脉冲波形产生和整形
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脉冲波形的产生与整形a
原理
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
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
第十章——脉冲波形的产生与整型
单稳态触发器 第22讲
电路结构
vO
1
vO 1 D vI2 R G2
vI
vO1 G1 1 Cd vd Rd C 1
vO G2
G1 vI Cd
& vd Rd
C vC
D v I2 v C R VDD
(CMOS门，与非，负脉冲触发)
(CMOS门，或非，正脉冲触发)
1、CMOS或非门电路构成的微分型单稳态触发器 （1）电路结构 正脉冲触发 （2）工作原理分析 解决三个问题： ①什么是稳态？ ②如何在外部触 发脉冲作用下，由 稳态进入暂态？
vI
同相ST传输特性
反相ST传输特性
10.2 施密特触发器
4、施密特触发器应用
1. 波形变换
vI
0
vO1 VOH
VT VT
t
vo
0
t
vI
VOL o
VT_ VT+
2. 波形整形
vI
vI VT+ VT– 0 vO VOH VOL 0
1
vO
vI vI VT+ VT–
t
1
vO
0 vO VOH VOL 0
(3)当VI 1 至VTH , 又返回第一个暂稳态。
二、电压波形
脉冲宽度计算： TW T1 T2 T1 : C放电，从VTH VDD 放至VTH T2 : C充电，从VTH VDD 充至VTH
V( ) V( 0) tw RC ln V( ) V( t )
【题10-1】 在图题10-1所示的电路中，已知R1=10kW，R2=30kW， 其中CMOS非门电路的电源电压VCC=6V。 ① 计算该电路的正向阈值电压VT+、负向阈值电压VT－和回差电压ΔVT。 ② 画出该电路的传输特性曲线。
电路结构
vO
1
vO 1 D vI2 R G2
vI
vO1 G1 1 Cd vd Rd C 1
vO G2
G1 vI Cd
& vd Rd
C vC
D v I2 v C R VDD
(CMOS门，与非，负脉冲触发)
(CMOS门，或非，正脉冲触发)
1、CMOS或非门电路构成的微分型单稳态触发器 （1）电路结构 正脉冲触发 （2）工作原理分析 解决三个问题： ①什么是稳态？ ②如何在外部触 发脉冲作用下，由 稳态进入暂态？
vI
同相ST传输特性
反相ST传输特性
10.2 施密特触发器
4、施密特触发器应用
1. 波形变换
vI
0
vO1 VOH
VT VT
t
vo
0
t
vI
VOL o
VT_ VT+
2. 波形整形
vI
vI VT+ VT– 0 vO VOH VOL 0
1
vO
vI vI VT+ VT–
t
1
vO
0 vO VOH VOL 0
(3)当VI 1 至VTH , 又返回第一个暂稳态。
二、电压波形
脉冲宽度计算： TW T1 T2 T1 : C放电，从VTH VDD 放至VTH T2 : C充电，从VTH VDD 充至VTH
V( ) V( 0) tw RC ln V( ) V( t )
【题10-1】 在图题10-1所示的电路中，已知R1=10kW，R2=30kW， 其中CMOS非门电路的电源电压VCC=6V。 ① 计算该电路的正向阈值电压VT+、负向阈值电压VT－和回差电压ΔVT。 ② 画出该电路的传输特性曲线。
脉冲波形的产生和整形—单稳态触发器(电子技术课件)
+VDD
8
R
vI
O
5
CO
t
vO
O
vC
5kΩ
U+
6
2UDD/3 TH
1VDD/3
U-
C
暂稳态
t
4R
>1UDD/3 2
vI TR
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
1 R Q
0
S
T
1
OtU SS来自7 DQ1
1
1
Q
5kΩ
2VDD/3
0
3
0
OUT
输出脉冲的宽度 等于暂稳态持续时间，而暂稳态持续时间等于电容电压
单稳态触发器的应用
● 脉冲整形
● 脉冲定时
● 脉冲延时
脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差
或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器
进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号加到单
稳态触发器的输入端，输出便可得到符合要求
的矩形脉冲。
暂稳态期间输出电平的高低与输入信号状态
无关，即使输入信号不规则，也能使输出成为
<1UDD/3
2
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
0 R Q
1
S
T
1
7 D
1
1
0
Q
5kΩ
U SS
1
Q
3
1
OUT
（三）自动恢复稳态
8
R
vI
O
5
CO
t
vO
O
vC
5kΩ
U+
6
2UDD/3 TH
1VDD/3
U-
C
暂稳态
t
4R
>1UDD/3 2
vI TR
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
1 R Q
0
S
T
1
OtU SS来自7 DQ1
1
1
Q
5kΩ
2VDD/3
0
3
0
OUT
输出脉冲的宽度 等于暂稳态持续时间，而暂稳态持续时间等于电容电压
单稳态触发器的应用
● 脉冲整形
● 脉冲定时
● 脉冲延时
脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差
或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器
进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号加到单
稳态触发器的输入端，输出便可得到符合要求
的矩形脉冲。
暂稳态期间输出电平的高低与输入信号状态
无关，即使输入信号不规则，也能使输出成为
<1UDD/3
2
∞
+
C1 +
－
5kΩ
U+
∞
U-
+
C2 +
－
0 R Q
1
S
T
1
7 D
1
1
0
Q
5kΩ
U SS
1
Q
3
1
OUT
（三）自动恢复稳态
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
