第九章 脉冲波形的产生和变换
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数字电子技术-脉冲波形的产生与变换
3
锯齿波变换的应用
在数字电子技术中，锯齿波的变换常用于产生矩 形波等脉冲波形，这些波形在信号处理、测量和 控制等领域有广泛的应用。
04
脉冲波形产生与变换的方法
数字方法
数字方法是指通过数字电路和数字信号处理技术来产生 和变换脉冲波形。
数字方法可以通过编程实现各种不同的脉冲波形，如矩 形波、三角波、正弦波等。
数字电子技术-脉冲波形 的产生与变换
• 引言 • 脉冲波形的产生 • 脉冲波形的变换 • 脉冲波形产生与变换的方法 • 脉冲波形产生与变换的实际应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
脉冲波形是指具有特定形状、幅 度、宽度和重复频率的波形，广 泛应用于数字电子技术中。
02
脉冲波形的产生与变换是数字电 子技术中的重要内容，涉及到信 号处理、通信、控制等多个领域 。
光纤通信
在光纤通信中，脉冲波形产生与变换技术用于生成高速光脉冲，实现大容量、高速的光信号传输。通 过调制技术，将数字信号加载到光脉冲上，提高通信系统的传输效率和可靠性。
在测量技术中的应用
时间测量
利用脉冲波形产生与变换技术，可以生成精确的时间间隔和频率，用于时间测量和计时 应用。例如，高精度计数器和频率计等测量仪器利用脉冲波形产生与变换技术实现高精
数字方法具有精度高、稳定性好、易于实现复杂波形等 优点。
数字方法还可以实现脉冲波形的调制和解调，广泛应用 于通信、雷达、测控等领域。
模拟方法
01
模拟方法是指通过模拟 电路和模拟信号处理技 术来产生和变换脉冲波 形。
02
模拟方法具有简单、直 观、易于实现等优点。
03
模拟方法可以通过简单 的RC电路、LC电路等实 现矩形波、锯齿波等基 本脉冲波形。
脉冲波形的产生与变换教学课件
脉冲信号的产生方式
总结词
可以通过多种方式产生脉冲信号，如逻辑门电路、晶体管开关电路、数字IC等。
详细描述
产生脉冲信号的方式有多种，可以根据具体的应用需求选择合适的方式。常见的产生脉冲信号的方式包括使用逻 辑门电路、晶体管开关电路和数字IC等。这些电路可以通过组合和配置，产生不同形状和特性的脉冲信号，以满 足不同的应用需求。
根据观察和测量结果，调整电 路参数，实现脉冲波形的变换 。
实验结果与分析
实验结果记录
详细记录示波器显示的脉冲波形图像以及相关测量数据。
结果分析
根据记录的数据，分析脉冲波形的变化规律以及电路参数对波形的 影响。
结论总结
总结实验结果，得出脉冲波形变换的原理以及实现方法。
05
总结与展望
脉冲波形产生与变换的重要意义
。
电源：为电路提供稳定的直流 电压或交流电压。
实验步骤与操作方法
构建电路
根据实验要求，使用电子元件 构建脉冲波形变换电路。
观察与测量
使用示波器观察脉冲波形，并 记录相关数据。
准备实验器材
根据实验需求选择合适的电子 元件和测量仪器。
信号源设置
设置信号发生器，使其输出所 需的脉冲波形信号。
变换电路调整
脉冲波形产生与变换是电子工程、通信和控制工程等领域中 的重要技术，广泛应用于信号处理、雷达、无线通信、电力 电子和电机控制等领域。
脉冲波形产生与变换技术的不断发展和创新，对于推动相关 领域的技术进步和产业升级具有重要意义，能够促进社会经 济的发展和提高人们的生活水平。
当前研究现状与发展趋势
未来，脉冲波形产生与变换技术将继续向着高精度、 高稳定性和高效率的方向发展，同时将更加注重与其 他技术的融合和创新，如物联网、云计算和边缘计算 等。
脉冲波形的变换与产生
VT2
t
t
t
0
0
0
v0
v0
vI
幅度鉴别
01
t
02
t
03
0
04
0
05
vo
06
vI
07
VT+
08
VT-
09
幅度大于VT+的脉冲被保留
多谐振荡器
多谐振荡器（无稳态电路）是一种自激振荡电路，用来产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。 一、门电路组成的多谐振荡器 1 1 R C vo 振荡周期的计算：
二、用施密特触发器构成多谐振荡器
没有触发脉冲作用时电路处于一种稳态
1
在触发脉冲作用下。电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态
2
由于电路中RC的延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中RC的参数值
3
单稳态触发器的这些特性被广泛地应用于脉冲的整形、延时和定时等。
4
单稳态触发器的工作特性
VCC
C
T
vO
当vI 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态， T导通，C放电。
当vI 为高电平时，T截止，C充电，当C未充到 之前，电路处于暂稳态；若此期间，vI 输入负向脉冲， T导通，C放电，输出仍维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态（vo=0)
1
1
G1
G2
Rd
R
VDD
D
C
Cd
CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1
分类：可重复触发；不可重复触发。
01
不可重复触发单稳态触发器工作波形
t
t
t
0
0
0
v0
v0
vI
幅度鉴别
01
t
02
t
03
0
04
0
05
vo
06
vI
07
VT+
08
VT-
09
幅度大于VT+的脉冲被保留
多谐振荡器
多谐振荡器（无稳态电路）是一种自激振荡电路，用来产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。 一、门电路组成的多谐振荡器 1 1 R C vo 振荡周期的计算：
二、用施密特触发器构成多谐振荡器
没有触发脉冲作用时电路处于一种稳态
1
在触发脉冲作用下。电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态
2
由于电路中RC的延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中RC的参数值
3
