6第七章脉冲波形的产生和整形
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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
第七章脉冲波形的产生和变换.
»＞第三节单稳态电路多谐振荡器数字电路或系统中，需要各种波形，例如时钟波形, 定时信号等等。
通过脉冲信号产生电路或通过变换 电路对已有的信号进行变换，来获取所需要的波形。
____________________________ ________ ________________________ )■»第一节 槪述第二节555定时电路■A 第四节 施密特电路M7+ *冲汶形eft 产*眉夏换第7* |»冲Mt 形皑产*鸟夏换7.1概述脉冲波形产生机理:儈仃怡柱原件C 或L 的电路存在侑态过程•即冇充放电现球, 故脉冲波形的产生对以通过悄件电路的允放电形成・川控制幵关位S 及时间常数RC 的 方法即町衍到不同的脉冲波形。
第7* |»冲Mt 形皑产*鸟夏换以U R 为输出，当RCv"（开关转换时间）时:o ②微分电路 （窄脉冲）Usi—皿dt+ *冲豪形的产*鸟夏换可ra三耍索法來描述一阶问题，从而获得电压或电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重耍依据。
X（/）= ;^8）+[ ?^（r）— X（8）吹/ /时间常数趋向值匕式町转换成:,讪TX0)X(oo)-X(z)+ *冲豪形的产*鸟夏换3i脉冲产生电路组成应有两大部分：惰性元件和开关开关用来破坏稳态产生暂态。
开关可用不同的电子器件来完成，如运算放大器晶体管或者场效应管。
目前用的最多的是555定时电路。
*冲豪形的产*眉夏换721 555定时器的组成与功能越 第7* Mt 冲豪形的产*眉夏换 孑徉沒妬!「 X I O I A N UNIViR»ITV比较器G 的输入端》6（接引脚6）称为測值输入埔.于册上用TH 标注，比较器G 的输入端4（接W 脚2）称触发输入端，于册I:川TR 标注。
5和G 的参再屯压（屯压叱较的基准）3n 和山电源—经三个5kn 的电川分尿给也 '勺控制电斥输入9I做&悬讪5 =評"匕严扌％;rrt/co 外接固定电丿心 则U 剜二Um ，f7和二丄i/g • R D 为界步置0端，只翌2rt7?D 竭加入低电平.则菇木RS 触发器就宙0,平时R D 处丁侖电平。
7脉冲波形的产生与整形电路
图
脉冲定时
EXIT
数模和模数转换器
7.3 施密特触发器
主要用途：把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。触发方式：电平 触发。 ⑵电压传输特性特殊 ，电路有两个转换电平 （上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。 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。
脉冲信号。
EXIT
数模和模数转换器
7.1 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。
EXIT
数模和模数转换器
7.1.1 矩形脉冲的主要参数 1. 常见的脉冲波形 脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
图7-1 常见的脉冲波形图 EXIT
数模和模数转换器
2. 矩形波及其参数
数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波
有周期性与非周期性两种。
图7-2 非周期性和周期性矩形波 (a) 非周期性 (b) 周期性 EXIT
数模和模数转换器
图7-3 矩形波的主要参数
周期性矩形波的 周期用T表示，有时 也用频率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外几 个主要参数：
前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振 荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参
数误差的影响。
而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信
号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号
频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面
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
脉冲波形的产生和变换
第7 章 脉冲波形的产生和变换
• 7. 1 多谐振荡器 • 7. 2 单稳态触发器 • 7. 3 施密特触发器 • 7. 4 555 定时器及其应用
返回
7. 1 多谐振荡器
• 多谐振荡器可以产生连续的、周期性的脉冲波形。它是一种自激振荡 电路, 直接产生矩形脉冲波形; 工作时不需要外来触发信号激励。多 谐振荡器有两个暂稳态, 没有稳态, 工作过程中在两个暂稳态之间按照 一定的周期周而复始地依次翻转, 从而产生连续的、周期性的脉冲波 形, 因此也称为无稳态电路。
