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第7章 脉冲波形的产生与整形
本章要点
本章主要介绍脉冲的
产生、变换和整形电路，实
现这些功能的单元电路主要
有施密特触发电路、单稳态
触发电路和多谐振荡器电路
等。本章重点介绍最常用的
555定时器工作原理及其所
构成的施密特触发电路、单
稳态触发电路及多谐振荡器
的电路。
vI
1
vo
vI
VTH
VTL
0
t
v0
0
t
脉冲鉴幅
脉冲信号
冲信号。
7.1 概
述
：凡是不具有连续正弦波形状的信号，通称为脉
vo
vo
t
0
t
0
(a) 尖脉冲
(b) 矩形脉冲
vo
vo
t
0
t
0
(c) 梯形脉冲
(d) 三角波脉冲
vo
vo
t
0
(e) 钟形脉冲
t
0
(f) 阶梯形脉冲
常见的脉冲信号波形
数字电路最常用的脉冲信号就是矩形脉冲。例如时钟信号
(CLK)就是一种典型的矩形波信号，它在时序电路中协调各种功
tr
tf
能部件的工作。
描述矩形脉冲信
号的参数：
0.9Vm
0.5Vm
Vm
0.1Vm
①脉冲周期T：周期性重复的脉
tw
冲序列中，两个相邻脉冲之间
T
的时间间隔。
矩形脉冲信号
②脉冲频率f：单位时间内的脉冲重
复次数 。
③脉冲幅值Vm ：脉冲电压变化的最大幅度 。
④脉冲宽度tw ：从脉冲前沿到达0.5Vm起，到脉冲后沿
到达0.5Vm为止的一段时间 。
⑤上升时间tr ：脉冲上升沿从
0.1Vm上升到0.9Vm所需要的
时间。
tr
tf
0.9Vm
Vm
0.5Vm
0.1Vm
⑥下降时间tf ：脉冲下降沿从
0.9Vm下降到0.1Vm所需要时间 。
⑦占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期
的比值，即 q= tw / T。
tw
T
获得脉冲信号的方法通常有两种：一种方法是利用
多谐振荡器直接产生所需的脉冲信号；另一种方法是通
过脉冲整形电路变换成所需的脉冲信号。
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的
电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows
操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和
集成电路，该软件的特点是：具有模拟电路仿
真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成
的系统的仿真和分析相结合
Proteus ISIS程序d的用户界面
7.2 555定时器
555定时器是一种兼容模拟和数字电路于同一硅片的混合中规模集成电
路。国外典型的产品型号有NE555 、LM555 、XR555 、CA555 、RC555、
LC555等，国内产品型号有CB555、SL555、FX555、FD555等。
7.2.1 555定时器的电路结
Vcc
构
RD
8
GND
TR
1
8
2
OUTPUT
3
RD
4
CB555
7
6
5
VCC
DIS
TH
CO
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
管脚图
VR1
5
6
4
5 K
vC1
＋
C1
－
G1
5 K
2
VR 2
＆Q
＋
C2
vC 2
－
Q
G2
5 K
vo
7
TD
(DIS )
1
(GND )
＆
＆
内部电路
G3
1
G4
vo
3(OUTPUT )
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
G1
VR 2
6
＋
C2
vC 2
－
＆
＆
Q
G2
4
7
－
5 K
2
8
＆Q
G3
1
G4
CB555
(OUTPUT )
3
vo
2
1
5
5 K
vo
(DIS )
7
1
(GND )
TD
逻辑符号
555定时器组成：
①电压比较器
C1和C2是两个结构完全相同的高精度电压比较器。
当比较器的V+>V- 时，其输出为高电平；反之，当
V+＜V- 时，其输出为低电平。
3
②分压器
由3个阻值为5kΩ的电阻串
联构成分压器，C1和C2提供参
考电压VR1和VR2。当5脚不外接