单稳态触发器的这些特性被广泛地应用于脉冲的整形、延时和定时等。
4
单稳态触发器的工作特性
VCC
C
T
vO
当vI 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态， T导通，C放电。
当vI 为高电平时，T截止，C充电，当C未充到 之前，电路处于暂稳态；若此期间，vI 输入负向脉冲， T导通，C放电，输出仍维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态（vo=0)
1
1
G1
G2
Rd
R
VDD
D
C
Cd
CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1
分类：可重复触发；不可重复触发。
01
不可重复触发单稳态触发器工作波形
脉冲波形的产生和变换.
数字电子电路
第九章 脉冲波形的产生和变换
授课人：庄友谊
1
第九章
概述
脉冲波形的产生和变换
§9.1 多谐振荡器
§9.2 单稳态触发器
§9.3 施密特触发器
§9.4 555定时器的原理和应用
2
概述
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。
t
v1 (0) 0, v1 () VDD , RC
v1 (t ) VDD (1 e
t RC
第一段（T1）：
)
uo2
UT
0
T2
T1
t
v1 (T1 ) VT VDD (1 e T1 RC ln VDD VDD VT
T1 RC
)
uo1
0
第二段：
t
1
uo
uo1
0
C
uo2
0
由于电容电压不能
突变,当uo1 发生下跳 时,uA有一突变。 uA
UT
0
U
t
uo
0
1
uo1
1
uo2
100
A R
RS
1
uo
uo1
0
t1
t t t
C
t1 后，uo2>uo1，电容 反向充电,uA上升。
uo2
0
uA 只要uA<UT，uo就 不反转。
UT
0
U
t
uo
0
1
uo1
1
三、石英晶体振荡器
第九章 脉冲波形的产生和变换
授课人：庄友谊
1
第九章
概述
脉冲波形的产生和变换
§9.1 多谐振荡器
§9.2 单稳态触发器
§9.3 施密特触发器
§9.4 555定时器的原理和应用
2
概述
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。
t
v1 (0) 0, v1 () VDD , RC
v1 (t ) VDD (1 e
t RC
第一段（T1）：
)
uo2
UT
0
T2
T1
t
v1 (T1 ) VT VDD (1 e T1 RC ln VDD VDD VT
T1 RC
)
uo1
0
第二段：
t
1
uo
uo1
0
C
uo2
0
由于电容电压不能
突变,当uo1 发生下跳 时,uA有一突变。 uA
UT
0
U
t
uo
0
1
uo1
1
uo2
100
A R
RS
1
uo
uo1
0
t1
t t t
C
t1 后，uo2>uo1，电容 反向充电,uA上升。
uo2
0
uA 只要uA<UT，uo就 不反转。
UT
0
U
t
uo
0
1
uo1
1
三、石英晶体振荡器
最新9脉冲波形的产生与变换
阈值输入
5kΩ
C1
5k Ω
v I 2 ( 2)
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
C2
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
二．工作原理
（1）4脚为复位输入
端（ RD ），当RD
VCC 电 源
为低电平时，不管
( 8)
其他输入端的状态
5kΩ
控制电压
如何，输出vo为低 电平。正常工作时，
v I 2 ( 2)
C2
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
（3）基本RS触发器，
（4）放电三极管T及缓冲器G。
电路符号
VC C
RD
v IC
8 5
4
v I1 6
v I2 2
v
, O
7
555 3 vO
1
VCC 电 源
( 8)
控制电压
v I C ( 5) vI 1 ( 6)
7
vC
vI1 6
3 vO
vI
v I2 2 555
C
15
0 .0 1μ F C1
（2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。
vI
VC C
R
VC C R D
O
84
t
5kΩ
C1
5k Ω
v I 2 ( 2)
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
C2
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
二．工作原理
（1）4脚为复位输入
端（ RD ），当RD
VCC 电 源
为低电平时，不管
( 8)
其他输入端的状态
5kΩ
控制电压
如何，输出vo为低 电平。正常工作时，
v I 2 ( 2)
C2
触发输入
v
, O
( 7)
放电端
5k Ω
( 1)
RD 复位
( 4)
R&
& S
T
G
&
1 ( 3)
vO
（3）基本RS触发器，
（4）放电三极管T及缓冲器G。
电路符号
VC C
RD
v IC
8 5
4
v I1 6
v I2 2
v
, O
7
555 3 vO
1
VCC 电 源
( 8)
控制电压
v I C ( 5) vI 1 ( 6)
7
vC
vI1 6
3 vO
vI
v I2 2 555
C
15
0 .0 1μ F C1
（2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。
vI
VC C
R
VC C R D
O
84
t
9脉冲波形的产生与变换
③基本RS触发器：其置0和置1端为高电平有效触发。 是低 电平有效的复位端。正常工作时，必须使 处于高电平。
④ 放电管V：相当于一个受控电子开关。 输出为0时，V导通，输出为1时，V截止。
⑤ 缓冲器：缓冲器由G2和G3构成，用于提高电路的负载 能力。
（2）CC7555的功能
见P200表9-1
利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离 开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。
