脉冲 波形的产生和变换
合集下载
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。
脉冲波形变换和产生
电路进入暂稳态中，不再接受触发信号； 只有返回稳态后才可以被再次触发。
可重复触发型电—路—在暂稳态中仍然可以接受触发信号， 每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。
tW
tW
不被再次触发 脉冲波形变换和产生
tW
tW
被再次触发
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121 Rext
B
G1
A1
&
A2
G4 &
vO1
vI2 VTH
vO2
tW=RC ln
0 ‒ 3.6 0 ‒ 1.4
≈ 0.96 RC
脉冲波形变换和产生
vO1
vO2
vI
G1
1 G2
vO1
vI2
R
vI
亦有 tre= (3~5)RC
vI2 VTH
(2)触发脉冲的间隔（周期） vO2
不得小与 tw+tre
fMAXT1
tW
1 tre
脉冲波形变换和产生
TmintWtre
经过（3~5)RC时间， 电容已经放电完毕
即
tre=(3~5)RC
vI 的最大工作频率：
fMAXTm 1intW1tre脉冲波形变换和产生
或非门组成的微分性单稳态触发器
vI
vO1
vO2
G1 ≥1
1 G2
vO1
C
vI2
vI
VDD
vI2
若输入脉冲过宽，vo2输出边沿变缓 vO2 可在输入端加微分电路
a
G2 &
Cext10 Rext/Cext11 Rint9
G5
G6
& ≥1 &
Rint G7 1
可重复触发型电—路—在暂稳态中仍然可以接受触发信号， 每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。
tW
tW
不被再次触发 脉冲波形变换和产生
tW
tW
被再次触发
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121 Rext
B
G1
A1
&
A2
G4 &
vO1
vI2 VTH
vO2
tW=RC ln
0 ‒ 3.6 0 ‒ 1.4
≈ 0.96 RC
脉冲波形变换和产生
vO1
vO2
vI
G1
1 G2
vO1
vI2
R
vI
亦有 tre= (3~5)RC
vI2 VTH
(2)触发脉冲的间隔（周期） vO2
不得小与 tw+tre
fMAXT1
tW
1 tre
脉冲波形变换和产生
TmintWtre
经过（3~5)RC时间， 电容已经放电完毕
即
tre=(3~5)RC
vI 的最大工作频率：
fMAXTm 1intW1tre脉冲波形变换和产生
或非门组成的微分性单稳态触发器
vI
vO1
vO2
G1 ≥1
1 G2
vO1
C
vI2
vI
VDD
vI2
若输入脉冲过宽，vo2输出边沿变缓 vO2 可在输入端加微分电路
a
G2 &
Cext10 Rext/Cext11 Rint9
G5
G6
& ≥1 &
Rint G7 1
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。
脉冲波形的产生与变换
脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法：一是利用振荡电路 直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器；二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC 电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1 门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL 门电路和CMOS 门电路组成。
由于TTL 门电路的速度比CMOS 门电路的速度快, 故TTL 门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS 门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL 门电路组成的多谐振荡器由TTL 门电路组成的多谐振荡器有两种形式：一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器；二是由非门和RC 延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
① 简单环形多谐振荡器(a) (b)uo图9－1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9－1（ａ）为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9－1（ｂ）为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
7脉冲波形的产生与变换
2 3 VCCtO Nhomakorabeat
vO
tW
O
t
7.2 用555组成单稳态触发器
工作原理：
5kΩ
vIC vI1
＋ －C1
R
5kΩ
vI
vI2
－ ＋C2
S
vO 5kΩ T
RD &
&
VCC
&
当引脚2有一个下降 沿触发时，Vo由低电平跳 变到高电平，电路由稳态 转入暂稳态。
G
1 vO vI
O vC
2 3 VCC
t
O
t
vO
G
1 vO vI
O vC
2 3 VCC
t
O
t
vO
tW
O
t
7.2 用555组成单稳态触发器
工作原理：
5kΩ
vIC vI1
＋ －C1
R
5kΩ
vI
vI2
－ ＋C2
S
vO 5kΩ T
RD &
&
VCC
&
当电路无触发信号时， Vi保持高电平，555内部 处于稳定状态，输出端VO 低电平。
G
1 vO vI
O vC
vI
2
5
C
1
O
t
vO
tW
O
t
输出脉冲宽度：TW = 1.1RC
t
uc (t) uc () (uc (0 ) uc ())e
VCC vO
0.01F
工程案例：产品数量检测电路
知者行之始，行者知之成”。在实践中不断总结创新经验， 深入学习，迎难而上。
tW
脉冲 波形的产生和变换
第一节佛教
2.佛教的基本教义 (1)四谛说 四谛是佛教各派共同承认的
