積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器課件

*第9章脈沖信號的產(chǎn)生與變換電路9.1多諧振蕩器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3施密特觸發(fā)器9.4555定時器9.1多諧振蕩器9.1.1環(huán)形振蕩器圖9-1最簡單的環(huán)形振蕩器假定由于某種原因（如電源波動或外來干擾）uI1產(chǎn)生一個微小正跳變，則經(jīng)過G1門的傳輸時延tpd后，uI2會產(chǎn)生一個更大幅度的負跳變；再經(jīng)過G2門的傳輸時延tpd后，uI3將會產(chǎn)生一個更大幅度的正跳變；然后又經(jīng)過G3門的傳輸時延tpd后，在輸出端uo產(chǎn)生一個更大幅度的負跳變，并反饋到G1門的輸入端。也就是說，自從uI1(uo)產(chǎn)生正跳變起，經(jīng)過3tpd的傳輸延遲時間后，uI1(uo)將產(chǎn)生一個更大幅度的負跳變。以此類推，再經(jīng)過3tpd時間后，uI1(uo)又會產(chǎn)生一個正跳變，如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。圖9-2工作波形圖9-2是圖9-1電路的工作波形，不難得出其振蕩周期T=6tpd。同理，由N個（N為不小于3的奇數(shù)）非門首尾依次相連構(gòu)成的環(huán)形電路都能產(chǎn)生自激振蕩，若忽略各個門之間傳輸時延tpd的差別，則其振蕩周期為2．帶RC延遲電路的環(huán)形振蕩器圖9-3帶RC延遲電路的TTL環(huán)形振蕩器

RC延遲電路的加入不僅增大了傳輸延遲時間，降低了振蕩頻率，而且可以通過改變R、C的大小實現(xiàn)對振蕩頻率的調(diào)節(jié)。由于RC延遲電路的延遲時間遠大于門電路的傳輸時延tpd，所以在分析電路時通常不考慮tpd的影響。另外，為了防止u4為負電平時流過G3門輸入端箝位二極管的電流過大（不應(yīng)超過20mA），通常在G3門的輸入端串聯(lián)一個100Ω左右的限流電阻RS。1）工作過程假設(shè)在t=0時接通電源，電路的初始狀態(tài)為u1=uo=UOH,則G1門的輸出u2=UOL，由于此時電容尚未充電，而且電容上的電壓是不會發(fā)生突變的，所以G3門的輸入u4=u2=UOL，從而使得G3門的輸出uo維持在高電平。這就是電路的第一個狀態(tài)。但這個狀態(tài)是不穩(wěn)定的，這是因為:對于G2而言，其輸入u2為低電平，而其輸出u3必為高電平，則u3就會通過電阻R對電容C充電，同時G3門的輸入級也會通過電阻Rs對電容C充電，如圖9-4（a）所示。隨著充電的進行，u4將按照指數(shù)規(guī)律逐漸上升，當(dāng)u4上升到G3門的閾值電平UTH時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)：u1=uo=UOL→u2=UOH→u3=UOL，由于電容上的電壓不會發(fā)生突變，u4將隨u2產(chǎn)生一個正跳變，幅度升高到UTH+(UOH-UOL)，從而使G3門的輸出uo維持在低電平。這就是電路的第二個狀態(tài)。同樣，電路的第二個狀態(tài)也是不穩(wěn)定的，電容C將通過電阻R放電，如圖9-4（b）所示。隨著放電的進行，u4將按照指數(shù)規(guī)律逐漸下降，當(dāng)u4下降到G3門的閾值電平UTH時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)：u1=uo=UOH→u2=UOL→u3=UOH，u4將隨u2產(chǎn)生一個負跳變，幅度下降到UTH-(UOH-UOL)，從而使G3門的輸出uo維持在高電平。即電路又返回到第一個狀態(tài)。此后，電路又重復(fù)上述過程，不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，形成了連續(xù)振蕩，這樣就在G3門的輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖信號。圖9-4圖9-3電路中電容C充放電等效電路(a)充電等效電路；(b)放電等效電路2）振蕩周期的計算圖9-5圖9-3電路的工作波形(1)T1的計算：對應(yīng)于T1段有τ1=RECu4(0+)=UTH-(UOH-UOL)u4(∞)=UE

