数电脉冲波形的产生和整形
56知识资料第3章数字电子技术第7节脉冲波形的产生和整形
Word-可编辑第3章数字电子技术3.7脉冲波形的产生和整形➢脉冲信号：指骤然变化的电压或电流。
➢脉冲电路的研究重点：波形分析。
➢获得脉冲波形的主意主要有两种：1．利用脉冲振荡电路产生；2．是通过整形电路对已有的波形举行整形、变换，使之符合系统的要求。
➢以下主要研究几种常用脉冲波形的产生与变换电路：（功能、特点及其主要应用简介）1.施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换成升高沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲；2.单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲；3.多谐振荡器：产生矩形脉冲；3.7.1多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。
因为矩形脉冲中含有丰盛的高次谐波，故称为多谐振荡器。
另外多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，惟独两个暂稳态，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态互相交替，故又称为无稳态电路。
由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点:首先，电路中含有开关器件，如门电路、电压比较器等。
这些器件主要用来产生高、低电平；第二，具有反馈网络,将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有延迟环节，利用RC 电路的充、放电特性可实现延时，以获得所需要的振荡频率。
在许多实用电路中，反馈网络兼有延时作用。
一．RC环形多谐振荡器1.电路组成：千里之行，始于足下图1RC 环形多谐振荡器电路原理图RC 环形多谐振荡器由三个非门G 1、G 2、G 3、两个电阻R 1、R 和一个电容C 组成。
R 1是G 3的限流保护电阻，R 和C 为定时器件，R 的阻值要小于门的关门电阻，R Ω<700,否则电路无法正常工作。
因为R 、C 值较大，门电路的延时可忽略不计。
2.工作原理：设A 点电位一直为低电平，G 1关闭，输出u 01为高电平。
它一方面使G 2开通，u 02为低电平；另一方面通过电容C 的耦合使B 点和D 点的电位u B 和u D 均为高电平，导致G 3开通，输出u 0为低电平。
数电脉冲波形的产生和整形
少控制许电阻压容元件就V能CC(8)够组成R单D(4)稳、多谐和施密特触发器。
广泛用于信号产生5 k、 变换、控制与检测。
阀值输入
vIC (5)
+
R
&
vI1 (6)
- C1
输出缓冲反相器
电阻分压器
v I1
vI 1
vo
vO
vO1
作以下假定： VT VDD 2
R1< R2
I为三角波
I1
R2 R1 R2
I
R1 R1 R2
O
数电脉冲波形的产生和整形
第28页
R2
0
G1
G2
01
R1 vI
1
1
vO
vI1
vO1
I1
R2 R1 R2
I
R1 R1 R2
O
当vI1=0，vO=0V 当vI上升， vI1也上升
vI
vD
vI Rd
vo2 vO2
1
1
vR vc R
VCC
在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G2 输入电压R到达VDD+VTH，可 能损坏G2门，怎么办？
输入触发脉冲宽度能够是 任意吗？如触发脉冲宽度 太宽会有什么问题？
数电脉冲波形的产生和整形
第17页
集成单稳态触发器
不可重复触发
vI
不可重复触发
vI ` tpi
vO1
t
vDD
tw
RC ln VDD VDD Vth
tw≈0.7RC
vDD+vvvDRDth
vO2
vth
t t
(2) 恢复时间tre tre 3d
tw
数字电子技术脉冲波形的产生与整形
tf
Vm tW T
2.脉冲宽度tW
0.5Vm～0.5Vm
3.上升时间tr
0.1Vm～0.9Vm
4.下降时间tf
0.9Vm～0.1Vm
5.周期T
周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔
6.频率f
周期的倒数或每秒钟重复的次数。
7.占空比q
脉冲宽度与周期之比
3
6.5 555定时器的电路结构与功能
6. 5.1 555 定时器的电路结构与功能
6
5K
vC1 =1，vC2 =1， Q =1不变， vO=1不变
vI> 2/3VCC时， vC1 =0，vC2 =1，
vI2
2 VR2
－+C2 5K
&
vC2 Q
G2
& G3
TD
7
Q=0， vO =0，所以VT+=2/3VCC 1
1
3 vO
G4
10
(2)vI从高于 2/3VCC下降的情况
vI>2/3VCC时，
vC1=vC2=0，工作不正常。
vO
t
措施：在输入端加微分网络Rd、 Cd（足够小），将宽脉冲变为
vC
tw
窄脉冲。
+UCC
R 0.01µF
Cd vd vI
Rd
.