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7. 1 多谐振荡器
• 当频率等于fS 时, 石英晶体的电抗为0,而当频率偏离fS 时, 石英晶体的 电抗急剧增大, 因此, 在串联谐振电路中, 只有频率为fS的信号最容易 通过, 而其他频率的信号均会被晶体所衰减。振荡频率只取决于固有 频率fS,而与RC 无关。
• fP 是石英晶体的并联谐振频率。石英晶体的串联谐振频率fS 和并联谐 振频率fP 仅仅取决于石英晶体的几何尺寸, 通过加工成不同尺寸的晶 片, 即可得到不同频率的石英晶体, 并且串联谐振频率fS 和并联谐振频 率fP 的值非常接近。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并 联型两种形式。为了改善输出波形的前沿、后沿和提高负载能力, 一 般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器。
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7. 2 单稳态触发器
• (1) 稳定的状态。 • 当输入电压uI 为低电平时, 由于G2 输入通过电阻R 接VDD, 因此, G2
输出低电平UOL≈0, G1 输入全0, 输出uO1 为高电平时UOH≈VDD。这时, 电容C 上的电压UC≈0。电路处于UO1 为高电平VDD、uO2 为低电平0 的稳定状态。 • (2) 触发进入暂稳态。 • 当输入uI 为低电平正跃到大于G1 的阈值电压Uth 时, 使G1 输出电压 uO1 产生负跃变,由于电容C 两端的电压不能突变, G2 的输入电压uA 产生负跃变, 这又促使G2 的输出电压uO2 产生正跃变, 它再反馈到G1 的输入端, 于是, 电路产生如下正反馈过程: • uI↑→uO1↓→uA↓→uO2↑→uI↑
• 7. 1 多谐振荡器 • 7. 2 单稳态触发器 • 7. 3 施密特触发器 • 7. 4 555 定时器及其应用
返回
7. 1 多谐振荡器
• 多谐振荡器可以产生连续的、周期性的脉冲波形。它是一种自激振荡 电路, 直接产生矩形脉冲波形; 工作时不需要外来触发信号激励。多 谐振荡器有两个暂稳态, 没有稳态, 工作过程中在两个暂稳态之间按照 一定的周期周而复始地依次翻转, 从而产生连续的、周期性的脉冲波 形, 因此也称为无稳态电路。
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7. 1 多谐振荡器
• 当频率等于fS 时, 石英晶体的电抗为0,而当频率偏离fS 时, 石英晶体的 电抗急剧增大, 因此, 在串联谐振电路中, 只有频率为fS的信号最容易 通过, 而其他频率的信号均会被晶体所衰减。振荡频率只取决于固有 频率fS,而与RC 无关。
• fP 是石英晶体的并联谐振频率。石英晶体的串联谐振频率fS 和并联谐 振频率fP 仅仅取决于石英晶体的几何尺寸, 通过加工成不同尺寸的晶 片, 即可得到不同频率的石英晶体, 并且串联谐振频率fS 和并联谐振频 率fP 的值非常接近。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并 联型两种形式。为了改善输出波形的前沿、后沿和提高负载能力, 一 般在石英晶体振荡器的输出端加一级反相器。
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7. 2 单稳态触发器
• (1) 稳定的状态。 • 当输入电压uI 为低电平时, 由于G2 输入通过电阻R 接VDD, 因此, G2
输出低电平UOL≈0, G1 输入全0, 输出uO1 为高电平时UOH≈VDD。这时, 电容C 上的电压UC≈0。电路处于UO1 为高电平VDD、uO2 为低电平0 的稳定状态。 • (2) 触发进入暂稳态。 • 当输入uI 为低电平正跃到大于G1 的阈值电压Uth 时, 使G1 输出电压 uO1 产生负跃变,由于电容C 两端的电压不能突变, G2 的输入电压uA 产生负跃变, 这又促使G2 的输出电压uO2 产生正跃变, 它再反馈到G1 的输入端, 于是, 电路产生如下正反馈过程: • uI↑→uO1↓→uA↓→uO2↑→uI↑
数字电子技术课后习题答案
ABACBC
BC
A
00 01 11 10
00
1
0
1
11
0
1
0
Y ABC
❖ 3.13某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有 呼叫按钮，同时在护士值班室内对应的装有一号、 二号、三号、四号4个指示灯。
❖ 现要求当一号病室的按钮按下时，无论其它病室的 按钮是否按下，只有一号灯亮。当一号病室的按钮 没有按下而二号病室的按钮按下时，无论三、四号 病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一、二号 病室的按钮都未按下而三号病室的按钮按下时，无 论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有 在一、二、三号病室的按钮均未按下四号病室的按 钮时，四号灯才亮。试用优先编码器74148和门电路 设计满足上述控制要求的逻辑电路，给出控制四个 指示灯状态的高、低电平信号。