根據(jù)RC電路暫態(tài)響應(yīng)的公式，得(9–2)其中,RE和UE是根據(jù)戴維南定理求得的等效電阻和等效電壓源，它們分別為(9–3)(9–4)(2)T2的計算：對應(yīng)于T2段有：根據(jù)RC電路暫態(tài)響應(yīng)的公式，得(9–5)若R1+RS>>R，則RE≈R，UE≈UOH，公式9-2和9-5就可化簡為則圖9-3電路的振蕩周期T可近似為9.1.2石英晶體振蕩器圖9-6石英晶體的符號和阻抗頻率特性圖9-7石英晶體振蕩器9.1.3多諧振蕩器的應(yīng)用【例9-1】

在圖9-3所示的電路中，已知UOH=3.6V，UOL=0.3V，UTH=1.4V，并且滿足R1+RS>>R，試寫出該電路振蕩周期的表達式。若R=180Ω，C=3000pF，則該電路的振蕩頻率是多少？

解根據(jù)公式9-8，電路的振蕩周期為：將R=180Ω、C=3000pF代入，可得電路的振蕩頻率為【例9-2】作為一個應(yīng)用實例，圖9-8（a）為一個兩相時鐘產(chǎn)生電路，圖9-8（b）為輸出時鐘信號的波形。圖9-8兩相時鐘產(chǎn)生電路(a)電路；圖9-8兩相時鐘產(chǎn)生電路(b)工作波形9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1．微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1）工作過程圖9-9微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電源接通后，在沒有外來觸發(fā)脈沖時（uI為高電平）電路處于穩(wěn)定狀態(tài)：uO1=UOL，uO=UOH。為此，必須保證Rd>RON（開門電阻），R<ROFF(關(guān)門電阻)。根據(jù)圖9-10所示的等效電路，非門G2的輸入為了討論方便，假定uI2=UOL，則此時電容C上沒有電壓。圖9-10穩(wěn)態(tài)時的部分電路當(dāng)uI端有負向脈沖輸入時，由于電容上的電壓不能突變，ud將隨uI產(chǎn)生幅度為（UOH-UOL）的負跳變，使G1門的輸出uO1上跳到高電平UOH，如果不考慮G1門的輸出電阻，則uI2也會產(chǎn)生與uO1相等幅度的正跳變，從而使電路的輸出uO變?yōu)榈碗娖?，并反饋到G1門的輸入端以維持這個新的狀態(tài)。但這個狀態(tài)是不穩(wěn)定的，因為G1門的輸出高電平將對電容C充電，如圖9-11（a）所示。隨著充電過程的進行，uI2逐漸降低，當(dāng)uI2降低到閾值電平UTH后，將引發(fā)如下正反饋過程：uI2↓→uO↑→uO1↓圖9-11圖9-9電路中電容C的充放電等效電路(a)充電等效電路；(b)放電等效電路圖9-12圖9-9電路的工作波形2）主要參數(shù)的計算通常用以下幾個參數(shù)來定量地描述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的性能：(1)輸出脈沖寬度Tw：

根據(jù)以上的分析，輸出脈沖寬度Tw就等于從電容C開始充電到uI2降至閾值電平UTH的時間T1。在圖9-11（a）所示的電容C充電等效電路中，ROH是G1門輸出高電平時電路的輸出電阻，當(dāng)負載電流較大時，ROH≈100Ω，當(dāng)負載電流較小時，ROH可以忽略。對應(yīng)于充電過程有：根據(jù)RC電路暫態(tài)響應(yīng)公式有：（9-10）若 ，式（9-10）可化簡為如果觸發(fā)信號的脈沖寬度小于輸出脈沖寬度，電路輸入部分的RdCd微分電路就可以省略掉。(2)輸出脈沖幅度Um：(3)恢復(fù)時間Tre：在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電路還需要一端恢復(fù)時間，以便將電容在暫穩(wěn)態(tài)期間所充的電荷釋放掉，使電路恢復(fù)到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。一般，

