脉冲波形的产生和整形
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单元6脉冲波形的产生与整形
定义
使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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脉冲波形的产生和整形电路
脉冲波形发生器与整形电路
2.3.2 RC电路的零状态响应
动态元件的初始储能为零的状态叫零状态。零状态的
电路由外施激励引起的响应，称为零状态响应。外施激励
可以是恒定的电压或电流，也可以是变化的电压或电流。
这里只讨论直流激励引起的响应。
脉冲波形发生器与整形电路
图2.13（a）所示电路，开关S原来与“1”闭合已久，
其电压uC从0按指数规律上升到稳态值US；而电阻电压则 从0跃变到最大值US后，按指数规律衰减到0；电路中的电 流也是从0跃变到最大值 后按指数规律衰减到0。电压、
电流变化的快慢仍然取决于电路的时间U常S 数τ的大小。
R
脉冲波形发生器与整形电路
τ越大，uC上升越慢，暂态过程越长；反之，τ越小， uC上升越快，暂态过程越短。
脉冲波形发生器与整形电路
RC称为电路的时间常数，单位是秒 （s），用τ来表示，即τ=RC。
引入时间常数τ后，电压、电流的响应可 分别写成
t
uC U 0e (t≥0)
i
U0
t
e
R
(t≥0)
脉冲波形发生器与整形电路
uC衰减的快慢只与电路的时间常数τ有关，与初始储能
无关。图2.11示出了电容C在三个不同时间常数的放电电路
图2.10 RC电路的零输入响应曲线
2.时间常数
脉冲波形发生器与整形电路
从uC和i的表达式可以看出它们衰减的快慢取决于指数
中 的大小，也就是取决于1电路参数R和C的乘积，RC越
大，衰减越慢，过渡过程持RC续的时间越长；反之，RC值越
小，衰减越快，过渡过程持续的时间越短。因此，电容电
压和电流衰减的快慢，取决于电路中电阻R和电容C的乘积。
07脉冲波形的产生和整形
VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
当VI 1时，VO 1。
当VI 至VA VTH时，进入传输特性的放大区，故
VA VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOL
VA
VTH
VDD
(VDD
VT )
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
7.2.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
T2
RC ln VDD VDD
VT VT
RC ln VT VT
调节R和C的大小，可以改变振荡周期
输出脉冲占空比可调
同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、 R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述 效果。
练习：救护车报警音响电路
VCC (+12V)
R1 10kΩ
VCC RD
8
4
7
R2
150kΩ
555 3
vI1 6 ( A )
vC
vI2 2
R3
C1 10μF
15 0.01μF
R4
R5 10kΩ
环节,加大t
pd
。
2
第二步：为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
通过调整R、C 改（f R不能太大） RC常数远大于Tpd , 因此周期主要计算 RC环节
7.4.5 石英晶体多谐振荡器
1922年美国 卡第提出用石英 压电效应调制电磁振荡的频率。
数电第十篇-脉冲波形的产生与整形
02
03
锯齿波的线性整形
通过调整锯齿波的斜率， 使其线性化，从而改善脉 冲的形状。
锯齿波的幅度整形
通过改变锯齿波的幅度， 可以调整脉冲的宽度和高 度，实现脉冲的整形。
锯齿波的对称整形
通过调整锯齿波的上升沿 和下降沿，使其对称，从 而改善脉冲的形状。
三角波的整形
01
三角波的对称整形
时间测量
01
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统可以精确测量时间间
隔、速度和加速度等参数。
频率和周期测量
02
通过脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现高精度的频
率和周期测量。
距离和位移测量
03
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现非接触式距
离和位移测量。
在控制系统中的应用
伺服电机控制
脉冲波形产生与整形技术 用于控制伺服电机的运动， 实现精确的位置和速度控 制。
三角波的产生
一种常见的脉冲波形，其形状类似于三角形，具有对 称性。
输入 标题
差分电路
利用差分电路可以产生三角波。差分电路将输入的矩 形脉冲进行差分运算，形成三角波。
三角波
波形发生器
通过模拟电路（如运算放大器等）也可以产生三角波。 模拟电路将输入信号进行线性放大或缩小，形成三角
波波形。
模拟电路
波形发生器（如函数发生器）也可以产生三角波。波 形发生器内部通常包含差分电路，将输入信号进行差 分运算，形成三角波波形。
02
脉冲波形的整形
矩形脉冲的整形
矩形脉冲的对称整形
通过调整矩形脉冲的上升沿和下降沿， 使其对称，从而改善脉冲的形状。
矩形脉冲的幅度整形
矩形脉冲的延迟整形
通过引入适当的延迟，可以调整矩形 脉冲的起始时间和持续时间，实现脉 冲的整形。
03
锯齿波的线性整形
通过调整锯齿波的斜率， 使其线性化，从而改善脉 冲的形状。