电压时，为
2
VR1 = VCC
3
为
VR 2
1
= VCC
3
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
－
G1
5 K
2
VR 2
＆Q
＋
C2
vC 2
－
＆
＆
Q
G2
G3
5 K
vo
7
TD
(DIS )
1
若引脚5外接固定电压VDD时，
(GND )
VR1 = VDD
VR 2
1
= VDD
2
注意：当引脚5不加控制电压时，一般不可悬空，
可通过一个小电容（如0.01μF~0.1μF）接地，
以防止旁路高频干扰。
1
G4
(OUTPUT )
3
vo
（3）SR锁存器
由与非门Gl和G2构成SR锁存
器，它的状态由两个电压比较器
的输出来控制。其中，RD是专门
设置的可从外部直接异步置0复
位端，低电平有效。
（4）泄放三极管
三极管TD是集电极开路输出
三极管，为外接电容提供充、放
电回路，称为泄放三极管。G3门
输出1时TD导通；反之TD截止。
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
－
G1
5 K
2
VR 2
＆Q
＋
C2
vC 2
－
＆
＆
Q
G2
5 K
vo
7
TD
(DIS )
1
(GND )
（5）反相器
反相器G4为输出缓冲反相器，提高带负载能力；
同时还可隔离负载对定时器的影响，起整形作用。
G3
1
G4
(OUTPUT )
3
vo
7.2.2 555定时器的管脚用途及工作原理
Vcc
RD
8
4
各管脚功能 ：
1－接地端，GND；
2－低电平触发端，TR；
3－输出端，OUTPUT，输
出电 流可达200mA；
4－复位端，RD；
5－压控端，CO；
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
－
G1
5 K
2
VR 2
＋
C2
vC 2
－
7
(DIS )
1
(GND )
6－高电平触发端，TH；
7－放电端，DIS；
8－电源端，VCC，范围为4.5~18V；
TD
＆
＆
Q
G2
5 K
vo
＆Q
G3
1
G4
(OUTPUT )
3
vo
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
输
5 K
vC1
＋
C1
＋
C2
vC 2
－
7
＆Q
0
×
G1
1
＆
＆
Q
G2
5 K
vo
vI 1
－
5 K
2
VR 2
RD
G3
1
G4
vo
3 (OUT )
1
1
1
TD
(DIS )
1
(GND )
2
VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3

入
输 出
vI 2
vo
低
导通
低
导通
不变
不变
高
截止
高
截止
×
1
VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3
TD

功能表
工作原理 ： 当RD为高电平时
①当vI1>VR1且vI2>VR2时，C1的输出”0”，C2的输出”1”，
SR锁存器Q = 0，TD导通，输出为低电平；
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
VR 2
(DIS )
7
RD
vI 1
0
×
G1
1
＋
C2
vC 2
－
TD
＆
＆
Q
G2
5 K
vo
＆Q
－
5 K
2
输
G3
1
vo
3 (OUT )
G4
1
1
1
2
VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3

入
输 出
vI 2
×
1
VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3

vo
TD
低
导通
低
导通
不变
不变
高
截止
高
截止
1
(GND )
②当vI1<VR1且vI2>VR2时，C1和C2的输出均为”1”，SR锁存器
保持状态不变，故TD和输出的状态也均不变；
③当vI1<VR1且vI2<VR2时，C1的输出为”1”，C2的输出为
“0”，SR锁存器Q=1，TD截止，输出为高电平；
Vco
(CO )
vI 1
(TH )
vI 2