Tre≈（3～5）（R+ROL）C（9-13）其中，ROL是G1門輸出低電平時電路的輸出電阻。（9-12）(4)分辨時間Td：

是指在保證電路正常工作的前提下，兩個相鄰的觸發(fā)脈沖之間所允許的最小時間間隔。顯然，電路的分辨時間應(yīng)為輸出脈沖寬度和恢復(fù)時間之和，即Td=Tw+Tre

(9-14)

2．積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖9-13所示電路是用CMOS門電路和RC積分電路組成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。對于CMOS門電路，通常可以近似地認為UOH=UCC、UOL=0，而且UTH≈UCC/2。在沒有外來觸發(fā)脈沖時（uI為低電平）電路處于穩(wěn)定狀態(tài)：uO1=uO=uOH，電容C上充有電壓，即uI2=UOH。圖9-13積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)有一個正向脈沖加到電路輸入端時，G1門的輸出uO1從高電平下跳到低電平UOL，由于電容上的電壓不能突變，uI2仍為高電平，從而使uO變?yōu)榈碗娖剑娐愤M入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電容C將通過R放電，隨著放電過程的進行，uI2的電壓逐漸下降，當(dāng)下降到閾值電平UTH時，uO跳回到高電平；等到觸發(fā)脈沖消失后（uI變?yōu)榈碗娖剑?，uO1也恢復(fù)為高電平，uO保持高電平不變，同時uO1開始通過電阻R對電容C充電，一直到uI2的電壓升高到高電平為止，電路又恢復(fù)到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。圖9-14圖9-13電路的工作波形圖9-15電容C充放電等效電路(a)放電電路；(b)充電電路輸出脈沖的寬度Tw等于從電容開始放電到uI2下降到閾值電平UTH所需要的時間。根據(jù)圖9-15（a）所示的放電等效電路有：τ=(R+RN)C、uI2(0+)=UCC、uI2(∞)=0。RN是G1門輸出低電平時N溝道MOS管的導(dǎo)通電阻，當(dāng)RN<<R時，RN可忽略不計，則輸出脈沖的寬度為：輸出脈沖的幅度為(9-15)(9-16)恢復(fù)時間Tre等于uO1跳變到高電平后電容充電使uI2上升到高電平UOH所需要的時間，一般取電容充電時間常數(shù)的3～5倍，則恢復(fù)時間為(9-17)其中，RP是G1門輸出高電平時P溝道MOS管的導(dǎo)通電阻。電路的分辨時間應(yīng)為觸發(fā)脈沖寬度和恢復(fù)時間之和，即(9-18)與微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相比，積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的抗干擾能力較強。因為數(shù)字電路中的干擾多為尖峰脈沖的形式（幅度較大而寬度極窄），而當(dāng)觸發(fā)脈沖的寬度小于輸出脈沖寬度時，電路不會產(chǎn)生足夠?qū)挾鹊妮敵雒}沖。從另一個角度來說，為了使積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作，必須保證觸發(fā)脈沖的寬度大于輸出脈沖的寬度。另外，由于電路中不存在正反饋過程，所以使輸出脈沖的上升沿波形較差，為此可以在電路的輸出端再加一級非門以改善輸出波形。9.2.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器目前在TTL和COMS集成電路產(chǎn)品中都有單片集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。這種集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除了少數(shù)用于定時的電阻、電容需要外接以外，其它電路都集成在一個芯片上，而且電路還附加了上升沿與下降沿觸發(fā)控制功能，有的還帶有清零功能，具有溫度穩(wěn)定性好、使用方便等優(yōu)點，在數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。下面我們對集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的典型產(chǎn)品74121的功能和使用方法作簡要的介紹。74121是一種典型的TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其引腳圖如圖9-16所示(其中，14腳UCC在集成電路產(chǎn)品手冊中常寫作UCC，下同)，表9-1是它的功能表。74121是以微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路為核心，再加上輸入控制電路和輸出緩沖電路構(gòu)成的。輸入控制電路主要用于實現(xiàn)上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)的控制，輸出緩沖電路則是為了提高單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的負載能力。另外芯片內(nèi)部還有一個2kΩ的內(nèi)部定時電阻可供使用。在穩(wěn)定狀態(tài)下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出Q=0、