锯齿波的幅度整形
通过改变锯齿波的幅度， 可以调整脉冲的宽度和高 度，实现脉冲的整形。
锯齿波的对称整形
通过调整锯齿波的上升沿 和下降沿，使其对称，从 而改善脉冲的形状。
三角波的整形
01
三角波的对称整形
时间测量
01
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统可以精确测量时间间
隔、速度和加速度等参数。
频率和周期测量
02
通过脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现高精度的频
率和周期测量。
距离和位移测量
03
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现非接触式距
离和位移测量。
在控制系统中的应用
伺服电机控制
脉冲波形产生与整形技术 用于控制伺服电机的运动， 实现精确的位置和速度控 制。
三角波的产生
一种常见的脉冲波形，其形状类似于三角形，具有对 称性。
输入 标题
差分电路
利用差分电路可以产生三角波。差分电路将输入的矩 形脉冲进行差分运算，形成三角波。
三角波
波形发生器
通过模拟电路（如运算放大器等）也可以产生三角波。 模拟电路将输入信号进行线性放大或缩小，形成三角
波波形。
模拟电路
波形发生器（如函数发生器）也可以产生三角波。波 形发生器内部通常包含差分电路，将输入信号进行差 分运算，形成三角波波形。
02
脉冲波形的整形
矩形脉冲的整形
矩形脉冲的对称整形
通过调整矩形脉冲的上升沿和下降沿， 使其对称，从而改善脉冲的形状。
矩形脉冲的幅度整形
矩形脉冲的延迟整形
通过引入适当的延迟，可以调整矩形 脉冲的起始时间和持续时间，实现脉 冲的整形。
脉冲波形的产生和整形
第十章脉冲波形的产生和整形内容提要本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。
在矩形波产生电路中介绍几种常用的多谐振荡器－对称式和非对称多谐振荡器、环形振荡器以及用施密特触发器和555定时器构成的多谐振荡器等。
此外对几种不同类型的压控振荡器也做了介绍。
在整形电路中，介绍了施密特触发器和单稳态触发器。
本章也讨论了最常用的555定时器及其所构成的施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
本章内容10.4 多谐振荡器10.5 555定时器及其应用一、产生矩形脉冲的途径形如图10.1.1所示。
其中：图10.1.1脉冲周期T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。
有时也用频率f＝1/ T表示单位时间内脉冲重复的次数上升时间t r ：脉冲上升沿从0.1V m 上升到 0.9V m 所需要的时间图10.1.1W ：从脉冲前沿到达0.5V m 起，到脉冲后沿到达0.5V m 为止的一段时间。
下降时间t ：脉冲下降沿从图10.1.1占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q ＝t w 注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度的稳定性10.2 施密特触发器（Schmitt Trigger）换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
图10.2.111I v 1R 2R I v ′o v 1o v ov ′G 1G 2图6.2.1 用C M O S 反相器构成的施密特触发器（a ）电路I v v ′I v o v 设反相器G 1和G 2均为CMOS 门，其阈值电压为＝011≈+=v R R v A ①当v I ＝0时， v o1＝ V OH ， v o ＝ V OL ≈0，此时G 1门的输入电压为逐渐升高到使得v A＝时，反相器进入电压传输特性的放大区（转折区），故v A的增加，会引起下面的正反馈，即v1o v vA设施密特触发器在输入信号v I 正向增加时的门槛电T ＋，称为正向阈值电压，此时v o ＝0， G 1门的输入电压为++=T 212TH V V R R R v A ＝121T V V R R R R ++＝于也存在正反馈，即ov 使电路迅速跳变到v o ＝V OL ≈ 0此时施密特触发器在v I 下降时对应输出电压由高电平转为低电平时的输入电压为DD 211T 2120211I 212TH V V V R R R R R R v R R R v R R R v A ++++++=－＝＝TH21T V )1V R R −＝（－由于V TH ＝ V DD / 2，故只要v ITH21T T T V 2V V V R R =∆－＋－＝THT I V R R V V )(211+==+THT I V R R V V )(211−==−施密特触发器的电压传输特性为图10.2.2所示图10.2.2TH V DDV Iv ov V O L＋T V －T V TV ∆TH V DD V Iv Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出V O HV O LV O H用门电路组成的施密特触发器TH DDV Iv ＋T －T TH V V Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出图100..2.3由C M OS 反相器构成的施密特触发器的电压传输特性V O LV O H图10.2.3(a)是以v o 做为输出的， v o 和v I 同相位；而图10.2.3(b)是以v ′A 做为输出的，利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲DD V I v ＋（b ）反相输出反相器构成的施密特触发器的电压传输特性利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压的幅度鉴别出来。