可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：
R1 VDD RD 4 555 6 uC C 2 1 5 0.01uF C1 3 uO 8 VDD
T T1 q= 1 = T T1 + T2 0.7 R1C = 0.7 R1C + 0.7 R2 C = R1 R1 + R2
CO
CO
TR GND R C
TR GND R
补充举例15 问以下电路是用555构成何种应用电路。 根据输入ui，画出输出uo波形。
EC V R R
ui
TH OUT TR D
uO
C
CO GND
uo波形
T+ T-
O C
vI
vI
1
vO
&
vO
单稳
vF
与门
（2）定时
当v/O=1时，与门打开， vO= vF。当v/O=0时， 与门关闭，vO为低电平。 显然与门打开的时间是 恒定不变的，就是单稳 输出脉冲v/O的宽度tW。
vO vF vO
tW
（2） 不规则的脉冲整形为矩形波
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tW决定于暂稳态时间。
脉冲波形的产生与变换.
脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法：一是利用振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器；二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
9.1 多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL门电路和CMOS门电路组成。
由于TTL门电路的速度比CMOS门电路的速度快, 故TTL门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL门电路组成的多谐振荡器由TTL门电路组成的多谐振荡器有两种形式：一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器；二是由非门和RC延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
①简单环形多谐振荡器uo(a) (b)图9－1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9－1（ａ）为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9－1（ｂ）为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
第9章脉冲波形的产生与变换
证参考电压不变。
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有+号和-号。当U+＞U-时，比较器 输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
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（3）基本RS触发器：R、S的值取决于比较器A、B的输出 。R端为RS触发器的复位端，该端为低电平时，Q=0，OUT端为
q tW 1 0 .7 (R 1 R 2)CR 1 R 2 tW 1 tW 2 0 .7 (R 1 2 R 2)CR 1 2 R 2
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实际中有时需要矩形波的脉冲宽度可变，图9.3.3就是一个占空比可调
的多谐振荡器电路。图中，二极管V1和V2使电容C的充电和放电路径不同
＋VCC＝＋6 V
2270
LED1 (红色) R
2470
LED2 (绿色)
图9.2.2 例9.2.1电路图
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解 由图9.2.2和表9.2.1可知， 由于电压控制端CO外加控制电压 uA=3 V，改变了CC7555的比较器A、 B的参考电压值， 使之分别 变为3 V（高触发端TH比较电压）和1.5 V（低触发端TR比较电压） 。由于图9.2.2电路中的高触发端TH（6脚）和低触发端TR（2脚）接
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VCC
RA1
84
RA2
84
7
7
RB1
6 555 3 uo1 RB2
6 555 3
uo2
uo1
2
2
C
C1
15
C2
0.01 F
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有+号和-号。当U+＞U-时，比较器 输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
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（3）基本RS触发器：R、S的值取决于比较器A、B的输出 。R端为RS触发器的复位端，该端为低电平时，Q=0，OUT端为
q tW 1 0 .7 (R 1 R 2)CR 1 R 2 tW 1 tW 2 0 .7 (R 1 2 R 2)CR 1 2 R 2
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实际中有时需要矩形波的脉冲宽度可变，图9.3.3就是一个占空比可调
的多谐振荡器电路。图中，二极管V1和V2使电容C的充电和放电路径不同
＋VCC＝＋6 V
2270
LED1 (红色) R
2470
LED2 (绿色)
图9.2.2 例9.2.1电路图
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解 由图9.2.2和表9.2.1可知， 由于电压控制端CO外加控制电压 uA=3 V，改变了CC7555的比较器A、 B的参考电压值， 使之分别 变为3 V（高触发端TH比较电压）和1.5 V（低触发端TR比较电压） 。由于图9.2.2电路中的高触发端TH（6脚）和低触发端TR（2脚）接