(TR )
Vcc
RD
8
4
VR1
5
6
5 K
vC1
＋
C1
VR 2
(DIS )
7
RD
vI 1
0
×
G1
1
＋
C2
vC 2
－
TD
＆
＆
Q
G2
5 K
vo
＆Q
－
5 K
2
输
G3
1
vo
3 (OUT )
G4
1
1
1
2
VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3
2
 VCC
3

入
输 出
vI 2
×
1
VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3
1
 VCC
3

vo
TD
低
导通
低
导通
不变
不变
高
截止
高
截止
1
(GND )
④当vI1 > VR1且vI2<VR2时，C1和C2的输出均为”0”，SR
锁存器Q = Q=1，TD截止，输出为高电平；
555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较
大的负载电流，可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指
示灯等，但其静态功耗较大。CMOS型7555定时器的电源电
压2~18V，静态功耗小，但最大的负载电流是在4mA以下。
型号
供电电流
工作电压
上升、下降沿时间
3脚驱动电流
7555
60~300μA
2~18V
40ns
2mA
555
3~5mA
4.5~18V
100ns
200mA
555和7555定时器性能比较
555定时器的应用十分广泛，由它可构成施密
特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等脉
冲单元电路。
7.3 施密特触发
器
施密特触发器（Schmitt Trigger）是具有回差特性的数字
传输门，其特点：
① 施密特触发器输出有两种稳定状态——0态和1态；
② 施密特触发器采用电平触发，即它输出是高电平还是低电
平都取决于输入信号的电平；
③ 对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平
VT+ 和VT- 。当输入信号电压上升时，与VT+比较，若输入信
号大于VT+，输出状态翻转；当输入信号电压下降时，与VT比较，当输入信号小于VT-，输出状态翻转。这是与普通比较
器的区别。
施密特触发器分同相施密特触发器和反相施密特
触发器两种 ：
1
vI
vo
VOH
VOL
0
vo
VOH
VOL
VT －0
vI
 VT
VTTH
V
－
v1o
vI
vo
 VT
VVTTH
＋
V
VDD
T＋
同相施密特触发器
(a）同相输出
(a）同相输出
vI
vo
vo
VOH
VOH
VOL
VOL
v
I
V DD 0 VT － 0
1
vI v1
o
 VT
 VT
VTTH－
V
VV
T＋
TH
vo
上限阈值电压
vI
VVDD
T＋
V DD v I
（b）反相输出
（b）反相输出
反相施密特触发器
施密特触发器主要参数：
①上限阈值电压VT+：输入信号电压vI上升过程中，
输出电压vO状态翻转时，所对应的输入电压值。
vI
vo
VOH
1
vI
vo
vo
 VT
1
vo
 VT
VOH
下限阈值电压
ΔVT
VOL
0
VT －
VTH
VT ＋
V DD
vI
VOL
0
VT －
VTH
VT ＋
V DD v I
（b）反相输出
(a）同相输出
②下限阈值电压V
T-：输入信号电压vI下降过程中，输出电压v
O
状态翻转时，所对应的输入电压值。
③回差电压△VT：VT＋和VT-之间的差值 ，即△VT =VT+-VT-
两次触发电平的不一致性称为施密特触发器的回差特性，又
叫滞迟特性，这是施密特触发器最重要的电气特性。由于施
密特触发器具有回差特性，与电压比较器相比，施密特触发
器具有较强的抗干扰能力。施密特触发器的回差电压越大，
电路的抗干扰能力也越强，但灵敏度会相应降低。
7.3.1 555定时器构成的施密特触发器
Vcc
Vcc
8
8
4
1
7
vI
VR1
6
CB555
2
1
3
vo
C1
vC1
－
6
＆Q
G1
5 K
0.01F
5
＋
5
vI
4
5 K
0.01F
2
VR 2
C2
vC 2