脉冲波形产生及整形
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.2 施密特触发器
主要用途：把边沿变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。
特点： ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。 ⑵电压传输特性特殊，电路有两个阈值电压（正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT－）。 ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。
图 脉冲定时
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.4 多谐振荡器 1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态 2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。 3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。
在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。 该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。
图 石英晶体振荡器电路
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
施密特触发器的应用 一. 用于波形变换
将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。
二. 用于脉冲整形
在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发 器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。
波形畸变
第六章脉冲波形的产生与整形
① 可将叠加在矩形 脉冲高、低电平上 的噪声有效滤除；
② 可以将边沿变 化缓慢的信号波形 整形为边沿陡峭的 矩形波。
5
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
VOH
VDD，VOL
0，VTH
1 2
V
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，
DD
且R1
R2
分压电阻
同相输出端
反相器
反相器
反相输出端
结构：将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端 的电压反馈到输入端，从而构成施密特触发器。
6
如何计算？
vI
vI R1
vo R2
R2
vo
R2 R1 R2
vI
R1 R1 R2
vo
(一)VI上升阶段分析：
①
当vI=0时，有：
vI
R1 R1 R2
vo
无论vo是高电平还是低电平，都使得
vI VTH， 所12 VDD
以G1门输出高电平，G2门输出低电平，即vo1=VDD，vo=0
② 当vI从0逐渐升高时，考虑到此过程同相输出端状态尚未翻
脉冲周期
占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值:q=TW/T
3
6.2 施密特触发器 6.3 单稳触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用
4
6.2 施密特触发器 (P309页)
施密特触发器的主要特点：
① 输入信号在上升和下降 过程中，电路状态转换所 对应的输入电平不同。
② 在电路状态转换时，通 过电路内部的正反馈过程， 可以使输出电压波形的边 沿变陡。
第六章 脉冲波形的产生和整形
引言： 在第四章和第五章时序逻辑电路中讲到的触发器状态的翻
脉冲波形的产生与整形(全)
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17
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
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18
(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 。
几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
脉冲波形的产生和整形在电子通信、工业控制和科学实验等领域具有广泛的 应用。了解不同脉冲波形和整形电路的知识，有助于优化系统设计和信号处 理。
锯齿波
边缘斜率匀速增加，常用于 信号发生器和音乐合成。
脉冲波形产生方式
1
基于定时器
利用微控制器或集成电路中的定时器来产生精确的脉冲波形。
2
基于电荷泵
利用电荷泵电路将电荷存储并释放，产生高频率的脉冲波形。
ห้องสมุดไป่ตู้
3
基于脉冲变换
利用放大和滤波电路将正弦波形转换为脉冲波形。
整形电路概述
整形电路用于将输入的不规则波形转换为规则的脉冲波形，提高信号质量和 准确性。
常见的整形电路类型
低通滤波器
去除高频噪声，保留低频成分。
施密特触发器