；當(dāng)有觸發(fā)脈沖作用時，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，Q=1、

。圖9-1674121的引腳圖表9-174121的功能表

1．觸發(fā)方式

由74121的功能表表9-1可知，觸發(fā)信號可以加在A1、A2或B中的任意一端。其中A1、A2端是下降沿觸發(fā)，B端是上升沿觸發(fā)。觸發(fā)方式可以概括為以下三種：①在A1或A2端用下降沿觸發(fā)，這時要求另外兩個輸入端必須為高電平；②A1和A2端同時用下降沿觸發(fā)，并且B端為高電平；③在B端用上升沿觸發(fā)，同時A1和A2中至少有一個是低電平。圖9-17為集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的工作波形。圖9-17集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的工作波形

2．定時

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的輸出脈沖寬度取決于定時電阻和定時電容的大小。定時電容接在74121的10、11腳之間，如果使用的是電解電容，10腳Cext接電容的正極。對于定時電阻，使用者可以有兩種選擇：一種是使用芯片內(nèi)部2kΩ的定時電阻，此時要將9腳Rint接到電源UCC（14腳）上，如圖9-18（a）所示；如果要獲得較寬的輸出脈沖，可采用外部定時電阻，將電阻接在11腳Rext/Cext和14腳UCC之間，如圖9-18（b）所示。圖9-1874121的外部連接方法(a)使用內(nèi)部電阻(上升沿觸發(fā))；(b)使用外接電阻(下降沿觸發(fā))74121的輸出脈沖寬度可以用下式進行計算：(9-19)其中,定時電阻R的取值范圍可以從1.4kΩ到40kΩ，定時電容C的取值范圍可以從0到1000μF。通過選擇適當(dāng)?shù)碾娮?、電容值，輸出脈沖的寬度可以在30ns～28s范圍內(nèi)改變。

3．74121具有不可重觸發(fā)性

根據(jù)觸發(fā)特性，集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以分為可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩種。這兩種觸發(fā)器的主要區(qū)別是：可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，只要有新的觸發(fā)脈沖作用，電路就會被重新觸發(fā)，使電路的暫穩(wěn)態(tài)過程延長；而不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，將不接受新的觸發(fā)脈沖的作用，只有當(dāng)其返回到穩(wěn)態(tài)后，才會被觸發(fā)脈沖重新觸發(fā)。74121屬于不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖9-19兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形(a)可重觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形；(b)不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除74121以外，還有其它一些產(chǎn)品。TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中還有74LS221、74LS122、74LS123等，其中74LS221屬于不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，74LS122、74LS123屬于可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在74LS221、74LS123中都有兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。MC14528是CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的典型產(chǎn)品，屬于可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。另外，有些集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（如74LS221、74LS122、74LS123、MC14528）上還設(shè)有清零端，通過在清零端輸入低電平可以立即終止暫穩(wěn)態(tài)過程，恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。9.2.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用

1．脈沖定時

由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度Tw的矩形脈沖，因此在數(shù)字系統(tǒng)中常用它來控制其它一些電路在Tw這段時間內(nèi)動作或不動作，從而起到定時的作用。例如，在圖9-20中，將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖作為與門的一個輸入，去控制與門另一個輸入端的信號clk能否從與門輸出。如果在與門的輸出端再加一個計數(shù)器并將Tw調(diào)整到1s，就可以測出信號clk的頻率。圖9-20單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器做定時控制的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖

2．脈沖延時

在數(shù)字系統(tǒng)中，有時要求將某個脈沖寬度為T0的信號延遲一段時間T1后再輸出。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以很方便地實現(xiàn)這種脈沖延時，其實現(xiàn)電路和波形圖如圖9-21所示。圖中，T1=TW1≈0.7R1C1，T0=TW2≈0.7R2C2。圖9-21單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖延遲的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖圖9-21單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖延遲的應(yīng)用(a)電路圖；(b)波形圖

3．脈沖整形

矩形脈沖在傳輸過程中可能會發(fā)生畸變，如邊沿變緩、受到噪聲干擾等（可參見圖9-27），我們可以采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對其進行整形。只要將待整形的信號作為觸發(fā)信號輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電路的輸出端就可獲得干凈且邊沿陡峭的矩形脈沖。上面介紹的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121對輸入脈沖有1.2V的抗干擾容限，輸入脈沖邊沿上升/下降的速率最慢可以為1V/s。9.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路，利用它可以將正弦波、三角波以及其它一些周期性的脈沖波形變換成邊沿陡峭的矩形波。另外，它還可以用作脈沖鑒幅器、比較器。施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在外加信號的作用下，只要輸入信號變化到某一電平時，電路就從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，而且穩(wěn)定狀態(tài)的保持也與輸入信號的電平密切相關(guān)。圖9-22是這種電路的工作波形。可以看出，在輸入信號上升的過程中，當(dāng)其電平增大到UT+時，輸出由低電平跳變到高電平，即電路從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài)，我們把這一轉(zhuǎn)換時刻的輸入信號電平UT+稱為正向閾值電壓；在輸入信號下降的過程中，當(dāng)其電平減小到UT-時，電路又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的狀態(tài)，輸出由高電平跳變到低電平，這一時刻的輸入信號電壓UT-稱為負向閾值電壓。施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓和負向閾值電壓是不相等的，我們把兩者之差定義為回差電壓ΔUT，即圖9-22施密特觸發(fā)器的工作波形(9-20)圖9-23施密特觸發(fā)器的傳輸特性和邏輯符號(a)傳輸特性；(b)邏輯符號9.3.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器圖9-24所示電路是由TTL門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器。圖中，V為電壓偏移二極管，R1、R2為分壓電阻，電路的輸出通過電阻R2進行正反饋。下面我們來分析電路的工作原理。圖9-24用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器假設(shè)在接通電源后，電路輸入為低電平uI=UOL，則電路處于如下狀態(tài)：uO1=UOH，uO=UOL。如果不考慮G1門的輸入電流，uI1的電壓為：(9-21)其中，UD為二極管的導(dǎo)通壓降。當(dāng)uI上升到門電路的閾值電壓UTH時，由于uI1的電壓還低于UTH，電路仍然保持這個狀態(tài)不變；隨著uI的繼續(xù)升高，當(dāng)uI1也上升到UTH時，電路將產(chǎn)生如下正反饋過程：uI↑uI1→↑uO1→↓→uO↑結(jié)果使電路的狀態(tài)迅速翻轉(zhuǎn)為：uO1=UOL，uO=UOH，這是電路的另一個穩(wěn)定狀態(tài)。那么這一時刻的輸入電壓uI就是電路的正向閾值電壓UT+，將uI=UT+，uI1=UTH帶入式9-21可得：當(dāng)uI從UT+再升高時，電路的狀態(tài)不會發(fā)生改變。(9-22)當(dāng)uI從高電平下降時，只要下降到uI=UTH，由于電路中的正反饋作用，電路狀態(tài)立刻發(fā)生翻轉(zhuǎn)，回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)?？梢?，電路的負向閾值電壓UT-=UTH。所以該電路的回差電壓為(9-23)因此，通過改變電阻R1和R2的比值，可以調(diào)整回差電壓。9.3.2集成施密特觸發(fā)器由于性能穩(wěn)定，所以在數(shù)字系統(tǒng)中集成施密特觸發(fā)器被廣泛采用。目前，各廠家已經(jīng)生產(chǎn)出多種單片集成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)品。74LS132是一種典型的集成施密特觸發(fā)器，其內(nèi)部邏輯圖和引腳排列如圖9-25（a）所示。74LS132內(nèi)部包括四個相互獨立的兩輸入施密特觸發(fā)器，每一個觸發(fā)器都是以基本的施密特觸發(fā)電路為基礎(chǔ)，在輸入端增加了與的功能，在輸出端增加反向器，所以我們將其稱為施密特觸發(fā)的與非門，其邏輯符號如圖9-25（b）所示圖9-25集成施密特觸發(fā)器74LS132(a)74LS132的引腳排列和內(nèi)部邏輯圖；(b)施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號74LS132的輸出信號Y與輸入信號A、B之間的邏輯關(guān)系為 。A、B中只要有一個低于施密特觸發(fā)器的負向閾值電平，輸出Y就是高電平；只有當(dāng)A、B同時高于正向閾值電平時，輸出Y才為低電平。在使用+5V電源的條件下，集成施密特觸發(fā)器74LS132的正向閾值電平UT+=1.5～2.0V，負向閾值電平UT-=0.6～1.1V，回差電壓ΔUT的典型值為0.8V。9.3.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