HP RI/BIN
I0
0/ Z1 0 10 ≥1
I1
1/ Z1 1 11
I2
2/ Z1 2 12 18
YS
I3
3/ Z1 3 13
I4
4/ Z1 4 14
YEX
I5
5/ Z1 5 15
I6
6/ Z1 6 16
I7
7/ Z1 7 17
Y0
V18
Y1
ST
E N
Y2
(b)
74148
(a)引脚图;(b)逻辑符号
A
00 01 11 10
00
0
0
1
11
1
0
1
Y AB BC AC
由于存在AC 项，不存在相切的圈，故无冒险。
❖ 4.1在用或非门组成的基本RS触发器中，已知 输入SD 、RD的波形图如下，试画出输出Q, Q
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
数字电子技术第7章脉冲波形的产生与变换简明教程PPT课件
v I' vO1 vO __________________ |
于是电路的状态迅速转换为 vO VOH VDD 。
' 由此可知，输入信号 v I 上升的过程中电路的状态发生转换是在 vI VTH 时，把此 时对应的输入电压值称为上限阈值电压，用 VT 表示。
1
使 v O1 迅速跳变为低电平。由于电容上的电压不能跃变，所以v I2 也同时跳变到低电平，并 使 vO 跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使 vd 回到低电平， vO 的高电平仍将维持。 与此同时，电容C开始充电。
③暂稳态维持一段时间后自行回到稳态。随着充电过程的进行， v I2 逐渐上升，当上升到 略高于 VTH 时，又引发另外一个正反馈过程
根据以上分析，电路中各点电压波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W RC ln VDD 0 RC ln 2 0.69RC VDD VTH
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL VDD
微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。在 v I 的脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况 下，电路仍能正常工作，但是输出脉冲的下降沿较差。
根据以上分析，电路中各点电压的波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W ( R RO )C ln
VOH VOL VTH VOL
式中RO 为反相器 G 1 输出为低电平时的输出电阻。
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL
积分型单稳态触发器的优点是抗干扰能力较强。它的缺点是输出波形的边沿比较差。 此外，积分型单稳态触发器必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲的宽度时才能正常工作。
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
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
阎石《数字电子技术基础》(第6版)章节题库-第7章 脉冲波形的产生和整形电路【圣才出品】
第7章脉冲波形的产生和整形电路一、选择题1．为了提高多谐振荡器频率的稳定性，最有效的方法是（）。
A．提高电容、电阻的精度B．提高电源的稳定度C．采用石英晶体振荡器C．保持环境温度不变【答案】C【解析】石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率，而与外接电阻、电容无关，具有极高的频率稳定性。
2．已知时钟脉冲频率为f cp，欲得到频率为0.2f cp的矩形波应采用（）A．五进制计数器B．五位二进制计数器C．单稳态触发器C．多谐振荡器【答案】A【解析】频率变为原来的五分之一，是五分频，只需要每五次脉冲进一位即可实现。
3．在图7-1用555定时器组成的施密特触发电路中，它的回差电压等于（）A．5VB．2VC．4VD．3V图7-1【答案】B【解析】555组成的施密特触发器中，当不接外接电压时，得到电路的回差电压为2V CC/3－V cc/3＝V cc/3；5脚为外部参考电压输入V CO，如果参考电压由外接的电压V CO供给，这时V T＋＝V CO；V T－＝V CO/2，回差电压为V CO/2＝4V/2＝2V，可以通过改变V CO值可以调节回差电压的大小。
4．电路如下图7-2（图中为上升沿JK触发器），触发器当前状态Q3Q2Q1为“100”，请问在时钟作用下，触发器下一状态（Q3Q2Q1）为（）。
图7-2A．“101”B．“100”C．“011”D．“000”【答案】C【解析】JK触发器特征方程为Q n＋1＝JQ＿n＋K＿Q n，由图7-2可得，三个触发器的驱动方程均为J＝K＝1，即特性方程均为Q n＋1＝Q＿n，Q1的时钟是CP，Q2的时钟是Q1，Q3的时钟是Q2，当前Q3Q2Q1的状态是100，由于触发器在上升沿被触发，CP上升沿Q1状态被触发，变为1；同时触发了Q2，Q2变为1；同理Q3为0。
