+ ∑d(2,3,5,7,11,15)3．用卡诺图法化简：Y=AB＇CD+A＇BC＇+ABD＇+B＇C＇D+BCD＇3-三、将下列逻辑函数式化为最简与-或形式，方法不限。

（每小题4分，共12分）1.Y1(A,B,C)=A＇BC+(A+B＇)C2.Y2(A,B,C)=(AB＇C+C＇D) ＇(AC+BD)3.Y3(A,B,C)=A＇B＇D＇+AB＇C＇D＇+A＇DB 约束条件为AB+AC=04-1.什么叫组合逻辑电路中的竞争冒险？消除竞争冒险的常用方法有哪些？2、简述存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同？3、时序逻辑电路和组合逻辑电路的根本区别是什么？6-1．什么叫组合逻辑电路中的竞争冒险？消除竞争冒险的常用方法有哪些？2. 时序电路逻辑功能表示方法主要有哪几种？3．多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器，各有几个暂稳态？几个能够自动保持的稳定状态？并说明每种电路的主要用途。

7-1．什么叫组合逻辑电路中的竞争冒险？消除竞争冒险的常用方法有哪些？2．简述存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同？10-1.简述组合逻辑电路的基本分析方法？时序电路和组合电路的根本区别是什么？2．多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器，各有几个暂稳态？几个能够自动保持的稳定状态？并说明每种电路的主要用途？11-1．试比较常用A/D转换器：并联比较型A/D转换器、逐次渐近型A/D转换器和双积分型A/D转换器的转换速度？并指出它们各适于在哪些情况下采用？2.时序逻辑电路和组合逻辑电路的根本区别是什么？13-1.简述存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同？2.什么叫组合逻辑电路中的竞争冒险？消除竞争冒险的常用方法有哪些？判断题6-1．图3.1所示电路为TTL电路，可实现Y=(AB)＇的功能。

555定时器555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

本文主要介绍了555定时器的工作原理及其在单稳态触发器、多谐振荡器方面的应用。

关键词：数字—模拟混合集成电路；施密特触发器；波形的产生与交换1概述1.1 555定时器的简介自从signetics公司于1972年推出这种产品以后，国际上个主要的电子器件公司也都相继的生产了各自的555定时器产品。

尽管产品型号繁多，但是所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555.而且，它们的功能和外部引脚排列完全相同。

1.2 555定时器的应用（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

2 555定时器的电路结构与工作原理图 13 555芯片引脚图及引脚描述CB555芯片的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为5～18V，以UCC表示；从分压器上看出，上比较器A1的５脚接在R1和R2之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。

1脚为地。

2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。

2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。

6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。

555定时器的基本特性和用法【摘要】简要说明555 定时器的内部电路结构及功能，对555 定时器接成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器三种典型电路进行了详细的分析。

【关键词】555 定时器；施密特触发器；单稳态触发器；多谐振荡器；1 前言555 定时器是美国Signetics 公司1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因设计时输入端有三个5KΩ的电阻而得名。

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的集成器件。

目前品种繁多，主要有TTL 和CMOS两大类型，它们的电路结构和工作原理基本相同。

TTL 型（以5G555 为代表）驱动能力较强，电源电压范围为5~16V，最大负载电流可达200mA；而CMOS 型（以CC7555 为代表）则具有功耗低、输入电阻高等优点，电源电压范围为3~18V，最大负载电流在20mA 以下。

产品型号尾数为555 的是TTL 型单定时器，双定时器为556；型号尾数为7555 的是CMOS 型单定时器，双定时器为7556。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以方便实现多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

由于使用灵活，方便，所以555定时器在波形的产生与变化，测量与控制，家用电器，电子玩具等许多领域中得到了应用。

2 555定时器的电路结构与基本特性2.1电路组成图1是国产双极型定时器CB555的电路结构图。

它由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三极管VT三部分组成。

为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4。

①电阻分压器由3个阻值均为5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2提供参考电压U R1、U R2。

