第6章--脉冲波形的产生与整形
6脉冲波形的产生和整形习题解答
6 脉冲的产生与整形习题解答108自我检测题1.理想方波的主要参数有频率（周期）、幅度、占空比。
2.实际方波信号的上升时间定义是上升沿从10%Vm 上升到90%Vm 所需要的时间。
3.方波信号的获取有两种方法，一种是直接产生，一种是利用已有信号整形或变换产生。
4.施密特触发器的主要参数有V T+、V T-和回差电压。
5.在图6.2-3所示的施密特触发器中，如果R1>R2，则当v i=0V时，G1和G2的输出状态无法确定。
6．为了构成多谐振荡器，应采用反（同、反）相施密特触发器。
7．多谐振荡器也称方波发生器，“多谐”是指方波中除了基波成分外，还含有高次谐波。
8．集成单稳触发器，分为可重触发及不可重触发两类，其中可重触发指的是在暂稳态期间，能够接收新的触发信号，重新开始暂稳态过程。
9．如图T6.9所示是用CMOS或非门组成的单稳态触发器电路，v I为输入触发脉冲。
指出稳态时a、b、d、e各点的电平高低；为加大输出脉冲宽度所采取的下列措施哪些是对的，哪些是错的。
如果是对的，在（）内打√，如果是错的，在（）内打×。
（1）加大R d （）；（2）减小R（）；（3）加大C（）；（4）提高V DD （）；（5）增加输入触发脉冲的宽度（）。
v IvOV图P6.9解：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×10．四个电路输入v I、输出v O的波形如图T6.10所示，试写出分别实现下列功能的最简电路类型（不必画出电路）。
（a）二进制计数器；（b）施密特触发器；（c）单稳态触发器；（d）六进制计数器。
6 脉冲的产生与整形习题解答 109ttv I v tt（a ）vv （b ）t t v I v （c）v Iv （d ）图 T6.1011．单稳态触发器的主要用途是 。
A ．整形、延时、鉴幅 B ．延时、定时、存储 C ．延时、定时、整形 D ．整形、鉴幅、定时12。
脉冲波形的产生与整形a
将输入脉冲波形的某一部分固定 在特定的电平上，使得输出波形 在特定时间段内保持恒定的幅度。
实现方式
采用钳位电路，如二极管钳位电路、 运放钳位电路等，对输入信号进行 非线性处理。
应用场景
适用于需要固定信号幅度的场合， 如数字电路中的电平转换、脉冲波 形的幅度调整等。
比较器整形技术
原理
利用比较器对输入脉冲波形与参考电平进行比较，根据比较结果输 出相应的电平，从而实现对输入波形的整形。
THANKS
感谢观看
案例一
使用示波器对某型号激光器的脉冲输出进行测量，获取了脉冲信号的幅度、频率和波形信息，为后续的光学实验提供 了准确的数据支持。
案例二
在通信系统中，对接收到的脉冲信号进行采样测量和频谱分析，成功提取了信号的频率成分和幅度信息，为通信系统 的性能评估提供了重要依据。
案例三
在电力电子领域，对开关电源的脉冲输出进行测量和评估，发现其存在较大的谐波失真和噪声干扰，为 后续的优化设计提供了方向。
脉冲波形特性
01
02
03
04
幅度
脉冲波形的幅度通常指其最大 值和最小值之间的差值，反映
了波形的强度。
宽度
脉冲波形的宽度指脉冲持续的 时间，也称为脉冲宽度。
周期
脉冲波形的周期指相邻两个脉 冲之间的时间间隔，反映了波
形的频率。
占空比
占空比指脉冲宽度与周期之比 ，反映了脉冲在周期内的占比
。
脉冲波形分类
06
总结与展望
研究成果总结
脉冲波形产生技术
成功研发出多种脉冲波形产生技术，包括基于振荡器、数 字合成、模拟电路等方法，实现了高精度、高稳定性的脉 冲信号输出。
脉冲波形整形技术
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。
第6章 脉冲产生、整形电路
6.3 多谐振荡器 6.3.1 用555定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成及其工作原理
1.电路组成：仿真图6.3.1所示是用555定时器构成的 多谐振荡器。 2.工作原理：起始状态 （1）暂稳态I （2）自动翻转I （3）暂稳态Ⅱ （4）自动翻转Ⅱ
二、振荡频率的估算和占空比可调电路
6.1.2 集成施密特触发器 一、CMOS集成施密特触发器
1.引出端功能图：仿真图6.1.4所示是国产CMOS集成 施密特触发门电路CC40106（六反相器）和CC4093 （四2输入与非门）的引出端功能图。 2.主要静态参数
二、TTL集成施密特触发器
1.外引线功能图：仿真图6.1.5所示是几种常用的国产 TTL集成施密特触发逻辑的外引线功能图。 2.几个主要参数的典型值
1.振荡频率的估算 2.占空比可调电路：如仿真图6.3.3所示。