uC C
58 4
6
2
3
71
vI
uO
vd
2 3VCC
t
t t
24
该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还 有可重复触发的单稳态电路。
在暂稳态尚未结束时，又 来一个触发脉冲，此脉冲 不会引发新的暂稳态。
数电实验 第六章 脉冲波形的产生和整形
第一个暂稳态
(迅速跳变) 同时电容C开始放电
vI1 ↓ 正反馈
vI1 ↓
vI1 =VTH
vI2 ↑
vO2 ↓
vO1=VOH
vO2=VOL
第二个暂稳态
(迅速跳变) 同时电容C开始充电
vI1 ↑
当vI1 ↑至VTH时又重新回到第一个暂稳态
计算 工作波形图 充电时间T1 RF>>RON(N) RF>>RON(P)
不仅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，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有 效地清除。
6.2.2 集成施密特触发器
1.TTL 系列
vO
74LS14 六反相器
74LS132 四2输入与非门 74LS13 双4输入与非门
vI
A B
A B C D
1
&
vO
0
Y
VTH
VDD vI
1
T2
t
R2 R1 vO
vO
vI
&
C
C
6.4.5 石英晶体多谐振荡器 一、石英晶体 X f0 电 容 性 电 感 性 f
符号
选频特性
当 f = f0 时，电抗 X = 0。 石英晶体的固有振荡频率 f0由结晶方向、外形尺寸 决定；频率稳定度(Δ f0 / f0)可达10-10~10-11 。
二、石英晶体振荡器
vO1=VDD
(2) vI上加触发脉冲时(正脉冲) vd vd ≥VTH
v d↑
vO1=VOL =0
vI2=VOL =0
电容C上电压不能突变
vO=VOH=VDD
暂稳态(vO1 =VOL =0
数电第十篇-脉冲波形的产生与整形
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。
[工学]第6章脉冲波形的产生和整形
![[工学]第6章脉冲波形的产生和整形](https://img.taocdn.com/s3/m/dd750c43af45b307e8719785.png)
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。
数字电子技术脉冲波形的产生和整形
数字电子技术脉冲波形的产生和整形数字电子技术在现代电子领域中扮演着重要的角色。
脉冲波形的产生和整形是数字电子技术中的一项基础技术，它在数字信号处理、通信系统、计算机科学等领域中得到广泛应用。
本文将探讨数字电子技术脉冲波形的产生和整形的原理、方法以及应用。
一、数字电子技术脉冲波形的产生原理数字电子技术脉冲波形的产生基于逻辑门电路的输出状态变化。
逻辑门电路由多个逻辑门组成，逻辑门的输入和输出可以是0或1。
通过逻辑门的组合和控制，可以产生各种复杂的波形。
例如，当使用非门电路时，其输出与输入相反。
如果输入为0，则输出为1；如果输入为1，则输出为0。
通过在非门电路后面串联非门电路，可以得到一个稳定的高电平或低电平信号。
通过适当的时钟控制和信号切换，可以产生各种脉冲波形。
二、数字电子技术脉冲波形的整形方法1. 单稳态整形电路单稳态整形电路可将输入的窄脉冲波形整形为较宽的方波信号，以确保输入脉冲的稳定性和准确性。
单稳态整形电路的核心是单稳态多谐振器，其通过一个触发器和适当的电容电阻网络实现。
输入脉冲触发触发器，逐渐充放电电容，最终输出一个较宽的方波脉冲。
2. 升降沿整形电路升降沿整形电路能够将输入脉冲波形的上升沿和下降沿进行整形，使其变得更为陡峭和准确。
升降沿整形电路由施密特触发器、比较器和延时电路等组成。
在输入脉冲波形的上升或下降沿触发触发器，输出经过比较器和延时电路后得到整形后的脉冲波形。
三、数字电子技术脉冲波形的应用1. 数字信号处理数字信号处理是数字电子技术的重要应用领域之一。
脉冲波形的产生和整形技术在数字信号处理中起到至关重要的作用。
通过产生和整形不同的脉冲波形，可以实现信号滤波、频率分析、解调等功能。
2. 通信系统在通信系统中，数字电子技术脉冲波形的产生和整形对信号的传输和接收起着重要作用。
通过产生和整形不同的脉冲波形，可以实现数据的编码、解码、调制和解调等功能，提高信号传输的可靠性和效率。