－
＆
＆
G2
Q
G3
5 K
TD
7
555定时器构成的施密特触发器电路
(a)
＋
1
构成： ① 2脚和6脚连一起接输入信号vI；
② 4脚和8脚连一起接电源电压VCC；
③ 5脚通过0.01μF的电容和1脚一起接接地；
④ 7脚悬空，3脚输出。
1
G4
3
vo
工作原理：
① 输入信号vI从0逐渐升高的过程：
Vcc
8
vI<VCC/3
vI
VR1
5
4
5 K
＋
vC1
＆Q
－
1
G1
C1
6
5 K
0.01F
2
VR 2
＋
C2
－
5 K
＆
vC 2
0
G2
TD
7
＆
1
vI<VCC/3
Q
1 G3
0
1
G4
3
vo
1
输出高电平
Vcc
VCC/3<v
I<2VCC/
3 v
I
Vcc
8
VR1
4
＋
5
C1
－
6
2
VR 2
vC1
1
5 K
0.01F
8
5 K
＋
C2
－
vC 2
1
5 K
＆Q
vI
＆
＆
G2
Q
1
1
VR1
5
G1
TD
7
vI>2VCC/3
G3
0
4
5 K
＋
vC1
＆Q
－
0
G1
C1
6
5 K
1
G4
3
vo
1
0.01F
＋
2
VR 2
C2
－
＆
vC 2
1
5 K
G2
TD
7
1
VCC/3<vI<2VCC/3
保持高电平
1
＆
vI > 2VCC/3
输出低电平
Q
0
G3
0
1
G4
3
vo
vO
Vcc
8
VR1
5 K
＋
5
vI
4
C1
vC1
－
6
＆Q
G1
5 K
0.01F
2
VR 2
＋
C2
－
vC 2
＆
＆
G2
Q
G3
1
G4
3
vo
5 K
TD
7
VCC/3
1
2VCC/3
电压传输特性
上限阈值电压为 VT＋
2
 VCC
3
vI
② 输入信号vI从vI >2VCC/3逐渐下降的过程：
Vcc
8
vI>2VCC/3
vI
VR1
5
4
5 K
＋
vC1
＆Q
－
0
G1
C1
6
5 K
0.01F
2
VR 2
＋
C2
－
vC 2
1
5 K
＆
G2
TD
7
＆
1
vI>2VCC/3
Q
0 G3
1
1
G4
3
vo
0
输出低电平
Vcc
VCC/3<v
I<2VCC/
3 v
I
Vcc
8
VR1
4
＋
5
C1
－
6
2
VR 2
vC1
1
5 K
0.01F
8
5 K
＋
C2
－
vC 2
1
5 K
＆Q
vI
＆
＆
G2
Q
0
1
VR1
5
G1
TD
7
vI<VCC/3
G3
1
4
5 K
＋
vC1
＆Q
－
1
G1
C1
6
5 K
1
G4
3
vo
0
0.01F
＋
2
VR 2
C2
－
vC 2
0
5 K
＆
G2
TD
7
1
VCC/3<vI<2VCC/3
保持低电平
0
＆
vI < VCC/3
输出高电平
Q
1
G3
1
1
G4
3
vo
vO
Vcc
8
VR1
vI
vC1
－
＆Q
Δ VT
G1
5 K
0.01F
2
VR 2
vo
5 K
C1
6
1
4
＋
5
vI
＋
C2
－
vC 2
＆
＆
G2
Q
G3
1
G4
3
vo
5 K
TD
7
VCC/3
1
2VCC/3
电压传输特性
下限阈值电压为 VT -
1
= VCC
3
1
电路的回差电压为 ΔVT = 3 VCC
反向施密特
触发器
vI
Vcc
8
VR1
＋
5
vI
4
5 K
C1
vC1
－
6
vI
＆Q
G1
5 K
0.01F
2
VR 2
＋
C2
－
vC 2
＆
＆
G2
Q
G3
1
G4
3
5 K
TD
7
vo
2
VCC
3
1
VCC
3 0
vO
1
VT+
VT-
t
VOH
vO
VOL
t
0
波形图
vI
VCC/3 2VCC/3
7.3.2 集成施密特触发器
集成施密特触发器应用广泛，它有TTL和CMOS两大系列。
TTL的集成施密特触发器的型号较多，如74LS13/7413、
74LS18/7418、74LS19/7419、74LSl4/7414等等， COMS的
集成施密特触发器的型号有40106、4093、4584等。
1A
1B
1
2
NC
3
12
74LS13 11
4
10
5
6
9
1C
1D
1Y
14
13
GND 7
8
管脚图
VCC
NC
2D
2C
2B
2A
2Y
1A
1B
1C
1D
1
2
4
5
2A
2B
2C
2D
9