6.3.2 石英晶体多谐振荡器
一、石英晶体的选频特性 二、石英晶体多谐振荡器 1.电路组成：仿真图6.3.5所示是一种比较典型的石英 晶体振荡电路。 2.工作原理 3.CMOS石英晶体多谐振荡器：仿真图6.3.6所示是更 简单、更典型的CMOS石英晶体振荡电路。
二、阈值探测、脉冲展宽
1.用作阈值电压探测器 图 6.1.8所示是用作阈值电压探测器时，施密 特触发器的输入、输出波形，显然，凡是幅值达 到UT+的输入电压信号，均可被探测出来并形成相 应的输出脉冲。 2.用作脉冲展宽 图 6.1.9所示是用施密特触发器构成的脉冲展 宽器的电路及工作波形图。 3.用作多谐振荡器 仿真图 6.1.10 所示是用施密特触发反相器构 成的多谐振荡器。
二、可重触发单稳态触发器74122 74122 是一种比较典型的可重触发 TTL 单稳态触发器。 1.图形符号与功能表 （1）图形符号：仿真图6.2.4所示是可重触发单稳态 触发器74122的国标图形符号。 （2）功能表：见表6.2.2 2.功能说明及主要参数 （1）功能说明 （2）主要参数
第六章 脉冲波形的产生与整形
忽略门电路输入电阻的影响，τre=RC
3． fmax——最高工作频率
fmax≤
tw
1 t re
第四节
对称式多谐振荡器
多谐振荡器
自激振荡，无须外加触发信号便有矩形脉冲输出。
1.电路结构
C2 vI1 G1 vO1 C1 vI2 G2 vO2
只要RF选择 合适，静态 工作点P位于 转折区
特点
单稳态触发器
1、有一个稳态和一个暂稳态。
2、在外界触发信号作用下，能从稳态变为暂稳态，维持一段 时间后自动返回稳态。
3、暂稳态维持的时间长短取决于内部电路参数。
用门电路构成的单稳态触发器
积分型单稳态触发器： G1 、 G2 为TTL门电路
vI
G1 vO1
RC积分
电路形式
G2
R
vA
vO
C
RC构成积 分环节 。R 取值较小以保证vO1 为 低电平时vA在VTH以下。
第三节
工作原理：
单稳态触发器
稳态下：vI = 0，vO = 1，vO1 = VOH ，vA = VOH ； vI 后，v = 0，进入暂稳态，v = 0， C 开始放电；
O O1
当放至vA = VTH 后，vO = 1，返回稳态； vI 后， C 重新充电至VOH ，恢复初始态。
vI
G1 vO1
第五节 555定时器及其应用
一、CMOS集成定时器7555的结构 电源
VDD
R
8
4
复位端（置0输入端） 输出端
8 7 6 5
高电平输入端（阈值端）
TH 6 CO
3
OUT
5
第六章 脉冲的产生与原理及原理的应用
第6章脉冲波形的产生与整形
3. 实训设备及元器件 (1) 实训设备： 双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示 波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表(数字表、指针表 各1块)。 (2) 实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块 NE555。 4. 测试内容 1) 测试电路 测试电路如图6.9所示。 2) 测试步骤 (1) 按图6.9所示接好电路，在输入端接入信号发生器，并用 示波器分别观测输入端和输出端的波形
1. 实训任务 (1) 用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。 (2) 分析和仿真555定时器的逻辑功能。 (3) 记录并比较测试结果。 2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。 3. 实训设备及元器件 (1)实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万 用表(数字表、指针表各1块)。 (2)实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块NE555。
第6章脉冲波形的产生与整形
NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，它主要由3个电阻
R组成的分压器、两个高精度电压比较器C1和C2、一个基本RS
触发器、一个作为放电的三极管VT及输出驱动G3组成。
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.1 NE555集成定时器内部电路
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.2所示为555定时器的逻辑符号 和引脚排列。