脉冲波形产生整形介绍课件
的产生。
05
混合电路方法： 结合模拟电路 和数字电路的 优点，实现脉 冲波形的产生。
ห้องสมุดไป่ตู้
脉冲波形的应用
通信系统：用于信号传输和调制 雷达系统：用于目标探测和定位
医疗设备：用于诊断和治疗 电子设备：用于控制和调节 测量仪器：用于信号采集和处理 能源系统：用于电力传输和转换
整形技术的定义
01
04
整形技术在通信、雷达、 医疗等领域有着广泛的 应用。
01
脉冲波形产生 原理：通过控 制信号的幅度、 频率和相位， 产生不同形状 的脉冲波形。
02
脉冲波形产生 方法：可以通 过模拟电路、 数字电路和混 合电路等多种
方法实现。
03
模拟电路方法： 通过使用电容、 电阻和电感等 元件，实现脉 冲波形的产生。
04
数字电路方法： 通过使用数字
信号处理器 （DSP）或微 控制器（MCU） 等数字器件， 实现脉冲波形
演讲人
目录
01. 脉冲波形产生原理 02. 脉冲波形整形技术 03. 脉冲波形产生整形实例
脉冲波形的定义
脉冲波形通常由一 系列具有一定幅度 和宽度的脉冲组成
脉冲波形在通信、 雷达、电子等领域
有广泛的应用
脉冲波形是一种周 期性的、非连续的
信号波形
脉冲波形的特点是 具有明显的周期性
和非连续性
脉冲波形的产生方法
输出电路：将整 形后的脉冲信号 输出，如驱动负 载、显示等
应用领域：电子 测量、自动控制、 通信等
脉冲波形整形电路
01
电路结构：主要由 放大器、比较器、 触发器等组成
02
工作原理：通过比 较器将输入信号与 基准信号进行比较， 产生整形信号
05
混合电路方法： 结合模拟电路 和数字电路的 优点，实现脉 冲波形的产生。
ห้องสมุดไป่ตู้
脉冲波形的应用
通信系统：用于信号传输和调制 雷达系统：用于目标探测和定位
医疗设备：用于诊断和治疗 电子设备：用于控制和调节 测量仪器：用于信号采集和处理 能源系统：用于电力传输和转换
整形技术的定义
01
04
整形技术在通信、雷达、 医疗等领域有着广泛的 应用。
01
脉冲波形产生 原理：通过控 制信号的幅度、 频率和相位， 产生不同形状 的脉冲波形。
02
脉冲波形产生 方法：可以通 过模拟电路、 数字电路和混 合电路等多种
方法实现。
03
模拟电路方法： 通过使用电容、 电阻和电感等 元件，实现脉 冲波形的产生。
04
数字电路方法： 通过使用数字
信号处理器 （DSP）或微 控制器（MCU） 等数字器件， 实现脉冲波形
演讲人
目录
01. 脉冲波形产生原理 02. 脉冲波形整形技术 03. 脉冲波形产生整形实例
脉冲波形的定义
脉冲波形通常由一 系列具有一定幅度 和宽度的脉冲组成
脉冲波形在通信、 雷达、电子等领域
有广泛的应用
脉冲波形是一种周 期性的、非连续的
信号波形
脉冲波形的特点是 具有明显的周期性
和非连续性
脉冲波形的产生方法
输出电路：将整 形后的脉冲信号 输出，如驱动负 载、显示等
应用领域：电子 测量、自动控制、 通信等
脉冲波形整形电路
01
电路结构：主要由 放大器、比较器、 触发器等组成
02
工作原理：通过比 较器将输入信号与 基准信号进行比较， 产生整形信号
脉冲波形产生与整形
图6-13 脉冲鉴幅
4.构成多谐振荡器
工作原理：
电容上初始电压为零，即uI＝0，则uO＝1，并经R向 C充电，当充至uI＝U+时，输出翻转uO＝0。电容C又经R 进行放电，当放电至uI＝U-时，输出翻转uO＝1。
6.3 单稳态触发器
工作特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转 到暂稳态； 第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳 态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数， 与外加触发信号无关。 例：楼道的路灯 。
6.1 概述
一、脉冲信号
脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信 号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲 信号。
(a)矩形波
(b)方波
(c)尖脉冲
(d)锯齿波
6.1 概述
在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有
陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种： ①脉冲产生电路直接产生； ②利用已有的周期信号整形、变换得到。
6.3.1 用集成门电路构成的单稳态触发器
1. 电路组成及工作原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，
故该电路又称为微分型单稳态触发器。
图6-14 集成门电路构成的单稳态触发器
当uI上升，使得uI1 =UTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
电 路 会 迅 速 转 换 为 G1 导 通 、 G2 截 止 ， 输 出 为 UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值 称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然， uI继续上升，电路的状态不会改变。
4.构成多谐振荡器
工作原理：
电容上初始电压为零，即uI＝0，则uO＝1，并经R向 C充电，当充至uI＝U+时，输出翻转uO＝0。电容C又经R 进行放电，当放电至uI＝U-时，输出翻转uO＝1。
6.3 单稳态触发器
工作特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转 到暂稳态； 第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳 态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数， 与外加触发信号无关。 例：楼道的路灯 。
6.1 概述
一、脉冲信号
脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信 号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲 信号。