10
12
13
逻辑符号
6
1Y
输出逻辑式：
Y  ABCD
8
2Y
7.3.3 施密特触发器的应用
1．波形变换
利用施密特触发器的回差特性，可以将输入三角波、正弦
波、锯齿波等缓慢变化的周期信号变换成矩形脉冲输出。
vI
vI
1
vo
VTH
VTL
0
vo
0
t
t
利用施密特触发器将正弦波变换成方波
2．脉冲整
形
在数字系统中，当矩形脉冲在传输过程中发生畸变或受到
干扰而变得不规则时，可利用施密特触发器的回差特性将其整
形，进而获得比较理想的矩形脉冲波。
vI
vI
vo
1
1
vI
vo
VTH
VTL
VTH
VTL
VTL
0
t v0
o
v0
0
t
(a)
vo
vI
vI
VTH
vI
1
0
t v0
o
t
0
t
t
(b)
利用施密特触发器实现脉冲整形
(c)
3．脉冲鉴幅
由于施密特触发器的状态取决于输入信号电平的高低，因
此可通过调整电路的VT+ 和VT– 来鉴别输入脉冲的幅度。
vI
1
vo
vI
VTH
VTL
0
t
0
t
v0
利用施密特触发器实现脉冲鉴幅
4．用于自动控制系统
施密特触发器的输出状态有两个稳定状态可以由输入状态
来控制。同时有两个不同的触发门限VT+ 和VT– ，这样可以避免
控制系统在一个比较门限临界点频繁地跳变。所以施密特触发
器被经常使用在简单的自动控制系统中。
Vcc
继电器的线圈
RL
8
EL
7
100kΩ
6
R1
RP
330kΩ
4
CB555
3
K1
2
1
C1
100μF
K
5
C2
0.01μF
光控照明灯电路
VD
~220V
7.4单稳态触发器
单稳态触发器（one-shot monostable multivibrator），
又称单稳态振荡器（Monostable Multivibrator），是广泛应用
于脉冲整形、延时和定时的常用电路。
单稳态触发器的特点：
① 有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；
② 在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳
态维持一段时间以后，再自动返回稳态；
③ 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触
发脉冲的宽度和幅度无关。
单稳态触发器有下
列主要参数：
（1）输出脉冲宽度tW
输出电压维持暂稳态的
时间。此时间由电路本身的
参数，而与触发脉冲的宽度
和幅度无关。
vI
Tmin
t
0
vo
0
暂态
tW
稳态
tW
t
单稳态触发器输入、输出波形
（2）最小工作周期Tmin
由于在暂稳态期间，电路不响应触发信号。因此。
两个触发信号之间的最小时间间隔为触发信号的最小
工作周期，且Tmin>tw 。
7.4.1 555定时器构成的单稳态触发
Vcc
器
Vcc
8
R
R
8
5
CB555
2
C
v R1
7
6
vI
4
1
3
0.01F
＋
vC1
－
＆Q
G1
5 K
vI
5
5 K
C1
6
vo
4
2
vR 2
0.01F
构成： ① 2脚输入触发信号vI；
C2
－
vC 2
＆
＆
G2
Q
G3
5 K
vC
555定时器构成单稳态触发器电路
＋
C
TD
7
1
② 4脚和8脚连一起接电源电压VCC；
③ 5脚通过0.01μF的电容和1脚一起接接地；
④ 6脚和7脚接在一起与电容、电阻相接，3脚输出。
1
G4
3
vo
工作原理：
① 无触发输入信号（vI为高电平）时电路的工作状态：
Vcc
8
R
v R1
5
4
－
5 K
1 vI
2
vR 2
0.01F
vC1
＆Q
1
G1
vC 2
＆
＋
C1
6
＋
C2
－
1
5 K
vC
放电
C
若输出为
低电平
5 K
G2
＆
Q
0
1
G3
TD
7
1
导通
vI为高电平，大于VCC/3
1
G4
3
vo
0
保持
Vcc
8
R
4
5 K
v R1
＋
5
C1
－
6
5 K
1
vI
＋
2
C2
vR 2
0.01F
vC
C
充电，至
2VCC/3
vC1
＆Q
0
G1
vC 2
－
5 K
放电
若输出为
高电平
＆
＆
G2
Q
1
0
G3
0
导通
TD
7
1
截止
vI为高电平，大于VCC/3
1
1
G4
3
vo
1