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VCC
RA1
84
RA2
84
7
7
RB1
6 555 3 uo1 RB2
6 555 3
uo2
uo1
2
2
C
C1
15
C2
0.01 F
09章 脉冲波形的产生与变换
uI
1
uI
单稳
uO
&
uO
uF
uO
与门
tW
uF uO
单稳态触发器的定时波形
数字电子技术
施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。 工作特性： ① 具有两个稳态； ② 属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号， 当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变； ③ 输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入 电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。
vI 0 vd 0 vO
1
tW
t
vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2 V DD 0 t w RC ln V DD V TH = RCln2
t
0 vI2 VDD VTH 0 vO
t
tw≈0.7RC
(2) 恢复时间tre
t tW
tre 3d
vO1 G1
vO 1 D v v I2 C R C
1
1
vd Rd
G2
t
vI
Cd
0
t1
t2
t
VDD
数字电子技术
c)电容充电,
vI
I2
vO1
t
I2 =VTH 产生如下正反馈过程：
vI2 vO vO1
vR
0 vd
v o2
迅速使 o1 = 1 o =0 电容放电 c =0 电路由暂稳态自动返回到稳态
uo
9.3 施密特触发器
电 压 传 输 特 性
0 U－ U+ u
I
①输入信号上升时对应的转换电平U+ ， 称为正向阈值电压； ②输入信号下降时对应的转换电平U－ ， 称为负向阈值电压； ③差值Δ U＝U+－U-，称为回差电压。
1
uI
单稳
uO
&
uO
uF
uO
与门
tW
uF uO
单稳态触发器的定时波形
数字电子技术
施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。 工作特性： ① 具有两个稳态； ② 属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号， 当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变； ③ 输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入 电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。
vI 0 vd 0 vO
1
tW
t
vC(0+) = 0；vC() =VDD =RC, VTH = VDD /2 V DD 0 t w RC ln V DD V TH = RCln2
t
0 vI2 VDD VTH 0 vO
t
tw≈0.7RC
(2) 恢复时间tre
t tW
tre 3d
vO1 G1
vO 1 D v v I2 C R C
1
1
vd Rd
G2
t
vI
Cd
0
t1
t2
t
VDD
数字电子技术
c)电容充电,
vI
I2
vO1
t
I2 =VTH 产生如下正反馈过程：
vI2 vO vO1
vR
0 vd
v o2
迅速使 o1 = 1 o =0 电容放电 c =0 电路由暂稳态自动返回到稳态
uo
9.3 施密特触发器
电 压 传 输 特 性
0 U－ U+ u
I
①输入信号上升时对应的转换电平U+ ， 称为正向阈值电压； ②输入信号下降时对应的转换电平U－ ， 称为负向阈值电压； ③差值Δ U＝U+－U-，称为回差电压。
脉冲波形产生与变换
随着技术的不断发展，对高速脉冲波形的 处理能力要求也越来越高，需要开发更高 效、高速的信号处理方法。
波形转换效率
波形产生与变换的集成化
在将一种脉冲波形转换为另一种脉冲波形 时，需要提高转换效率，以减少能量损失 和信号失真。
为了实现更小体积、更低成本的应用，需 要将脉冲波形产生与变换集成在一个小型 化、便携式的设备中。
脉冲波形的应用领域
01
02
03
04
通信
脉冲波形在数字通信中用于传 输数据，如脉冲编码调制 （PCM）和脉冲位置调制 （PPM）。
测量
利用脉冲波形进行时间、速度 、距离等物理量的测量，如雷
达测速仪和激光测距仪。
控制
脉冲波形用于控制各种电子设 备和系统，如电机驱动、开关
电源和自动控制系统。
医学成像
超声成像和核磁共振成像等医 学成像技术中，脉冲波形用于
缩小脉冲
通过减小脉冲的幅度，使其在幅度上 得到缩小。
脉冲的平移与翻转
平移脉冲
通过改变脉冲的时间位置，使其在时 间上得到平移。
翻转脉冲
通过改变脉冲的极性，使其在波形上 得到翻转。
脉冲的调制与解调
调制脉冲
通过将一个信号（如音频信号或视频信号）附加到脉冲上，使其在频率、相位或幅度上得到调制。
解调脉冲
通过将调制信号分离出来，还原出原始信号。
三角脉冲的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调 节，以满足不同的应用需求。
锯齿波的产生
锯齿波是一种特殊的脉冲波形，其特点是幅值从零线性增 加到最大值，然后又线性减小到零。与三角脉冲不同的是 ，锯齿波的上升沿和下降沿不光滑，呈现出锯齿状。
锯齿波可以通过模拟电路或数字电路等电子元件产生。锯 齿波的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调节 ，以满足不同的应用需求。
脉冲波形的产生与变换
02
脉冲波形的产生
矩形脉冲的产生
矩形脉冲：通过将电压快速地加到高 电平然后减到低电平，再重复这个过 程，可以产生矩形脉冲。
矩形脉冲的宽度和高度可以通过改变 电压的上升和下降速度以及高低电平 的电压值来调整。