t RC ln uC () uC (0) uC () UD
(6-2)
第6章脉冲波形的产生与整形
第6章 脉冲波形的产生与整形思考题与习题题解
思考题与习题6-1选择题（1） TTL单定时器型号的最后几位数字为（ A ）。
A.555B.556C.7555D.7556（2）用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压为(B )。
A.3.33VB.5VC.6.66VD.10V（3）555定时器可以组成(ABC )。
A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.JK触发器（4）若图6-43中为TTL门电路微分型单稳态触发器，对R1和R的选择应使稳态时：（ B）图6-43A.与非门G1、G2都导通（低电平输出）；B.G1导通，G2截止；C.G1截止，G2导通；D.G1、G2都截止。
（5）如图6-44所示单稳态电路的输出脉冲宽度为t WO=4μs，恢复时间tre=1μs,则输出信号的最高频率为（C）。
图6-44A.fmax=250kHz;B.fmax≥1MHz;C.fmax≤200kHz。
（6）多谐振荡器可产生（ B ）。
A.正弦波B.矩形脉冲C.三角波D.锯齿波（7）石英晶体多谐振荡器的突出优点是（C）。
A.速度高B.电路简单C.振荡频率稳定D.输出波形边沿陡峭（8）能将正弦波变成同频率方波的电路为（B）。
A.稳态触发器B.施密特触发器C.双稳态触发器D.无稳态触发器（9）能把2 kHz 正弦波转换成 2 kHz 矩形波的电路是（B）。
A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（10）能把三角波转换为矩形脉冲信号的电路为（D）。
A.多谐振荡器B.DACC. ADCD.施密特触发器（11）为方便地构成单稳态触发器，应采用（C）。
A.DACB.ADCC.施密特触发器D.JK 触发器（12）用来鉴别脉冲信号幅度时，应采用（D）。
A.稳态触发器B.双稳态触发器C.多谐振荡器D.施密特触发器（13）输入为2 kHz 矩形脉冲信号时，欲得到500 Hz矩形脉冲信号输出，应采用（D）。
A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（14）脉冲整形电路有（BC ）。
[工学]第6章脉冲波形的产生和整形
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h
11
CO
TH
＜2VCC/3
TL
＜VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
－
6
5kΩ
2
+0
－ C2
5kΩ
G1
G3
Q
&
&
0
3 uO
1
G2
& Q1
7D
T
⑤R =1、
VTH>2VCC/3、 VTL＜VCC/3时， C1=0、C2=0， Q=1、Q=1，
§6.3 施密特触发器
施密特触发器是波形变换电路。
施密特电路的特点: 有两个稳定状态
输入信号在上升和下降过程中，电路状态 转换的输入电平不同
电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形 边沿变陡
h
13
一、电路组成
h
14
二、工作原理
上限阈值电压VT+=（2/3）Vcc
下限阈值电压VT-=（1/3）
V回cc差电压
uo=0，T饱和导 通。
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、VTH＞2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
③R=1、VTH < 2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。 ④R=1、VTH < 2VCC/3、VTLh < VCC/3时，C1=1、C2=0， 12 Q=0、Q=1，uo=1，T截止。
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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8.1.2 集成555定时器的应用
➢ 多谐振荡器 ➢ 单稳态触发器 ➢ 施密特触发器
2020/8/16
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(一) 多谐振荡器