1．波形變換

利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以將邊沿變化緩慢的周期性信號（如正弦波、三角波等）變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。在圖9-26中，施密特觸發(fā)器的輸入是一個直流分量和正弦分量相疊加的信號，只要輸入信號的幅度大于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+，在觸發(fā)器的輸出端就可得到相同頻率的矩形波。圖9-26用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)波形變換

2．脈沖整形

矩形波經(jīng)過傳輸后波形往往會發(fā)生畸變，其中比較常見的有圖9-27所示的三種情況：（a）矩形波的邊沿變緩；（b）在矩形波的邊沿處產(chǎn)生振蕩；（c）矩形波被疊加上干擾。無論哪一種情況，只要設(shè)置好合適的UT+和UT-，均能獲得滿意的整形效果。圖9-27用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)脈沖整形圖9-27用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)脈沖整形

3．脈沖幅度鑒別

利用施密特觸發(fā)器的輸出取決于輸入幅度的特點，可以將其用作脈沖幅度鑒別電路。如圖9-28所示，在施密特觸發(fā)器的輸入端輸入一系列幅度不等的矩形脈沖，根據(jù)施密特觸發(fā)器的特點，對應(yīng)于那些幅度大于UT+的脈沖，電路有脈沖輸出；而對于幅度小于UT+的脈沖，電路則沒有脈沖輸出，從而達到幅度鑒別的目的。圖9-28用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)脈沖幅度鑒別9.4555定時器9.4.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能盡管555定時器產(chǎn)品的型號繁多，但它們的電路結(jié)構(gòu)、功能及外部引腳排列都是基本相同的。圖9-29是Philips公司生產(chǎn)的555定時器的結(jié)構(gòu)圖，它主要由三個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個高精度的電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器以及一個作為放電通路的晶體三極管V組成。為了提高電路的驅(qū)動能力，在輸出級又增加了一個非門G。在結(jié)構(gòu)圖中，引腳旁的數(shù)字為8引腳封裝的555定時器產(chǎn)品的引腳編號。圖9-29555定時器的結(jié)構(gòu)圖在圖9-29所示電路中，RD是復(fù)位輸入端。當(dāng)RD為低電平時，無論其它輸入端狀態(tài)如何，電路的輸出uO立即變?yōu)榈碗娖?。因此，在電路正常工作時應(yīng)將其接高電平。電路中三個阻值為5kΩ的電阻組成分壓器，以形成比較器C1和C2的參考電壓UR1和UR2。當(dāng)控制電壓輸入端uIC懸空時，UR1=(2/3)UCC，UR2=(1/3)UCC；如果uIC外接固定電壓，則UR1=UIC，UR2=(1/3)UIC/2。當(dāng)不需要外接控制電壓時，一般是在UIC端和地之間接一個0.01μF的濾波電容，以提高參考電壓的穩(wěn)定性。