将输入的不稳定波形转换为稳定的方波输出。
微分器
输出与输入信号的斜率成正比的脉冲信号。
积分器
输出与输入信号积分值成正比的脉冲信号。
整形电路工作原理
整形电路通过调整信号的幅度、频率或相位，将输入波形转换为所需的脉冲 波形。
应用案例和总结
几种常用的脉冲波形的产 生和整形电路
脉冲波形广泛应用于电子领域，本演讲将介绍常见的脉冲波形种类、产生方 式以及整形电路类型和工作原理。
脉冲波形概述
脉冲波形是一种非周期性的电信号，具有高幅度且持续时间短暂的特点。
常用脉冲波形种类
方波
具有快速上升和下降的边缘， 常用于数字电路和通信系统。
脉冲状波
持续时间非常短暂，常用于 雷达和高速数据传输。
锯齿波
边缘斜率匀速增加，常用于 信号发生器和音乐合成。
脉冲波形产生方式
1
基于定时器
利用微控制器或集成电路中的定时器来产生精确的脉冲波形。
2
基于电荷泵
利用电荷泵电路将电荷存储并释放，产生高频率的脉冲波形。
ห้องสมุดไป่ตู้
3
基于脉冲变换
利用放大和滤波电路将正弦波形转换为脉冲波形。
整形电路概述
整形电路用于将输入的不规则波形转换为规则的脉冲波形，提高信号质量和 准确性。
常见的整形电路类型
低通滤波器
去除高频噪声，保留低频成分。
施密特触发器
将输入的不稳定波形转换为稳定的方波输出。
微分器
输出与输入信号的斜率成正比的脉冲信号。
积分器
输出与输入信号积分值成正比的脉冲信号。
整形电路工作原理
整形电路通过调整信号的幅度、频率或相位，将输入波形转换为所需的脉冲 波形。
应用案例和总结
几种常用的脉冲波形的产 生和整形电路
脉冲波形广泛应用于电子领域，本演讲将介绍常见的脉冲波形种类、产生方 式以及整形电路类型和工作原理。
脉冲波形概述
脉冲波形是一种非周期性的电信号，具有高幅度且持续时间短暂的特点。
常用脉冲波形种类
方波
具有快速上升和下降的边缘， 常用于数字电路和通信系统。
脉冲状波
持续时间非常短暂，常用于 雷达和高速数据传输。
数字电子技术基础第六章脉冲波形的产生与整形
第六章 脉冲波形的产生与整 形
第二节 555定时器
• 一、555定时器芯片的内部电路
第三节 脉冲波形产生电路
• 一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器 • （一）电路结构
பைடு நூலகம்
• （三）振荡频率的估算
tW 11ln v vC C v vC C t0 W 11ln V V C C C C1 3 2 3V V C CC C 1ln 20.7R 1R 2C
tW 22ln vvC C vvC C t0 W 22ln 0 0 1 3 3 2V V C CC C 2ln 20.7R2C
T t W 1 t W 2 0 . 7 R 1 R 2 C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 R 1 2 R 2 C
二、单稳态触发器
tW 1ln v v C C v v C C 0 tW RlC n V C V C C 3 2 C V 0 C C RlC n 3 1 .1 RC
（二）集成单稳态触发器芯片
(a) 上升沿触发，暂态为高 电平，不可重复触发
• （四）占空比可调的多谐振荡器电路
第四节 脉冲波形整形电路
• 一、施密特触发器
• 1．阈值电压 • （1）上限阈值电压 • （2）下限阈值电压 • 2．回差电压 • 3．电压传输特性曲线
（二）施密特触发器的应用
• 1．波形变换
• 2．脉冲整形
• 3．脉冲幅值鉴别
• 4．利用施密特触发器构成多谐振荡器
(b) 下降沿触发，暂态为高 电平，可重复触发
（三）单稳态触发器的应用
• 1．延时与定时 • （1）延时
vI
vO
tW
第二节 555定时器
• 一、555定时器芯片的内部电路
第三节 脉冲波形产生电路
• 一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器 • （一）电路结构
பைடு நூலகம்
• （三）振荡频率的估算
tW 11ln v vC C v vC C t0 W 11ln V V C C C C1 3 2 3V V C CC C 1ln 20.7R 1R 2C
tW 22ln vvC C vvC C t0 W 22ln 0 0 1 3 3 2V V C CC C 2ln 20.7R2C
T t W 1 t W 2 0 . 7 R 1 R 2 C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 R 1 2 R 2 C
二、单稳态触发器
tW 1ln v v C C v v C C 0 tW RlC n V C V C C 3 2 C V 0 C C RlC n 3 1 .1 RC
（二）集成单稳态触发器芯片
(a) 上升沿触发，暂态为高 电平，不可重复触发
• （四）占空比可调的多谐振荡器电路
第四节 脉冲波形整形电路
• 一、施密特触发器
• 1．阈值电压 • （1）上限阈值电压 • （2）下限阈值电压 • 2．回差电压 • 3．电压传输特性曲线
（二）施密特触发器的应用
• 1．波形变换
• 2．脉冲整形
• 3．脉冲幅值鉴别
• 4．利用施密特触发器构成多谐振荡器
(b) 下降沿触发，暂态为高 电平，可重复触发
（三）单稳态触发器的应用
• 1．延时与定时 • （1）延时
vI
vO
tW
单元6脉冲波形的产生与整形
uo1
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
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