三角脉冲的产生
三角脉冲：三角脉冲可以通过比较器电路产生，当输入信号大于某个阈值时，比 较器输出高电平，否则输出低电平。
脉冲波形产生与变换技术的实际应用
为了更好地发挥脉冲波形产生与变换技术的优势，未来研究可以加强该技术在各领域的实 际应用研究。通过与产业界的合作，推动脉冲波形产生与变换技术的成果转化，为经济发 展和产业升级提供技术支持。
感谢您的观看
THANKS
压力传感器
通过检测压力变化产生的 脉冲波形，实现对压力的 测量。
温度传感器
利用热敏元件产生的脉冲 波形，实现对温度的测量。
在医学领域的应用
超声成像
利用超声波产生的脉冲波形，通 过接收反射回的脉冲信号进行成
像。
核磁共振成像
通过施加脉冲磁场和射频脉冲， 获取组织中的氢原子核磁矩信息，
重建图像。
脉冲激光治疗
目的和意义
随着科技的发展，脉冲波形在各个领 域的应用越来越广泛，对脉冲波形产 生与变换的研究具有重要的实际意义。
此外，脉冲波形的产生与变换也是信 号处理领域的重要研究方向之一，对 于推动相关领域的发展具有重要意义。
研究脉冲波形的产生与变换，有助于 深入了解信号的特性和传播规律，为 信号处理、通信系统设计等领域提供 理论支持和技术指导。
够将输入的脉冲波形进行变换，得到所需的输出波形。实验结果表明，
该算法具有快速、准确和稳定的特点。
03
脉冲波形在各领域的应用
第09章 (脉冲波形的产生与变换)
+VCC 8 5k Ω CO TH 5 6 2 + － 5k Ω C1
R 4 G1 G3 Q & 3
1
&
0 1
uO
1 0
G2
＜2VCC/3
TR
+ － 5k Ω 1 C2
1
0 1
Q T
＞VCC/3
&
7
D
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 ③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。
小 结： 施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩 形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。
9.4 555定时器及其应用
1.555定时器
复位端 低电平有效
u o 为高电平，电路返回到第一种稳态。
S ＝1，
＝0，RS 触发器翻转，
下限阈值电压
上限阈值电压
回差电压（滞后电压）： Δ UT＝ UT＋－UT－ 前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V
缺点是回差太小，且不能调整。
9.3.2 施密特触发器的应用
＝ 1，RS 触发 器不翻转， u o 仍为高 电
ui
1
G1 1 R
G2 & 1.4 0.7 0 uo uo 0
u i (V) U T+ U T－ t
最新九章节脉冲波形产生与变换
输入端的C1和 R1也是微分电路， 其作用是使V1在触 发后能够回高，与 VI低电平宽度无关。
负沿触发
2、积分型 单稳态触发器
将R、C接为积分 方式，就构成积分型 单稳态触发器。
正沿触发
3、用施密特触发器构成单稳态触发器 利用施密特触发器的回差，产生暂态脉冲宽度。
4、暂态脉宽TW的计算
暂态的持续时间是由RC充放电回路决定的。
3、集成施密特触发器
施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一 般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器 输入的反相器和与非门等。
常用的CMOS施密特反相器芯片有40106，与非门有 14093。
常用的TTL施密特反相器有LS14，与非门有LS132。
内部电路自己看一下，总的特点仍然是当输入正向 增长时使其门槛较高，VT+较大；负向增长时门槛自动 降低，使VT-较小。
对放电周期： Vd（ 最终）= 0.3v
Vd（暂态开始）= 4.3v Vd（暂态结束）= 1.4v
对充电周期： Vd（ 最终）= 3.6v
Vd（暂态开始）= -1.8v Vd（暂态结束）= 1.4v
2、晶体稳频的多谐振荡器 晶体具有极高的频率稳定性，当外接信号的振荡频率 与晶体的固有频率一致时，它的电抗值很小；稍有偏离则 迅速增大。因此利用晶体作为反馈回路，可以得到很高的 频率稳定性。
九章节脉冲波形产生与 变换
第一节 分立元件脉冲单元电路（自学）
由于课时有限，这一节的内容我们不讲了。同学 们有时间自己看一下。
用分立元件构成脉冲单元电路是脉冲电路的基础， 在实际应用中经常有用分立元件构成脉冲电路的例子。
分立元件脉冲电路中，三极管基本上是作为反相 器来使用的，通常都构成正反馈耦合回路，完成不同 的功能。
负沿触发
2、积分型 单稳态触发器
将R、C接为积分 方式，就构成积分型 单稳态触发器。
正沿触发
3、用施密特触发器构成单稳态触发器 利用施密特触发器的回差，产生暂态脉冲宽度。
4、暂态脉宽TW的计算
暂态的持续时间是由RC充放电回路决定的。
3、集成施密特触发器
施密特触发器作为一种对输入信号的处理方式，一 般与反相器，与非门串联使用。构成具有施密特触发器 输入的反相器和与非门等。
常用的CMOS施密特反相器芯片有40106，与非门有 14093。
常用的TTL施密特反相器有LS14，与非门有LS132。
内部电路自己看一下，总的特点仍然是当输入正向 增长时使其门槛较高，VT+较大；负向增长时门槛自动 降低，使VT-较小。
对放电周期： Vd（ 最终）= 0.3v
Vd（暂态开始）= 4.3v Vd（暂态结束）= 1.4v
对充电周期： Vd（ 最终）= 3.6v
Vd（暂态开始）= -1.8v Vd（暂态结束）= 1.4v
2、晶体稳频的多谐振荡器 晶体具有极高的频率稳定性，当外接信号的振荡频率 与晶体的固有频率一致时，它的电抗值很小；稍有偏离则 迅速增大。因此利用晶体作为反馈回路，可以得到很高的 频率稳定性。
九章节脉冲波形产生与 变换
第一节 分立元件脉冲单元电路（自学）
由于课时有限，这一节的内容我们不讲了。同学 们有时间自己看一下。
用分立元件构成脉冲单元电路是脉冲电路的基础， 在实际应用中经常有用分立元件构成脉冲电路的例子。
分立元件脉冲电路中，三极管基本上是作为反相 器来使用的，通常都构成正反馈耦合回路，完成不同 的功能。