uI1和uI2分別是閾值電平輸入端和觸發(fā)信號輸入端。在電路正常工作時，電路的狀態(tài)就取決于這兩個輸入端的電平：當(dāng)uI1>UR1，uI2>UR2時，比較器C1的輸出R=0，較器C2的輸出S=1，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管V導(dǎo)通，輸出uO為低電平；當(dāng)uI1<UR1，uI2<UR2時，比較器C1的輸出R=1，比較器C2的輸出S=0，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管V截止，輸出uO為高電平；當(dāng)uI1>UR1，uI2<UR2時，比較器C1的輸出R=0，比較器C2的輸出S=0，基本RS觸發(fā)器的Q=Q=1，放電三極管V截止，輸出uO為高電平；當(dāng)uI1<UR1，uI2>uR2時，比較器C1的輸出R為高電平，比較器C2的輸出S為高電平，基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變，放電三極管V的狀態(tài)和輸出也保持不變。根據(jù)以上的分析，我們可以得到555定時器的功能表如表9-2所示。表9-2555定時器的功能表另外，根據(jù)上表可知，如果將放電端uO′經(jīng)一個電阻接到電源上，那么只要這個電阻足夠大，uO為高電平時uO′也為高電平，uO為低電平時uO′也一定為低電平。9.4.2555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器圖9-30用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器(a)電路圖；(b)波形圖根據(jù)圖9-30（a）所示電路，參考電壓UR1=(2/3)UCC，UR2==(1/3)UCC。

電源接通后，開始通過電阻R1和R2對電容C進行充電，使uC的電壓逐漸升高，此時滿足uI1<UR1、uI2<UR2，所以電路輸出uO為高電平，晶體管V截止；當(dāng)(2/3)UCC/3>uC>UCC時，滿足uI1<UR1、uI2>UR2，電路保持原狀態(tài)不變，電路輸出uO仍為高電平，晶體管V仍然截止；當(dāng)uC的電壓升高到略微超過(2/3)UCC/3時，滿足uI1>UR1，uI2>UR2，所以輸出uO變?yōu)榈碗娖?，晶體管V飽和導(dǎo)通，電路進入了另一個狀態(tài)，同時電容C開始通過晶體管V放電。隨著電容放電的進行，uC的電壓將逐漸下降，只要uC未下降到UCC/3，電路的輸出將一直保持在低電平，晶體管V一直飽和導(dǎo)通；當(dāng)uC下降到略低于UCC/3時，滿足uI1<UR1、uI2<UR2，電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出uO又跳到高電平，晶體管V截止，同時電容又開始充電。如此周而復(fù)始，便形成了多諧振蕩。根據(jù)以上分析和電路的工作波形，我們可以知道該多諧振蕩器輸出脈沖的周期T就等于電容的充電時間T1和放電時間T2之和，即：(9-24)(9-25)(9-26)根據(jù)式9-24和式9-25，還可以求出輸出脈沖的占空比：(9-27)可見，通過改變電阻R1、R2和電容C的參數(shù)，可以調(diào)整輸出脈沖的頻率和占空比。另外，如果參考電壓由外接電壓UIC控制，通過改變UIC的數(shù)值也可以調(diào)整輸出脈沖的頻率。9.4.3555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路及其工作波形如圖9-31所示。參考電壓UR1=(2/3)UCC，UR2=UCC/3。圖9-31用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(a)電路圖；(b)波形圖圖9-31所示電路中，外加觸發(fā)信號從觸發(fā)輸入端uI2輸入，所以是輸入脈沖的下降沿觸發(fā)。如果沒有觸發(fā)信號時,uI2處于高電平，則電路的穩(wěn)定狀態(tài)必然是：電路輸出uO為低電平，晶體管V飽和導(dǎo)通。這是因為：假設(shè)在接通電源后基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)為Q=1，則晶體管V飽和導(dǎo)通，輸出uO為低電平，且保持該狀態(tài)不變；如果在接通電源后基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)為Q=0，則輸出uO為高電平，晶體管V截止，電容將會被充電，uC的電壓上升；當(dāng)uC上升到略大于(2/