5．多谐振荡器可产生的波形是（）A．正弦波B．矩形脉冲C．三角波D．锯齿波【答案】B【解析】“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。
第七章脉冲波形的产生与整形电路
C
D1
G1
G2
放电等效电路
UI
0 UO1
0 UI2
VDD+0.7
0 UO
tw
0
电压波形
3. 输出电压脉宽tw的计算
t tw等于UI2从0上升到VTH所 对应的时间
电容C的充电时间常数τ=RC，
t 初始值UI2（0+）=0，稳定值
VTH t
UI2（∞）=VDD，转换值 UI2（tw）=VTH≈1/2 VDD
冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持
0一个tw宽度，如图7.t16（b）0所示。
7.3.1 门电路构成的单稳态触发器
用门电路组成单稳态触发器有微分型和积分型两 大类。下面以微分型单稳态触发器为例进行讲述。
1. 电路结构
VDD
UI
G1
R
UO1 C
UI2
G2
UI
UO
微分型单稳态触发器
2. 工作原理
VDD
此电路用负脉冲触发 UI
G1
R
UO1 C
UI2
G2
无效，只有在正的窄 UI
0
t
用施密特触发器鉴别脉冲幅度
7.3 单稳态触发器
施密特触发器是双稳态电路，有0、1两个稳态，状态改变受外 加信号控制。而单稳态触发器是单稳态电路，有一个稳态（0 态或1态）和一个暂稳态，在外加输入信号的作用下电路由稳 态翻转到暂稳态，保持一段时间后又自动返回原来的稳态。单 稳态触发器的输出通常为宽度恒定的脉冲信号，而暂稳态的时 间仅取决于电路自身的相关参数。
U IV T H V D D (V D D V T )R 1 R 2 R 2
UI
VTR1R 2R2VTH R R1 2VDDVVTT+-
第七章脉冲波形的产生与整形051020
况。
+Vcc
RD 0
8
R
5
C1
+
6
R
4 ＆
2
+ -
＆
C2
R
7
T
Rb
1
Q1 Q
30
1
vo
① RD＝0 时： Q＝1， Vo＝0 , T 导通
CO TH
＞2/3VCC
TR
＞1/3 VCC
D
+Vcc
RD 1
8
4
R
5
C1
+ 0＆
-
6
R
Q1
2
+ 1 ＆ Q0
-
C2
R
7
Rb
1
0
3 1
vo
① RD＝0 时： Q＝1， Vo＝0 , T 导通
②
RD＝1
，VTH
2 3
VCC,
VTR
1 3
VCC 时：
C1 = 0、C2＝1、Q＝1、Q＝0、Vo＝0 , T 导通。
CO TH
＜2VCC/3
TR
＞VCC/3
D
+Vcc
RD
8
4
R
5
+ C1 1 ＆
-
6
R
2
+ -
1＆
C2
R
7
Rb
1
Q1 Q0
30
1
vo
③
RD＝1
，VTH
2 3
VCC,
VTR
vc (0+) = 0 vc () =VCC
vc (t)
=
2 3
+Vcc
RD 0
8
R
5
C1
+
6
R
4 ＆
2
+ -
＆
C2
R
7
T
Rb
1
Q1 Q
30
1
vo
① RD＝0 时： Q＝1， Vo＝0 , T 导通
CO TH
＞2/3VCC
TR
＞1/3 VCC
D
+Vcc
RD 1
8
4
R
5
C1
+ 0＆
-
6
R
Q1
2
+ 1 ＆ Q0
-
C2
R
7
Rb
1
0
3 1
vo
① RD＝0 时： Q＝1， Vo＝0 , T 导通
②
RD＝1
，VTH
2 3
VCC,
VTR
1 3
VCC 时：
C1 = 0、C2＝1、Q＝1、Q＝0、Vo＝0 , T 导通。
CO TH
＜2VCC/3
TR
＞VCC/3
D
+Vcc
RD
8
4
R
5
+ C1 1 ＆
-
6
R
2
+ -
1＆
C2
R
7
Rb
1
Q1 Q0
30
1
vo
③
RD＝1
，VTH
2 3
VCC,
VTR
vc (0+) = 0 vc () =VCC
vc (t)
=
2 3
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6.5 555定时器及其应用
555定时器是一种多用途的集成电路，产品型号 的最后三位几乎都是555（双极型）或7555 （CMOS），并且，几乎所有的生产厂家都有 555定时器产品，而且它们的逻辑功能和外部引 线排列完全相同。
由于555使用灵活、方便。因而，555定时器在 波形产生与变换、测量与控制、家用电器、电子 玩具等许多领域都得到应用。
8
5 6 VR1
2
VR2
7
4
vc1 C1
G1 Q
vc2 C2
TD G2 Q
1
3 Vo
休息一会儿
D
施密特FF→也有两个稳态 单稳FF→有一个稳态，一个暂态
0稳态，1暂态 1稳态，0暂态
无稳态FF→没有稳定状态→多谐振荡器
单稳FF有什么实际用途？
定时
一、555单稳FF电路 的接法
如图：外加元件R、C，6、 7连在一起接到RC的中间， 2作为输入端。ui是输入信 号，平时为高电平，要求 ui>1/3Vcc
因此,占空比改变不能改 变频率,如要改变频率可 以把R1换成定位器,调节 定位器就可以改变频率.