3. 计算机科学在计算机科学领域，数字电子技术脉冲波形的产生和整形广泛应用于时序控制、时钟信号生成、数据同步等方面。
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）
数电：脉冲波形的产生与整形
ui uo tp
t
t
描述矩形脉冲特性的主要参数
1、脉冲幅度 Vm 3、上升时间 tr 5、周期 T
2、脉冲宽度 tw 4、下降时间 tf 6、占空比 q
4、如何产生脉冲以及对其进行整形？ 利用多谐振荡器产生脉冲。 利用单稳态触发器和施密特触发器对脉冲进 行整形。 如何利用555定时器产生脉冲以及对不理 想的脉冲整形，是本章讨论的重点。
+VCC 8 6 555 4 7 3 5 1
+VCC1
R
v o1 vo v CO
控制电压 调节回差
vi
2
说明： ①在5脚上加控制电压VCO可以改变VT+,VT- ， 以调节回差电压的大小 ②在7脚外接一电阻，并与VCC1 相连， vO=1时，vO1= VCC1; vO=0时，vO1=0， 可以实现电平移动。
VR1 =
2 Vcc 3
VR2 =
1 Vcc 3
当电压控制端5 CO接外置电源Ecc： VR1 = Ecc VR2 = Ecc/2
+Vcc
8 R
RD 0
4
C1
CO TH TR
5 6 2
+ R + R
＆
Q1 03
＆
C2
Q0
1
vo
D
7 1
T
Rb
(1) RD ＝0 时： Q ＝1， Vo＝ 0 , T 导通
vC ( t ) = vC () ＋ ［vC (0 + ) - vC ()］e τ
或
t
vC () - vC (0 + ) t =τ ln vC () - vC ( t )
τ＝RC
第七章 脉冲波形的产生与整形
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输入
输出
R’
0.01uF
S’
RD
VI1 VI 2 VO
TD
0 X X 0 导通
1
0
2 3 VCC
1 3VCC
导通
1
不变
2 3
VCC
1 3
VCC
不变
1
1
2 3 VCC
1 3VCC
截止
1
1 2
1
3 VCC 3VCC
截止
VI
, 使 电 路 状 态 发 生 转 变 的值VT
2 3 Vcc
VI
《数字电子技术基础》第五版
R’ S’
触发时VI
只要VI降至
1 3
VCC
, 则VVCC21
1 0
Q
1, TD截止
C开始充电
当VC
充至
2 3
VCC时（假定此时VI已经回到高于13VCC）
则VVCC12
0 1
Q
0, TD导 通
C开
始
放
电
至0VVCC
1 2
1保 持Q 1
0
内蒙古大学电子工程系
性能参数：
VT
VT
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
二、施密特触发器的主要特点： • 输入信号在上升和下降过程中，
使电路输出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
内蒙古大学电子工程系
三、施密特触发器的应用 1、用于波形变换
《数字电子技术基础》第五版
2、用于鉴幅
C充 电 至VC
2 3 VCC
VC 1
0
Q
0
TD导 通
C放 电
VVCC
1 2
1 1
保 持Q 0 Vo 0
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
R
+VCC
84
R’ S’
VI
6 555 3
2
5
C
71
0.01uF
稳 态 ：VI 1,VO 0, TD导 通vc 0
vvcc12
1 1
内蒙古大学电子工程系
③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，与触发 脉冲的宽度和幅度没有关系。
T T1 T2
RC ln VDD VT RC ln 0 VT
VDD VT
0 VT
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
T2
R2C
ln
VDD VDD
VT VT
R1C ln
0 VT 0 VT
内蒙古大学电子工程系
10.5 555定时器及其应用
84
R’ S’
VI
6 555 3
2
5
C
71
0.01uF
稳 态 ：VI 1,VO 0,
稳 态 时 ， 无 触 发 信 号 ：VI 1
(
1 3
VCC
即
可
，VCT2 D导1)
通vc
0
vvcc12
1 1
若 通 电 后Q 0 TD导 通 VC
0VVCC
1 2