(a)矩形波
(b)方波
(c)尖脉冲
(d)锯齿波
6.1 概述
在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有
陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。
获取这些脉冲信号的方法通常有两种： ①脉冲产生电路直接产生； ②利用已有的周期信号整形、变换得到。
6.3.1 用集成门电路构成的单稳态触发器
1. 电路组成及工作原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。 由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，
故该电路又称为微分型单稳态触发器。
图6-14 集成门电路构成的单稳态触发器
当uI上升，使得uI1 =UTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
电 路 会 迅 速 转 换 为 G1 导 通 、 G2 截 止 ， 输 出 为 UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值 称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然， uI继续上升，电路的状态不会改变。
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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。
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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
第12章_脉冲波形的产生和整形(st)
2、性能参数计算
1、输出脉宽： 输出脉冲宽度tw:等于VI 2从0充电至VTH的时间（即：VO 1时间）
RON R
G1输出低电平 时的输出电阻
图12.3.1电容C的充电等效电路
V( ) V( 0) V 0 tw RC ln RC ln DD RC ln2 V( ) V( t ) VDD VTH
V(0): 电容电压起始值 V(∞):电容电压充、放电终了值。
2、性能参数计算
图12.3.1电容C的充电等效电路
V( ) V( 0) VDD 0 tw RC ln RC ln RC ln2 V( ) V( t ) VDD VTH
2、恢复时间t re、分辨时间td t re (3 ~ 5)( R / / rD1 RON )C (3 ~ 5) RON C td t w t re
R4 R3 R4 R4 VE1 (Vcc VCES 1 ) R2 R4
VT V E 1 0.7V
2. 器件实例 74 13
附加部分： 输入加“与门” 输出加推拉式输出级“ 反相” 电压值较高，加入电平 偏移部分 VOL
二、CMOS IC
施密特触发器的主要特点： 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
12.2 施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路） 施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路
1 1
施密特触发器的电压传输特性
vO
VOH
vO
VOH
VOL 0
VT VT
vI
VOL 0
VT VT
vI
1 设：G1和G2是CMOS电路， VOH VDD， VOL 0， VTH VDD，且 R1 R2 2
数电第十篇脉冲波形的产生与整形
RD VI1 VI 2 VO
+VCC
0
78 4
6
555
3 5
21
1 1 1 C2 1
XX0
2 3 VCC
2 3
VCC
2 3
VCC
2 3
VCC
0
1 3 VCC
1 3
VCC
不变
1
1 3 VCC
1
1 3
VCC
第22页/共25页
TD
导通 导通 不变 截止 截止
10.5.4 用555接成多谐触发器
T T1 T2
(R2
R1 )C
ln VCC VCC
VT VT
R2C
ln
0 VT 0 VT
q R1 R2 50% R1 2R2
第23页/共25页
q R1 R1 R2
第24页/共25页
感谢您的观看！
第25页/共25页
R1 R1 R2
VI
VA
VTH
(VDD
VI )
R1 R1 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
第4页/共25页
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
回差电压
VT＝VT＋－VT－＝2
R1 R2
VTH＝
R1 R2
VDD
VT
VT
第5页/共25页
R1C ln
0 VT 0 VT
第11页/共25页
10.5 555定时器及其应 1用0.5.1 555定时器
（数/模混合IC） 一、电路结构 电压比较器（C1,C2） SR锁存器 输出缓冲器（G3,G4） OC输出的放电三极管（TD）
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T
20k R1
3A X 3 1
100k R2
2k R3 C
0.0 1μ
VC C （ +6V）
D2
vC
C
VC C
RD
8
4
7
D1
v I1 6
3
vO
v I2 2 5 5 5
1
5
0 .0 1μ F C1
三． 石英晶体多谐振荡器 1.石英晶体的选频特性
有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0； 当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。
由晶体本身的特性决定： fs≈ fp≈ f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。
3. 用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出 那些幅度大于VT+的输入脉冲。
8.3 多谐振荡器
多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。 一． 用555定时器构成的多谐振荡器