二。在上题中作如下改变，输出频率将如何改 变？请说明理由。
Vcc
R1
10k
Rw
8765 5G555
4.7k
1234
R1
C
为了画图方便,电容的充放电用直线代替
Vc V5 1/2V5 t
Vo
t
Vcc
电路结构
将Vi1和Vi2连在一 起作为输入端, 如图:
Vi
工作原理
VCC
RD
8
4
Vi1
- V5 R1 +C1
6
R
R FF
Vi2 2
-+C2 S
S
VR1
TD 7
1
Q VO 3
Vi从0开始增加： 当Vi< 1/3Vcc 时,RSFF置数,∴Vo=VoH； 当1/3Vcc<Vi<2/3Vcc时,RSFF保持,∴ Vo=VoH不变； 当Vi>2/3Vcc以后，RSFF复位 ,∴ Vo=VoL
占空比q为T1/T
∴q=(R1+R2)/(R1+2R2) 显然q>50%
占空比为50%的逻辑图
Vcc
8
R1
5
6 VR1
C1
R1
2
C2 VR2
7
C
1
T1=T1=R1Cln2
占空比可调电路
R1
Vcc
8
5
6 VR1
C1
R1
2
C2 VR2
7
C
1
例题
试分析下图中占空比的变化范围是多少？振荡 周期是多少？改变占空比会不会改变振荡频率？ 如何改变振荡频率？
∴Vo总是在VoH和VoL之间转换 ∴Vo有两个暂态，没有稳态。
555多谐振荡器工作波形
Vc
Vo
T1 T2
2/3Vcc 1/3Vcc t
T
t
三要素法： uc (t) uc () [uc (0) uc ()]et /
显然T1是充电时间，T2放电时间
T1=（R1+R2）C ln2
T2=R2C ln2 而T=T1+T2 =（R1+2R2）C ln2=0.69(R1+2R2)C
Q S
（4）TD为内部放电 晶体管
电路符号及管脚
DISC TH
TR
VCC RD
84 7
6
3
2 15
GND Ctrl
引脚功能: 1: GND地
2: TR低触发输入端(负脉冲有效)
VO 3: Vo输出 4: RD异步清零，低电平有效 5: Ctrl控制电压输入端 6:TH高触发输入端 7: DISC放电输出 8: Vcc电源端
VCC
RD
8
4
R
Vi1
- V5 R1 +C1
6
R
R
Q uo 3
FF
ui C
Vi2 0.01u
2
-+C2
VR1
7
S S
TD
1
555的工作特点是: “上 窜下跳”
二、工作原理
假定上电时FF处在稳态→0状态
此时:ui>1/3Vcc,上电时电容上的电压为0→uo=0保持 ∵TD处于导通状态,如果ui不变,uo一直稳定为0
存在回差,有两个转换电压
（VT+、VT-）。
Vi
1/3Vcc 2/3Vcc
主要参数： 回差电压： △VT=VT+ –VT- =VR1－VR2=1/3Vcc VR1就是Ctrl端（5脚）的电位，可以通过外加
Ctrl电压，来改变VR1： VR1＝V5；→ VR2＝1/2V5
施密特触发器的符号：
uI
6.5.1 555定时器的电路结构与功能
内部结构
（1）C1、C2是电压 比较器，∵输入电阻 →∞
∴其输入端电流基本 为0。 （2）三个5k的电阻， 对Vcc分压形成比较 器的比较参考基准电 压： VR1 , VR2
内部结构
R
Q3
（3）G1G2G3G4构成 vo NAND-RSFF，并驱
动输出。
当从Vi>2/3Vcc开始减小： Vi>2/3Vcc时, Vo=VoL； 当1/3Vcc<Vi<2/3Vcc时，RSFF保持,∴ Vo=VoL不变； 当Vi<1/3Vcc时, RSFF置数,∴Vo=VoH