1 1
保
持Q
0
Vo
0
若 通 电 后Q
1 TD截 止
TD
0 X X 0 导通
1
0
2 3 VCC
1 3VCC
导通
1
不变
2 3
VCC
1 3
VCC
不变
1
1
2 3 VCC
1 3VCC
截止
1
1 2
1
3 VCC 3VCC
截止
R1
VI
+
+VCC
7
6 2
84 555 1
3 5
Vo
0.01uF
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.5.2 用555定时器接成施密特触发器
电路迅速跳变到 VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)Hale Waihona Puke TH内蒙古大学电子工程系《数字电子技术基础》第五版
当VI 1时，VO 1。 当VI 时, G1进入传输特性的转折区，
VI VA VO1 VO 当VA＝VTH时，
电路迅速跳变到 VO VOL
内蒙古大学电子工程系
3、用于脉冲整形
《数字电子技术基础》第五版
内蒙古大学电子工程系
10.4 多谐振荡器
《数字电子技术基础》第五版
自激振荡器： 不需要外加触发信号，自动产生矩形脉冲
多谐振荡器
包含丰富的 高次谐波成分
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
, 使 电 路 状 态 发 生 转 变 的值VT
1 3 Vcc
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
R’ S’
VI
作触
2
发信号输入(负脉冲)
TD的输出电压VOD接至VI1，同时对地接入电容C
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
R
+VCC
10.5.1 555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）
《数字电子技术基础》第五版
内蒙古大学电子工程系
二、功能表（输出与输入的关系）
《数字电子技术基础》第五版
R’
S’
输入
输出
RD
VI1 VI 2 VO
TD
《数字电子技术基础》第五版
第十章 脉冲波形的产生和整形
内蒙古大学电子工程系
10.1 概述
《数字电子技术基础》第五版
一、获取矩形脉冲的方法
1. 脉冲波形发生电路 2. 脉冲波形整形电路
二、描述矩形脉冲特性的主要参数
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.2 施密特触发器 （常用的一类脉冲整形电路）
暂稳态输出的宽度
tw
RC ln VCC 0
VCC
2 3
VCC
RC ln3
《数字电子技术基础》第五版
思考题： 对VI的宽度有何要求？
? ?
内蒙古大学电子工程系
二、单稳态触发器的特点：
《数字电子技术基础》第五版
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→暂稳态，维持一 段时间后自动返回稳态。
VA
(Vo
VI
)
R1 R1 R2
VI
VA
VTH
(VDD
VI )
R1 R1 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
内蒙古大学电子工程系
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
《数字电子技术基础》第五版
0 X X 0 导通
1
0 2
3 VCC
1 3
VCC
导通
1
不变
2 3 VCC
1 3 VCC
不变
1
1
2 3
VCC
1 3
VCC
截止
1
1
2 3
VCC
1 3
VCC
截止
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
10.5.2 用555定时器接成施密特触发器
R’
0.01uF
S’
输入
输出
RD
VI1 VI 2 VO
一、门电路组成的施密特触发器的电路结构及工作原理
VOH
VDD，VOL
0，VTH
1 2
VDD，且R1
R2
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版
VA
(Vo
VI )
R1 R1 R2
VI
当VI 0时，VO 0。
当VI
时,
G
进入传输特性的放大
1
区和转折区
，
VI VA VO1 VO 当VA＝VTH时，