②电压比较器C1和C2电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。

当运算放大器的同相输入U+大于反相输入U-时，其输出为高电平1信号；而当U+小于U-时，其输出为低电平0信号。

脉冲形成电路的原理脉冲形成电路是一种电子电路，用于产生特定时间间隔短暂的脉冲信号。

脉冲信号是一种周期性变化，并且具有较短的占空比和脉冲宽度的方波信号。

脉冲形成电路广泛应用于计数器、定时器、数字逻辑电路和通信系统等领域。

脉冲形成电路的实质是通过集成电路或离散电子元器件构成的，它具有可靠性高、稳定性好和工作频率范围广等特点。

脉冲形成电路可以分为单稳态触发器、多谐振荡器、时间基准电源和计数分频器四个部分，下面将逐个介绍它们的原理。

1. 单稳态触发器单稳态触发器是一种能够在输入脉冲发生时产生一个有限的输出脉冲的电路。

它的原理是利用触发器的输入端和输出端之间的正反馈作用，当输入脉冲出现时，触发器的状态会发生改变，从而产生一个有限宽度的输出脉冲。

常见的单稳态触发器包括555定时器和触发器。

555定时器由几个二极管、电阻和电容器组成。

其工作原理是当输入脉冲出现时，555定时器会将电容器充电并存储能量，当电容器达到预设阈值时，输出端会发出一个有限宽度的脉冲信号。

2. 多谐振荡器多谐振荡器是一种能够产生不同频率的脉冲信号的电路。

其原理是利用振荡电路中的放大和反馈作用，通过调节电容器和电阻的数值来改变输出信号的频率。

多谐振荡器广泛应用于通信系统、计数器和计时器等场合。

常见的多谐振荡器包括多谐振荡器和斯奈德振荡器。

多谐振荡器利用集成电路中的反馈电路和滤波网络来控制输出信号的频率。

斯奈德振荡器则是通过改变电容器和电感的数值来改变输出信号的频率。

3. 时间基准电源时间基准电源是一种用于提供稳定的脉冲信号的电源。

它的原理是利用标准晶体振荡器和频率合成电路来产生精确稳定的信号。

时间基准电源通常用于通信系统、频率计、GPS和时间同步等领域。

时间基准电源的核心是标准晶体振荡器和频率合成电路。

标准晶体振荡器能够产生非常稳定的频率信号，而频率合成电路则能够根据需要合成不同频率的脉冲信号。

4. 计数分频器计数分频器是一种能够将输入脉冲信号分频并输出特定频率的电路。

第10章脉冲波形的产生与整形电路内容提要：本章主要介绍多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路结构、工作原理及其应用。

它们的电路结构形式主要有三种：门电路外接RC电路、集成电路外接RC电路和555定时器外接RC电路。

10.1概述导读:在这一节中，你将学习：⏹多谐振荡器的概念⏹单稳态触发器的概念⏹施密特触发器的概念在数字系统中，经常需要各种宽度和幅值的矩形脉冲。

如时钟脉冲、各种时序逻辑电路的输入或控制信号等。

有些脉冲信号在传送过程中会受到干扰而使波形变坏，因此还需要整形。

获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生，产生脉冲信号的电路称为振荡器；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。

典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型。

（1）双稳态触发电路又称为触发器，它具有两个稳定状态，两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。

（2）单稳态触发电路又称为单稳态触发器。

它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态（简称“暂稳态”），在外加触发信号作用下，可从稳定状态转换到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，电路自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。

（3）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。

其状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。

若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称“多谐”。

脉冲整形电路能够将其它形状的信号，如正弦波、三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。

施密特触发器就是常用的整形电路，它利用其著名的回差电压特性来实现。

自测练习1．获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是（）；另一种是（）。

2．触发器有（）个稳定状态，分别是（）和（）。

3．单稳态触发器有（）个稳定状态。

4．多谐振荡器有（）个稳定状态。

10.2 多谐振荡器导读:在这一节中，你将学习：⏹ 门电路构成多谐振荡器的工作原理 ⏹ 石英晶体多谐振荡器电路及其优点 ⏹ 秒脉冲信号产生电路的构成方法多谐振荡器是一种无稳态电路，它不需外加触发信号，在电源接通后，就可自动产生一定频率和幅度的矩形波或方波。

年级_______班级_____学号________________姓名________________成绩_______实验五单稳态触发器和多谐振荡器一、实验目的1．研究555单稳态触发器的功能。

2．研究由555构成的多谐振荡器的功能。

二、实验器材5V直流电源1个逻辑开关1个逻辑探头1个555定时器1个信号发生器l台双踪示波器l台电容器1üF、100üF、0.02üF各1个0．01üF2个电阻200kΩ、100KΩ、72kΩ、48kΩ、10 KΩ、5 KΩ、1 KΩ各1个三、实验准备单稳态触发器具有三个特点：第一，有一个稳态和一个暂稳态；第二，在外来触发脉冲的作用下，能够从稳态翻转为暂稳态：第三，暂稳态维持一段时间以后将自动返回稳态而暂稳态的维持时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。

图5-1 555单稳态触发器图5-1电路可用来验证555单稳态触发器的逻辑功能。

图中TRI为下沿触发脉冲输入端，由时钟脉冲逻辑开关CLOCK提供下沿触发脉冲。

逻辑探头Output可显示单稳电路的输出状态，稳态时Out=0，暂稳态时Out=1。

暂稳态的维持时间t w由RC电路的时间常数来决定，其计算公式为t w≈1.1RC图5-2 555单稳电路的时间波形图5-2为测试555单稳态触发器时间波形的电路。

信号发生器将一系列短周期方波脉冲加到单稳电路的下沿触发输入端TRI，示波器将显示触发输入端TRI和输出端Out的波形。

图5-3是一个用555定时器连成的多谐振荡器电路。

电路的振荡频率用输出矩形波的占空比由外接元件R A、R B和C1决定。

C2为控制输入端CON的旁路电容，对振荡频率没有什么影响，在有些情况下可以去掉。

振荡频率f由输出脉冲的周期求出，即占空比q为用百分数表示的多谐振荡器输出高电平的时间t2与周期T之比，即对于图5-3所示的多谐振荡电路，在一周内输出低电平的时间t1、输出高电平的时间t2、振荡周期T、振荡频率吸占空比q的近似值可由下列公式求出图5--3 555多谐振荡器四、实验步骤1．在EWB平台上建立如图5--1所示的实验电路，这是一个验证单稳态触发器逻辑功能的虚拟实验电路。