➢ 多谐振荡器是一种产生矩形脉冲波的自激 振荡器。由于矩形波含有丰富的高次谐波， 所以矩形波振荡器又称为多谐振荡器。多 谐振荡器没有稳态，不需外加触发信号， 当接通电源后，便可以自动地周而复始地 产生矩形波输出。
8
5 R1 5k Ω
V-C TH 6
VR1
+ - C1
R2 5k Ω
2
TL
+
VR2 - C2
R3 5k Ω
4R
R
1
VC1(VR)
Q 3
3 v0
S VC1(VS)
7
2Q
D
T R
1
图8-1集成5G555定时器原理图 7
1、555定时器基本结构
基本RS触发器 电源端
电阻分压器
8
电压控制端 5 R1 5k Ω
VCC时，
比较器C1输出低电平， 比较器C2输出低电平，
输出端v0为高电平， 放电三极管TD截止。
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11
5G555定时器的功能表。如表8-1所示。
表8-1 5G555定时器的功能表
TH
× ＞2VCC/3 ＜2VCC/3 ＜2VCC/3
TL
× × ＞VCC/3 ＜VCC/3
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施密 特触发器 。
单元6脉冲波形的产生与整形
1 uo1 1 uo2 1
uo2 uo
uo
(a) 电路
6tpd (b) 工作波形
主2要020特/4/1点5 ：结构简单，振荡周期短，振荡频率高且不可调。
二、RC环形多谐振荡器
电路如图所示。它是在两个反相器之间引入 RC 电路作为延 时环节，达到既可以延时，又可通过调节R 或C的值来调节频 率的作用。RS为限流电阻。
工作波形如图所示。输出脉冲宽度： tW 1.1RC
ui
84
VCC
13VCC
R7
ui
6 2
555
3 uo 5
0 23VCC uc
t
C 1
103
0 uo
t
UoH
tW
UoL
0
t
2020/4/15
6.3 施密特触发器
施密特触发器的基本特点是：有两个稳定状态，能 够把变化非常缓慢的输入波形整形成适合于数字电路 需要的矩形脉冲，电路两状态的转换，都取决于触发 电平值，但状态1转换到状态2和状态2转换到状态1， 其触发电平值是不同的(具有滞回特性)，二者之差称 为回差。施密特触发器抗干扰能力很强，可用作波形 变换、整形、幅度鉴别和脉冲展宽等电路。
学习重点：典型脉冲波形产生与整形电路的分析；脉冲整形 电路输入、输出电压波形之间关系；555定时器的实际应用。
2020/4/15
6.1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，没有稳定状态， 只有两个暂稳状态，也不需要外加触发脉冲。其状态 转换完全由电路自行完成，当电路接好之后，只要接 通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲。
R1
G1 ≥1
R uo1 C
uA
G2 ≥1 uo2
第6章_脉冲波形的产生与变化
6.2 多谐振荡器
6.2.1 门电路组成的多谐振荡器 6.2.2 石英晶体振荡器
6.2.1 门电路组成的多谐振荡器
1．电路组成及工作原理
由门电路组成的多谐振荡器的特点： （1）电路中含有开关器件，用于产生 高、低电平。 （2）具有反馈网络，将输出电压恰当 的反馈给开关器件使之改变输出状态。 （3）有延迟环节，获得所需要的振荡 频率。
图6-14
555定时器的电气原理图和电路符号
6.5.2 基本功能
由电路框图和功能表可以得出如下结 论： 1.555定时器有两个阈值。 2.输出端3脚和放电端7脚的状态一致 ，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接 有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平 对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为 高电平。
一种由 CMOS 门电路组成的多谐振荡 器如图6-2所示。 其原理图和工作波形图分别如图6-3 （ a）、（b）所示。
图6-2
由CMOS门电路组成的多谐振荡器
图6-3
多谐振荡器原理图和波形图
2．振荡周期的计算
根据以上分析所得电路在状态转换时 的几个特征值，可以计算出图6-3(b)中的周 期值。
(2)输出脉冲宽度 由图6-9的波形图可知，输出脉冲宽度 为：
u12 () u12 (0) 0 U DD tW RC ln RC ln RC ln 2 0.7 RC u12 (tW ) u12 () Uth U DD
图6-9
电路的电压波形图
6.3.2 集成单稳态触发
6.2.2 石英晶体振荡器