0
② vI下降沿触发，电路由稳态转入暂稳态：
vI
Vcc
8
R
v R1
5
5 K
＋
C1
－
6
5 K
0
vI
2
vR 2
0.01F
＋
C2
vC1
G1
vC 2
＆
－
0
C
充电
G2
t
0
vo
＆Q
1
5 K
vC
电路进入
暂态
4
VCC
tW
＆
Q
G3
1
0
0
1
G4
3
vo
t
vc
2
VCC
3
1
t
0
TD
7
1
截止
vI为低电平，小于VCC/3
tW
波形图
③ vI暂稳态的维持时间：
Vcc
通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，
电容的取值范围在几百皮法到几百微法。
vI
8
R
v R1
5
放电
至0
5 K
＋
C1
－
6
5 K
vI
2
vR 2
0.01F
VCC
4
＋
C2
vC1
＆Q
0
G1
vC 2
＆
－
G2
5 K
vC
C
充电，
至2VCC/3
vo
tW
＆
Q
G3
1
1
G4
3
1
vo 1
0
vc
2
VCC
3
t
0
波形图
导通
脉冲
宽度
VCC  0
2
VCC  VCC
3
 RC ln 3  1.1RC
tW  RC ln
tW
t
0
TD
7
t
0
7.4.2 集成单稳态触发器
由于脉冲整形、延时和定时的需要，出现TTL和CMOS的集
成单稳态触发器。除了定时电阻和定时电容外接之外，整个单稳
电路都集成在一个芯片之中。它具有定时范围宽、稳定性好、使
用方便等优点，因此得到了广泛应用。
集成单稳态触发器根据电路及工作状态的不同，分为非可
重触发和可重触发两种类型
74122、
vvII
v
74123
74121、 vII
74221
00
tt
vvoo
00
voo
ttWW
00
ttWW
t
(a) 不可重复触发型
非可重复触发型
tt
0
(b) 可重复触发型
(b) 可重复触发型
可重复触发型
tt
非重复触发器的集成单稳态触发器74121简介
输 入
B
A1 A2
vo
输出
vo
vo
1
14
VCC
×
×
0
0
1
NC
2
13
NC
1
1
×
0
1
A1
3
12
NC
1
A2
B
4
11
R ext C
ext
5
10
vo
C ext
6
9
R int
GND
7
8
NC
74LS121
保持（处于稳态）
1
1
1
用A下降沿触发
1
0
×
用B上升沿触发
×
管脚图
取2~30kΩ
功 能
0
功能表
取10pF~10μF
说明： 74121为 A下降沿和B上升沿都可以触发，其
输出脉冲的宽度为：
tW  RextCext ln 2  0.69RextCext
200ns~200ms
注意：
74121的内部设置得电阻Rint（约为2kΩ）可取代外
C
+5V
接的Rext。
ext
上升沿
触发
C ext
R ext
下升沿
触发
+5V
10 11
9
C ext R ext R int
10 11
9
C ext R ext R int
14
Vcc
C ext
C ext
3
4
A1
74121
A2
5 B
3
vo
vo
14
Vcc
6
1
GND
7
使用外接电阻的74121的外部连线图
4
A1
74121
A2
5 B
+5V
vo 6
vo 1
GND
7
使用内接电阻的74121的外部连线图
7.4.3 单稳态触发器的应用
1．脉冲整
形
单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅
度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳
态电路输出的高、低电平，宽度决定于暂稳态时间tW。
vI
0
t
vo
tW
0
利用单稳态触发器实现脉冲整形
t
2．延时或定时
由于单稳态触发器一经触发，电路进入暂稳态，暂稳态的
时间由外接元件R、C决定。调节R、C可产生比触发脉冲宽度
长得多的暂稳态维持时间。因此，单稳态触发器常用于定时或
延时。
Vcc
R3
10k
R1
2M
8
R2
2.2k
4
7
6
CB555
EL
3
2
1
VTL1
C1
VL
R4
延迟时间为：
4.7 F
K
5
C2
0.01F
K1
VD
光控照明灯电路
tW  1.1RC  1.1 2 106  4.7 106  10.34s