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第九章 脉冲波形的产生和整形 §9.1 多谐振荡器 §9.2 单稳态触发器 * §9.3 施密特触发器 §9.4 555定时器的原理和应用 555定时器的原理和应用
教学要求
• 理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的 理解多谐振荡器、单稳态触发器、 电路结构和工作原理。 电路结构和工作原理。 重点、难点： 重点、难点： • 多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。 多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。 作业： 作业：P382 9.2.3
tp≈0.32RC
3、单稳态触发器的应用
1. 脉冲整形
整形成宽度和幅度一定的脉冲串
v
0 v
t
0 脉冲整形
t
2. 脉冲定时
使某电路在Tw时间内动作或不动作 使某电路在Tw时间内动作或不动作
VO VB VA Vt
VB VA VO
TW
单稳电路
Vt
(a)逻辑图 (a)逻辑图
(b)波形图 (b)波形图
3. 脉冲延时
Vo下降沿比Vi下降沿滞后Tw时间 Vo下降沿比 下降沿滞后 时间 下降沿比Vi下降沿滞后Tw
TW VO Vt
单稳电路
Vt
0
VO TW
t
0 (a)逻辑图 (a)逻辑图
t t1 t2 (b)波形图 (b)波形图
§9.3 施密特触发器
自学
教学要求
• 掌握555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发 掌握555定时器电路结构和工作原理 定时器电路结构和工作原理， 多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。 器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。 重点、难点： 重点、难点： • 555定时器工作原理。 555定时器工作原理 定时器工作原理。 作业： 作业：P386 9.4.5
VDD ui
0
G1
1 ≥1
C
R uA
1
G2
ui 0 VDD 0 VDD 0 t uo1 t uA t uo2 0 tP (b) 波形 t
uo1
0 uo2 1 ≥
(a) 电路
脉冲宽度：tp=0.7RC
（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态 在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的 进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT 时，G2 的输出uo2 由1变为0。由于这时G1 输入触发信号已经过去， G1 的输出状态只由uo2 决定，所以G1 又返回到稳定的高电平输出。 uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电 路退出暂稳态而进入稳态，此时uo1＝1，uo2＝0。
§9.1 多谐振荡器
多谐振荡器又称矩形波发生器。 多谐振荡器又称矩形波发生器。 它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。 它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。 一. 门电路构成的多谐振荡器 （一）最简单的环形振荡器
利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇 利用逻辑门电路的传输延迟时间， 数个与非门首尾相接，就可以构成一个简 数个与非门首尾相接， 单的环形振荡器: 单的环形振荡器
§9.4 555定时器的原理和应用 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 555定时器是将模拟电路和数字电路集成 一体的电子器件。它使用方便, 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。 力较强, 目前得到了非常广泛的应用。 555定时器的工作原理 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分 555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电 压比较器: 触发器; 压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发器; 一个反 相器和一个晶体管T 结构见后图。 相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
0
uA
UT
0
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0CLeabharlann uo2 由于电容电压不能 突变,当 突变 当uo1 发生下跳 有一突变。 时,uA有一突变。
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
Uo1<uo2，电容
2． 集 成 单 稳 态 触 发 器
VCC Re xt /Ce xt NC NC Cext Rin NC
14
13
12
11 10 74121
9
8
1
2
3
4
5
6
7
Q NC TR-Ａ TR-B TR+ Q GND (a) 74121 的引脚排列图
74121的输出脉冲宽度：
tp≈0.7RC
TR-A、TR-B是两个下降沿有效 的触发信号输入端，TR+ 是上 升沿有效的触发信号输入端。 Q和是两个状态互补的输出端。 Rext/Cext、Cext是外接定时电阻 和电容的连接端，外接定时 电阻R（R=1.4k ～40k ）接 在VCC和Rext/Cext之间，外接定 时 电 容 C （ C=10pF ～ 10µF ） 接在Cext（正）和Rext/Cext之间。 74121内部已设置了一个2k 的定时电阻，Rin 是其引出端， 使用时只需将Rin与VCC连接起 来即可，不用时则应将Rin 开 路。