1. 电路组成及工作原理
VC C
R1
P R2
vC
C
VC C R D
8
4
7
v I1 6
3
vO
v I2 2 5 5 5
X
电感性
f0
fp
0
电容性
f 石英晶体的符号
2. 石英晶体多谐振荡器
（1）串联式振荡器
R1、R2的作用——使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强 放大能力的放大电路。
对于TTL门，常取R1=R2=0.7～2kΩ，若是CMOS门则常取R1=R2=10～ 100MΩ；C1=C2是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满 足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以 这种电路振荡频率的稳定度很高。
1
5
0 .0 1μ F C1
VC C 电 源
(8 )
RD 复 位
(4 )
控制电压
v IC (5) v I1 (6)
阈值输入
5kΩ
C1
5kΩ
v I2 (2)
C2
触发输入
R&
& S
5kΩ
v
, O
(7 )
T
放电端
(1 )
G
&
1
(3) vO
2. 振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
T1 1lnvvCC(( ))vvCC((0T1))
第八章 脉冲波形的产生与整形
8.1 集成555定时器
一、555定时器的电路结构
由以下几部分组成： （1）三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器。 （2）两个电压比较器C1和C2。
电压比较器的功能：
v+> v-，vO=1 v+< v-，vO=0
（3）基本RS触发器、 （4）放电三极管T及缓冲器G。
VC C 电 源
C2
触发输入
R
&
& S
5kΩ
v
, O
(7 )
T
放电端
(1 )
G
&
1
(3) vO
2. 电压滞回特性和主要参数 （1）电压滞回特性
（2）主要静态参数
（a）上限阈值电压VT+——vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到 低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。
（b）下限阈值电压VT — ——vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平 VOH时，所对应的输入电压值。VT—=1 /3VCC。
（3）回差电压ΔVT
ΔVT= VT+－VT—=1 /3VCC
二． 集成施密特触发器
1. CMOS集成施密特触发器CC40106
2. TTL集成施密特触发器74LS14
1A 1 1Y 2
2A 3 2Y 4
3A 5 3Y 6 VSS 7
14 VD D
13
6A
12
6Y 11 5A 10 5Y
9
4A
8
4Y
(a )C C 401 06
1A 1 1Y 2
2A 3 2Y 4
3A 5 3Y 6
GND 7
14 VC C
13
6A
12
6Y 11 5A 10 5Y
9
4A
8
4Y
(b)74L S 14
三． 施密特触发器的应用举例
1. 用作接口电路——将缓慢 变化的输入信号，转换成为 符合TTL系统要求的脉冲波形。
2. 用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。
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：
q T1 T1 T T1 T2
0 .7 R 1C
0 .7 R 1C 0 .7 R 2C
R1 R1 R2
VC C
R1
R2
（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为 2/3VCC 和1/3VCC 。
（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器 C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。
8.2 施密特触发器
施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的 电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。
VCC 1 lnVCC源自1 3VCC
2 3
V
CC
（2） 电容放电时间T2
T2 0.7R2C （3）电路振荡周期T
0.7(R1R2)C
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
（4）电路振荡频率f
f 1 1.43 T (R1 2R2)C
（5）输出波形占空比q
qT1 R1 R2 T R1 2R2
二． 占空比可调的多谐振荡器电路
(8 )
RD 复 位
(4 )
控制电压
v IC (5) v I1 (6)
阈值输入
5kΩ
C1
5kΩ
v I2 (2)
C2
触发输入
R&
& S
5kΩ
v
, O
(7 )
T
放电端
(1 )
VC C R D
G
v IC
8 5
4
&
1
(3) vO
v I1 6 5 5 5 3 v O
v I2 2
v
, O
7
1
二．工作原理
（1）4脚为复位输入端（ RD ），当RD为低电平时，不管其他输入端的状 态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。
一. 用555定时器构成的施密特触发器 1. 电路组成及工作原理
VC C
VC C 2
VC C R D
R
8
4
v IC 5
7
vO 2
v I1 6
vI
v I2 2 5 5 5 3
vO1
1
VC C 电 源
(8 )
RD 复 位
(4 )
控制电压
v IC (5) v I1 (6)
阈值输入
5kΩ
C1
5kΩ
v I2 (2)
（2）并联式振荡器
RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点 式振荡电路。电路的振荡频率= f0。 反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。
四．多谐振荡器应用实例 1. 简易温控报警器