~220V
【例1】鱼缸水温自动加热电路如图所示，RT是正温度系数热敏
电阻器。用555定时器构成的单稳态触发器，设定加热时间为
11s，试分析该电路的工作原理以及给出R和C的设计值。
Vcc
解：
R1
①正常温度，RT较大，
R2
2脚输入低电平，3脚输
出高电平，VL亮，K线
圈通电，触点K1闭合，
加热；
4
7
6
2脚输入高电平，3脚输
出低电平；
②水温下降，RT减小，
8
CB555
3
1
RT
C1
加热器
VL
2
5
C2
K
0.01F
VD
K1
~220V
鱼缸自动加热电路
③经过tW=11s时间，3脚输出低电平，线圈断电，触点K1断开，停止加热。
由 tW  1.1RC  11s
选R =1MΩ， C =10μF
7.5多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外
加触发信号，便能自动产生矩形波形。由于矩形波中含有高次
谐波故把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
特点：
① 电路的输出高电平和低电平的切换是自动进行的，不需要
外界的触发信号；
②多谐振荡器工作时没有一个稳定状态，属于无稳态电路。
多谐振荡器主要参数
① 电路振荡周期T和频率f ；
② 输出信号的占空比q。
7.5.1 555定时器构成的多谐振荡器
Vcc
Vcc
8
R1
v R1
R1
8
4
5
7
R2
CB555
2
C
1
3
0.01F
2
vR 2
0.01F
C
＆Q
G1
＋
C2
vC 2
－
TD
1
构成：① 2脚和6脚接在一起与电容、电阻相接；
② 4脚和8脚连一起接电源电压VCC；
③ 5脚通过0.01μF的电容和1脚一起接接地；
④ 7脚与电阻相接，3脚输出。
＆
＆
G2
5 K
7
555定时器构成的多谐振荡器电路
vC1
5 K
vC
5
＋
－
R2
vo
5 K
C1
6
6
4
Q
G3
1
G4
3
vo
工作原理：
①首次充电过程，设vC=0
输出高
电平
Vcc
8
R1
v R1
5
＋
－
5 K
R2
vC
2
v
0
C
R2
＋
C2
－
vC1
＆Q
1
G1
vC 2
0
5 K
TD
7
1
截止
充电
vc
2
V CC
3
5 K
C1
6
0.01F
4
＆
＆
G2
0
Q
1
G3
0
t
T2
T1
vo
1
G4
1
V CC
3
3
vo 1
0
t
T
波形图
②放电过程
输出低
电平
Vcc
8
R1
v R1
5
＋
－
5 K
R2
0.01F
5 K
C1
6
放
电
4
vC
2
vR 2
C
＋
C2
－
vC1
＆Q
0
G1
vC 2
1
5 K
TD
7
1
导通
充电至
2VCC/3
vc
1
＆
＆
G2
Q
0
G3
0
1
G4
3
vo
0
2
V CC
3
1
V CC
3
t
T2
T1
vo
0
t
T
③再充电过程
输出高
电平
Vcc
8
R1
充电
v R1
5
5 K
＋
C1
－
6
5 K
R2
0.01F
4
vC
2
vR 2
C
＋
C2
－
vC1
＆Q
1
G1
vC 2
＆
0
5 K
TD
7
vc
1
G2
＆
Q
1
G3
0
0
1
G4
3
vo 1
2
V CC
3
1
V CC
3
t
T2
T1
vo
0
t
T
截止
放电至
VCC/3
电路就在VCC/3和2VCC/3之间不停
的进行充电和放电，在输出端产
生周期性的矩形波。
Vcc
参数估算：
R1
8
4
7
① 电路的振荡周期为
T = T1 + T2
= ( R1 + 2 R2 )C ln 2
≈0.69( R1 + 2 R2 )C
②振荡频率为
1
1
f  
T ( R1  2 R2 )C ln 2
R2
6
CB555
2
C
1
0.01F
2
V CC
3
1
V CC
3
t
T2
T1
vo
0
注意：通过改变电阻R1 、R2和电容C的大小就可
以改变振荡的频率。用CB555组成的多谐振荡器最
高振荡频率约500kHz。
vo
5
vc
0
3
t
T
Vcc
③输出脉冲的占空比
电路输出
脉冲的占
空比始终
大于50%
T1
R1  R2
q 
T R1  2R2
Vcc
VD1
RP
7
8
R1
R 1 RP RP R 2
R2
C