C
假设：开始时 假设：开始时uo=0
uo 1
1 2
uo
0
t t t t
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
电容上的电流， 电容上的电流， uA下降
0
uA
UT
0
uA≥UT时，uo不反转。 不反转。
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2 反转， 当uA=UT时，uo反转， uo1、uo2也一起反转。 也一起反转。
A RS R
3
uo1
uo
0
C
电流方向
uo2
0
由于u 上跳， 由于 o1上跳，电容 电压不能突变， 电压不能突变，所以 uA上跳，然后 A开始 上跳，然后u 下降…… 下降……
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t T
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
0
输出信号的周期近似为: 输出信号的周期近似为 T = 2.2 RC
触发端
R
1
VCC
8 6 5 2 7
RD
4
附录: 附录
RS 触发器功能表
R 1
3
R + R + A1
TH CO TR D
R Q S Q A2 T
S 0 1 0
Q 0 1
Q 1 0
uo
0 0 1
R
1
保持 保持 1 禁止 禁止
R 1 0 0
S
晶体管T uo 晶体管 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
充电,u 上升。 充电 A上升。 只要u 只要 A<UT，uo 不反转。 就不反转。
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2 当uA=UT 时，uo、 uo1、uo2反转
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
CC
首先讨论上图中加彩色部分的 首先讨论上图中加彩色部分的 加彩色部分 电路的工作原理。 电路的工作原理。
VCC
阈值端
TH CO TR
6 5 2 7
8
比较的结果
+ R A1 S A2
R R + -
阈值端
TH
触发端
TR
R
1 0 0
S
0 1 0
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3
& 1
uo1
& 2
uo2
& 3
uo3
设 uo3 的初始状态为0: 的初始状态为
& 1
uo1 1 0
& 2
uo2 & uo3 3 0 1 0 1
用波形图来表示,则为 用波形图来表示 则为: 则为 uo3
0
t
优点: 电路结构简单,所用元件少 所用元件少。 优点 电路结构简单 所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整 并且不可调整。 缺点 频率太高 并且不可调整。
VCC
8
RD
4
TH CO TR D
6 5 2 7
R + R + A1
R Q S Q A2 T
3
uo
R
1
8 VCC
4 RD
TH 6 CO 5 TR D
2 7
R R R
1
+ -
A1
教学要求
• 理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的 理解多谐振荡器、单稳态触发器、 电路结构和工作原理。 电路结构和工作原理。 重点、难点： 重点、难点： • 多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。 多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。 作业： 作业：P382 9.2.3
tp≈0.32RC
3、单稳态触发器的应用
1. 脉冲整形
整形成宽度和幅度一定的脉冲串
v
0 v
t
0 脉冲整形
t
2. 脉冲定时
使某电路在Tw时间内动作或不动作 使某电路在Tw时间内动作或不动作
VO VB VA Vt
VB VA VO
TW
单稳电路
Vt
(a)逻辑图 (a)逻辑图
(b)波形图 (b)波形图
3. 脉冲延时
Vo下降沿比Vi下降沿滞后Tw时间 Vo下降沿比 下降沿滞后 时间 下降沿比Vi下降沿滞后Tw
TW VO Vt
单稳电路
Vt
0
VO TW
t
0 (a)逻辑图 (a)逻辑图
t t1 t2 (b)波形图 (b)波形图
§9.3 施密特触发器
自学
教学要求
• 掌握555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发 掌握555定时器电路结构和工作原理 定时器电路结构和工作原理， 多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。 器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。 重点、难点： 重点、难点： • 555定时器工作原理。 555定时器工作原理 定时器工作原理。 作业： 作业：P386 9.4.5
VDD ui
0
G1
1 ≥1
C
R uA
1
G2
ui 0 VDD 0 VDD 0 t uo1 t uA t uo2 0 tP (b) 波形 t
uo1
0 uo2 1 ≥
(a) 电路
脉冲宽度：tp=0.7RC
（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态 在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的 进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT 时，G2 的输出uo2 由1变为0。由于这时G1 输入触发信号已经过去， G1 的输出状态只由uo2 决定，所以G1 又返回到稳定的高电平输出。 uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电 路退出暂稳态而进入稳态，此时uo1＝1，uo2＝0。
§9.1 多谐振荡器