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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
数字电路第8章脉冲波形的产生与整形概要
振荡周期为
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz ， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高 电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器 被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于
U21 3UC、 C U6(UC)0，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行，UC不断上升，趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于
，Uo
输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电，平但不只变要，13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳，
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉，冲R消S失触后发，器U状2回态到保高持电不平变，，在因U此2 ，13UUoCC、 一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时，RS触发器置 0，电路输出Uo
=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz ， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高 电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器 被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于
U21 3UC、 C U6(UC)0，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行，UC不断上升，趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于
，Uo
输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电，平但不只变要，13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳，
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉，冲R消S失触后发，器U状2回态到保高持电不平变，，在因U此2 ，13UUoCC、 一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时，RS触发器置 0，电路输出Uo
=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的
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VTH VT＋ VDDvI
(a）同相输出
（b）反相输出
图10.2.3 由CMOS反相器构成的施密特触发器的电压传输特性
图6.2.3(a)是以vo做为输出的， vo和vI同相位；而图 6.2.3(b)是以v A做为输出的， v A和vI反相位。另通过调 节R1和R2的比值，可调节VT＋、VT－和回差电压△VT的 大小。 2020/7/13
vA
vo
vo
使电路迅速跳变 到vo＝VOL≈ 0
此时施密特触发器在vI下降时对应输出电压由高电平转 为低电平时的输入电压为VT－，称为负向阈值电压，此 时vo＝VDD， G1门的输入电压为
2020/7/13
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
vA
R2 R1 R2
vI
R1 R1 R2
v0
v A＝VTH
通常的 矩形脉冲波 形如图6.1.1 所示。
2020/7/13
图6.1.1
6.1 概述
其中：
图6.1.1
脉冲周期T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉 冲之间的时间间隔。有时也用频率f＝1/ T表示单位时 间内脉冲重复的次数
脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度。
6.1 概述
图6.1.1
☻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。 ☻上升时间tr ：脉冲上升沿从0.1Vm上升到 0.9Vm所需 要的时间 ☻下降时间tf ：脉冲下降沿从0.9Vm 下降到 0.1Vm所需 要的时间
设反相器G1和G2均为CMOS门，其阈值电压为VTH＝ VDD/2，输出高低电平分别为VOH＝ VDD， VOL＝0，且
R1< R2
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
1.其工作原理
①当vI＝0时， vo1＝ VOH ， vo＝ VOL≈0，此时G1门的 输入电压为
vA
R1 R1 R2
v0
0
2020/7/13
2020/7/13
6.1 概述
图6.1.1