6
CB555
2
C
1
4
0
2
3
vo
0. 01F
占空比可调的多谐振荡器
vo
0.01F
2
V CC
3
1
V CC
3
t
T2
T1
vo
0
5
3
5
vc
CB555
1
4
7
VD2
6
8
t
T
Vcc
VD1
RP
7
Vcc
8
4
VD1
RP
VD2
6
R 1 RP RP R 2
CB555
2
1
3
vo
7
4
VD2
R 1 RP RP R 2
5
C
8
6
CB555
2
1
0. 01F
C
电容充电回路
R1
R1 + R P + R2
电容放电回路
q max
vo
5
0. 01F
3脚输出方波脉冲占空比q的调节范围
q min =
3
R1 + R P
=
R1 + R P + R2
注意：R1和 R2取值越小，占空比调节范围越大。但R1和 R2不能取
消。若电位器RP旋到最左或最右的极端位置时，忽略二极管VD的
正向导通电阻，理论山占空比可从0调至100%，但事实上电路会停
振。为预防在极端位置时电路停振，设置小电阻R1、R2与RP串联
【例】如图所示是用两片555定时器接成的触摸报警电路。当触
摸到金属片后，扬声器开始发出声音。试分析555定时器IC1和
IC2分别是什么电路，并计算扬声器发出声音的时间tW和扬声器
发出声音的频率。
Vcc
R
R1
500KΩ
8
7
4
IC1
CB555
6
2
金属片 C1
50F
R2
10KΩ
8
7
3
R3
10KΩ
4
IC2
CB555
6
3
2
1
5
0.01F
10nF
1
5
C2
0.01F
解: IC1构成了单稳态电路, IC2构成了多谐振荡电路。
Vcc
R
R1
500KΩ
8
7
4
IC1
CB555
6
2
金属片 C1
50F
R2
10KΩ
8
7
3
R3
10KΩ
4
IC2
CB555
6
3
2
1
5
0.01F
1
10nF
5
C2
0.01F
IC1的暂稳时间为
tW  1.1R1C1  1.1 500103  50106  27.5s
IC2的振荡周期为
T = T1 + T2 = ( R2 + 2 R3 )C ln 2
≈0.69× (10 + 2 ×10) ×103 ×10×10
扬声器发声的频率为
9
= 207μs
1
1
f  
 4.8kHz
6
T 207  10
7.5.2 石英晶体振荡器
用555定时器构成的多谐振荡器，电路简单，工作可靠，频
率调整方便。但是555定时器组成的多谐振荡器最高振荡频率
不高，且受电源电压、温度变化以及所用元件参数随环境条件
而变化的影响，电路的频率稳定性不是很高。
为了获得频率高、稳定度高的振荡信号，普遍采用在多谐
2M-160M石英晶体谐振器
振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶体振荡器。石英晶体
HC-49UT/50UT
振荡器常用作数字系统的基准信号
X
石英晶体的
固有频率
电感性
O
f0
电容性
fs
f
电容性
石英晶体的符号及电抗频率特性
X
电感性
O
f0
电容性
R
石英晶体等效电路
f
电容性
石英晶体的应用
至内部时
钟电路
R2
VCC
Q2
Q1
R1
8051
XTAL1
XTAL2
石英晶体
C1
C2
HMOS型51单片机片内振荡电路
并联谐振
本章小结
本章简要介绍了555定时器，它是一种用
途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、
单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成
各种灵活多变的应用电路。施密特触发器和单
稳态触发器是两种最常用的脉冲信号整形电路，
虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其
它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提
供标准的脉冲信号。多谐振荡器是一种自激振
荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地
产生出矩形脉冲。
作 业
7-1 7-2 7-3 7-5
7-7 7-8 7-9
（7-10，7-11自行设计并仿真）