多谐振荡器又称矩形波发生器。 多谐振荡器又称矩形波发生器。 它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。 它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。 一. 门电路构成的多谐振荡器 （一）最简单的环形振荡器
利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇 利用逻辑门电路的传输延迟时间， 数个与非门首尾相接，就可以构成一个简 数个与非门首尾相接， 单的环形振荡器: 单的环形振荡器
§9.4 555定时器的原理和应用 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 555定时器是将模拟电路和数字电路集成 一体的电子器件。它使用方便, 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。 力较强, 目前得到了非常广泛的应用。 555定时器的工作原理 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分 555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电 压比较器: 触发器; 压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发器; 一个反 相器和一个晶体管T 结构见后图。 相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
0
uA
UT
0
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0CLeabharlann uo2 由于电容电压不能 突变,当 突变 当uo1 发生下跳 有一突变。 时,uA有一突变。
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
Uo1<uo2，电容
2． 集 成 单 稳 态 触 发 器
VCC Re xt /Ce xt NC NC Cext Rin NC
14
13
12
11 10 74121
9
8
1
2
3
4
5
6
7
Q NC TR-Ａ TR-B TR+ Q GND (a) 74121 的引脚排列图
74121的输出脉冲宽度：
tp≈0.7RC
TR-A、TR-B是两个下降沿有效 的触发信号输入端，TR+ 是上 升沿有效的触发信号输入端。 Q和是两个状态互补的输出端。 Rext/Cext、Cext是外接定时电阻 和电容的连接端，外接定时 电阻R（R=1.4k ～40k ）接 在VCC和Rext/Cext之间，外接定 时 电 容 C （ C=10pF ～ 10µF ） 接在Cext（正）和Rext/Cext之间。 74121内部已设置了一个2k 的定时电阻，Rin 是其引出端， 使用时只需将Rin与VCC连接起 来即可，不用时则应将Rin 开 路。
C
假设：开始时 假设：开始时uo=0
uo 1
1 2
uo
0
t t t t
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
电容上的电流， 电容上的电流， uA下降
0
uA
UT
0
uA≥UT时，uo不反转。 不反转。
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2 反转， 当uA=UT时，uo反转， uo1、uo2也一起反转。 也一起反转。
A RS R
3
uo1
uo
0
C
电流方向
uo2
0
由于u 上跳， 由于 o1上跳，电容 电压不能突变， 电压不能突变，所以 uA上跳，然后 A开始 上跳，然后u 下降…… 下降……
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t T
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2
0
输出信号的周期近似为: 输出信号的周期近似为 T = 2.2 RC
触发端
R
1
VCC
8 6 5 2 7
RD
4
附录: 附录
RS 触发器功能表
R 1
3
R + R + A1
TH CO TR D
R Q S Q A2 T
S 0 1 0
Q 0 1
Q 1 0
uo
0 0 1
R
1
保持 保持 1 禁止 禁止
R 1 0 0
S
晶体管T uo 晶体管 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
充电,u 上升。 充电 A上升。 只要u 只要 A<UT，uo 不反转。 就不反转。
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
A RS R
3
uo1
uo
0
C
uo2 当uA=UT 时，uo、 uo1、uo2反转
0
uA
UT
0
U
uo
0
t t t t
uo 1
1 2
uo 2
100 Ω
CC
首先讨论上图中加彩色部分的 首先讨论上图中加彩色部分的 加彩色部分 电路的工作原理。 电路的工作原理。
VCC
阈值端
TH CO TR
6 5 2 7
8
比较的结果
+ R A1 S A2
R R + -
阈值端
TH
触发端
TR
R
1 0 0
S
0 1 0
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3
& 1
uo1
& 2
uo2
& 3
uo3
设 uo3 的初始状态为0: 的初始状态为
& 1
uo1 1 0
& 2
uo2 & uo3 3 0 1 0 1
用波形图来表示,则为 用波形图来表示 则为: 则为 uo3
0
t
优点: 电路结构简单,所用元件少 所用元件少。 优点 电路结构简单 所用元件少。 缺点: 频率太高,并且不可调整 并且不可调整。 缺点 频率太高 并且不可调整。
VCC
8
RD
4
TH CO TR D
6 5 2 7
R + R + A1
R Q S Q A2 T
3
uo
R
1
8 VCC
4 RD
TH 6 CO 5 TR D
2 7
R R R
1
+ -
A1