占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q ＝ tw /T 注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时 对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度的稳定性 等，这时需要另增加一些参数来描述脉冲。
6.2 施密特触发器（Schmitt Trigger）
施密特触发器时脉冲波形变换中经常使用的一种 电路，它具有下面两个性能特点：
2020/7/13
本章内容
6.1 概述 6.2 施密特触发器 6.3 单稳态触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用
6.1 概述
一、 产生矩形脉冲的途径 1.利用各种形式的多谐振荡器电路；
2.通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换成 符合要求的矩形脉冲。 二 、矩形脉冲特性的描述
R1 R1 R2
v0
设施密特触发器在输入信号vI正向增加时的门槛电
压（阈值电压）为VT＋，称为正向阈值电压，此时vo＝
0， G1门的输入电压为
vA
VTH＝
R2 R1 R2
VT
VT＝
R1 R2 R1
VTH
＝（1
R2 R1
)VTH
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
当vA>VTH时，电路状态 维持在vo＝VOH＝ VDD不 变 ③当vI从高电平VDD逐渐 下降到vA＝VTH时，由 于也存在正反馈，即
R2 R1 R2
vI
R1 R1 R2
v0
＝ R2 R1 R2
VT－
R1 R1 R2
VDD
由于VTH＝ VDD / 2，故
VT－＝（1
பைடு நூலகம்
R1 R2
)VTH
2020/7/13
只要vI<VT-，vo≈0
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
将VT＋和VT－之间的差值定义为回差电压，用△VT表示， 即
第一 输入信号从低电平上升的过程中，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过程 中对应的输入转换电平不同；
第二 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程 使输出电压波形的边沿变得很陡。
注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波 形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形 波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
VTH
VT＋
VOL
VDD vI
0 VT－
VTH VT＋
(a）同相输出
（b）反相输出
2020/7/13图10.2.3 由CMOS反相器构成的施密特触发器的电压传输特性
VDDvI
6.2v.o1 用门电路组成的施密特vA 触发器
VT
VT
VOH
VOH
VOL
0 VT－
VTH
VT＋
VOL
VDD vI
0 VT－
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
②当vI 从0逐渐升高到使得vA＝ VTH时，反相器进入电压传输特 性的放大区（转折区），故vA的 增加，会引起下面的正反馈，即
vA
vo1
vo
使电路迅速跳变 到vo＝VOH≈ VDD
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
由叠加原理得
vA
R2 R1 R2
vI
第六章 脉冲波形
的产生和整形
内容提要
本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。在矩形 波产生电路中介绍几种常用的多谐振荡器－对称式和 非对称多谐振荡器、环形振荡器以及用施密特触发器 和555定时器构成的多谐振荡器等。此外对几种不同 类型的压控振荡器也做了介绍。在整形电路中，介绍 了施密特触发器和单稳态触发器。本章也讨论了最常 用的555定时器及其所构成的施密特触发器、单稳态 触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
VT＝VT＋－VT－
2
R1 R2
VTH
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
施密特触发器的电压 传输特性为图6.2.2所 示
图6.2.2
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
施密特触发器的两个输出电压传输特性为图6.2.3所示
vo
VOH
VT
vA
VT
VOH
VOL
0 VT－
2020/7/13
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
将两极反相器串接起来，通过分压电阻把输出端的 电压反馈到输入端就够成施密特触发器电路，其电路 及其图形符号如图6.2.1所示。
R2
vI
R1
1 vo1 1
vI G1
G2
vI
vo
vI
vo
vo vo
（a） 电路
图6.2.1 用CMOS反相图器6.构2.1成的施密特触发器
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
2.施v密A 特触发器VT的主要特点： VOH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