施密特触发器特点：
Vo
输出有两个确定的稳定状
传输特性图
态；
VoH
1→0，0→1转换电压不同，
第六章脉冲波形的
原
接
接
接
理
成
成
成
施
单
多
密
稳
谐
特
触
振
触
发
荡
发
器
器
器
6.1 概述
一、矩形脉冲信号的参数
0.9Um 0.5Um 0.1Um
tr
tf
Um tw
T
Um:幅度，T:周期，tw:脉冲宽度（脉宽） tr:上升时间，tf:下降时间 占空比：q＝tw/T
二、获得矩形波的方法 1 矩形波发生器 2 利用现有波形进行变换与整形
(a) 电路
7 6 555 21 5
Vcc u O2
uI1
Vcc Vcc
uO1
tW1
uI2
Vcc
uO2
tW2
(b) 波形 单稳用于延时的例子
4.555接成的多谐振荡器
1)电路结构
Vcc
8
R1
5 6 VR1
R2
2
VR2
7
C
1
4
vc1 C1
G1 Q
vc2 C2
TD G2 Q
3 Vo
2)工作原理
假设上电的瞬间Q=1
Vcc R1
图中： R1=47k
Rw
8765 5G555
1234 R1
C=10uF Rw=2k
C
当Rw调到最上端时 q=R1/(2R1+Rw) =47/(2x47+2) =0.49
当Rw调到最下端时 q=(R1+Rw)/(2R1+Rw) =(47+2)/(2x47+2) =0.51
因为 T=(2R1+Rw)C ln2 =96kX10uXln2 =1
uO
施密特触发器的应用
1 波形变换 2 脉冲整形 3 脉冲鉴幅
6.3. 555定时器接成单稳触发器
一个概念：
FF的稳态：在没有外加输入的作用下，FF不会改 变原有的输出状态。
FF的暂态：在输入信号的作用下，进入一个状态， 过一定的时间后，FF会自动回到另一个状态。
RS JK 有两个稳态→双稳态FF
工作原理
Vi1 (TH)
Vi2 (TR)
VCC
8
- V5 R1 +C1
6
2
-+C2
VR1
7
RD 4 R R
FF S
S
TD
1
1.当4接低电平时， Q＝0，VO＝0。
Q VO 3
2.当4接高电平时，输 出由触发输入端2、6 控制。
3.当5脚不加控制电压 时，比较器的比较参 考电压分别为：
VR1＝2/3Vcc VR2＝1/3Vcc 4.当Vi1<VR1(2/3Vcc)时 R=0,FF复位有效 当Vi2< VR2(1/3Vcc) S=0,FF置数有效
中间电压 555的动作特点：“上窜下跳，下窜上跳”
555的特点
1. 555是一种数模混合电路，使用灵活，应用广泛，多 用于波形产生与变换。
2. 输出的驱动电流比较大，双极型可达100~200mA, 单极型有4mA
1. 工作电压（电源电压）范围宽：双极型 5～16V 单极型3～18V
6.2 555定时器接成施密特触发器
放电二极管TD截止,Vcc通过R1、R2向C充电，Vc逐渐生高 当Vc<1/3Vcc时Vc1=1,Vc2=0,Q=1不变,∴Vo=1(VoH) 当1/3Vcc<Vc<2/3Vcc时,Vc1=1,Vc2=1,Q=1不变,∴Vo=1(VoH) 当Vc≥2/3Vcc时Vc1=0,Vc2=1,Q=0翻转,∴Vo=0(VoL) 此时放电二极管TD导通,C通过R2、TD放电，Vc逐渐降低 又当1/3Vcc<Vc<2/3Vcc时,Vc1=1,Vc2=1,Q=0不变,∴Vo=0(VoL) 当Vc＝1/3Vcc时，Vc1=1,Vc2=0,Q=1翻转,∴Vo=1(VoH) 此后Vc又逐渐生高， 到Vc=2/3Vcc后， Vc逐渐降低，如此循环