为得到频率稳定性很高的脉冲波形， 多采用由石英晶体振荡器。 石英晶体的电路符号和阻抗频率响应 如图6-4所示。 由阻抗频率响应可知，石英晶体的选 频特性非常好。
数字电子技术基础 第四版 课后答案6
第六章 脉冲波形的产生和整形[题] 用施密特触发器能否寄存1位二值数据，说明理由。
[解] 不能，因为施密特触发器不具备记忆功能。
[题] 在图（a ）所示的施密特触发器电路中，已知Ω=k R 101，Ω=k R 302。
G 1和G 2为CMOS 反相器，V DD =15Ｖ。
（1）试计算电路的正向阈值电压ＶＴ＋、负向阈值电压ＶＴ－和回差电压△V T 。
（2）若将图（b ）给出的电压信号加到（a ）电路的输入端，试画出输出电压的波形。
［解］ (1) V V V R R V TH T 1021530101121=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+V V V R R V TH T 521530101121=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-V V V V T T T 5=-=∆-+(2) 见图。
［题］ 图是用ＣMOS 反相器接成的压控施密特触发器电路，试分析它的转换电平ＶT+、V T- 以及回差电压△ＶT 与控制电压ＶCO 的关系。
[解] 设反相器G 1输入端电压为,I υ'则根据叠加定理得到 3123102132132132////////////R R R R R R R R R R V R R R R R CO I I +++++='υυυ（1）在I υ升高过程中00=υ。
当升至TH IV ='υ时，+=T I V υ，因而得到 2132132132////////R R R R R V R R R R R V V CO T TH +++=+3232121321////////R R R R R R R R R R V V V CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=+CO TH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=（2）在I υ降低过程中DD 0V =υ。
当降至TH IV ='υ时，-=T I V υ，于是可得 312312132132132////////////R R R R R V R R R R R V R R R R R V V DD CO T TH +++++=-323213123121321////////////R R R R R R R R R R V R R R R R V V V DD CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=-COTH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+= （3） DD TH T T T V R R V R R V V V 21212==-=∆-+（与V CO 无关）根据以上分析可知，当Vco 变小时，V T+ 和V T- 均增大，但回差电压△V T 不变。
6第六章脉冲波形的产生和整形
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
R A2
SQ
D7
T
1
附录:
RS 触发器功能表
RS Q Q
3 uo 1 0 0 1
01 1 0
0 0 保持 保持 1 1 禁止 禁止
R S Q 晶体管T uo
1 0 1 导通 0 0 1 0 截止 1 0 0 保持 保持 保持
（6-39）
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
0
uo1
0
uo2
输出信号的周 期近似为:
T = 2.2 RC
0
uA
UT 0U
T
t t t t
（6-15）
6.3.2 RC耦合式振荡器
uo1
uR1
uo1 uR2
1 C1 R1
C2
2 R2
uo2
0
uR2
UT
0
uo1 C2
1 uR1
R1
C1 uo2
uo2
uo2
C1
2
R2
R1
R2
C2
1
2
uo
( b)
石英晶体 C1 ( c)
（6-18）
§6.4 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是: 输出端只有一个稳定 状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信 号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。