基础教义。所谓“谛”，有“真理”或“ 实在”，的意思，是印度哲学通用的概念 。“四谛”就是佛教中的四条真理，即苦 谛、集谛、灭谛和道谛。由于这四条是神 圣的真理，所以“四谛”又称为“四圣谛 ”。其核心是宣扬整个世界和全部人生为 无边之苦海。四谛又可分为两部分，苦、 集二谛说明人生的本质及其形成的原因， 灭、道二谛指明人生解脱的归宿和上解一页脱下一之页 返回
部派佛教时期(约前4世纪中叶一1世纪中 叶)公元前4世纪至公元1世纪，即释迎牟 尼去世后的100年到400年间，佛教教团 出现了分裂。最初分为尊崇传统、保守旧 规的上座部和较为进取、强调改革上和一页发下一展页 返回
第一节佛教
大乘佛教时期(约1世纪中叶7世纪)大约在 公元1世纪左右，佛教发生了大的分化， 分出大乘佛教和小乘佛教。从此，佛教发 展进入了一个新的阶段。“乘”，是“承 载”或“道路”的意思，大乘是大道，小 乘即是小道。小乘和大乘两派，对佛教教 义的解释和理解有分歧。小乘保持原来的 教义，以释迎牟尼为教主，以《阿含经》 为主要经典。大乘则对原有的教义有所修 正、有所发展，认为三世十方有无数佛， 并以《般若经》、《维摩经》、《法华经
藏传佛教主要是印度密教与藏区本教融合 形成的具有西藏地方色彩的佛教，俗称喇 嘛教。流传于中国的藏、蒙古、裕固、纳 西等民族地区，以及不丹、锡金、尼泊尔 、蒙古和俄罗斯的布里亚特等国家和地区 。它的经典属于藏语，故亦称藏语上系一页佛下一教页 返回
第一节佛教
3.佛教在中国的传播 佛教自印度传入中国以后，经过流传发展
波形的分析及其应用。 4.了解555定时器内部结构框图、基本原理及典型应用。
返回
第一节 概述
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。
上一页 下一页 返回
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。
下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
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。
下一页 返回
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↑
第8章 脉冲波形的产生与变换(5)
5 6 2 7
VC C 8 R
+ -
RD 4 A1 A2 T R Q S Q 3
管脚图
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
VCC
8
R
R 1
+
v’O vI1
7
6
vIC
5
4
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
555
1
2 3
GND vI2
Uo
RD
地 触 输 复 发 出 位
7
第八章 脉冲波形的产生与变换
二、 555定时器的应用 555定时器应用广泛，可以做
多谐振荡器: 简易电子琴电路 首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:
u
VCC R1 R2
C
v’O 4 8 7 vI1 555 3 uo vI2 6
2 1 5 C
2VCC /3 VCC /3
0
t
uo
0
u
C
t
输出波形
12
第八章 脉冲波形的产生与变换
u
VCC
C
R1 R2
v’O 4 8 7 uo vI1 555 3 vI2 6
u
VCC
C
R1 R2
v’O 4 8 7 uo vI1 555 3 vI2 6
2 1 5 C
2VCC /3 VCC /3
0
t
u
o
u
C
如何改变方波的占空比？
0
t T1 T2
改变充放电回路的时间常数即可。 充电时间常数：（R1+R2）C 放电时间常数：R2C
14
第八章 脉冲波形的产生与变换
简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变 输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音 调。 VCC
中波理论之脉冲波形产生与变换
VT+
0
VT-
0
t
VTt
vO
vO
0
t
0
t
3. 用于脉冲鉴幅
vI
1
VT+
vI
vO
0
VT-
t
vO
0
t
4. 用于产生多谐振荡器
vI
R
VT+
VT_
1
vI
vo
0
t
vo
C
VOH
T2
T1
VOL
0
t
T T1 T2
RC ln VDD VT RC ln VT+ RC ln(VDD VT VT+ )
VDD VT
vth
tw
t
t
vO1 10
1 vO2
1
1
1
t
1
1
0 vR
1vI
vc R
t bv)I外加触vo1发信号vv后RDD，电v路O2进
入暂稳态
t c)电v容R 放电，vO2电 路由v暂O1 稳态
自动返回到稳态
t
主要参数的计算
(1) 输出脉冲宽度tw
t
R(t)=VR()＋[VR(0+)－VR()] e
`
R(0+) = 0
R() =VDD
tw
RC ln=RVCDD VDD Vth
tw≈0.7RC
vI
vvDOD1
vDD+vvvDRDth
tpi vth
t t
t
(2) 恢复时间tre tre 3d
vO2
(3) 最高工作频率 fmax
f max
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。
脉冲波形的产生与变换
02
脉冲波形的产生
矩形脉冲的产生
矩形脉冲：通过将电压快速地加到高 电平然后减到低电平，再重复这个过 程，可以产生矩形脉冲。
矩形脉冲的宽度和高度可以通过改变 电压的上升和下降速度以及高低电平 的电压值来调整。
三角脉冲的产生
三角脉冲：三角脉冲可以通过比较器电路产生，当输入信号大于某个阈值时，比 较器输出高电平，否则输出低电平。
脉冲波形产生与变换技术的实际应用
为了更好地发挥脉冲波形产生与变换技术的优势，未来研究可以加强该技术在各领域的实 际应用研究。通过与产业界的合作，推动脉冲波形产生与变换技术的成果转化，为经济发 展和产业升级提供技术支持。
感谢您的观看
THANKS
压力传感器
通过检测压力变化产生的 脉冲波形，实现对压力的 测量。
温度传感器
利用热敏元件产生的脉冲 波形，实现对温度的测量。
在医学领域的应用
超声成像
利用超声波产生的脉冲波形，通 过接收反射回的脉冲信号进行成
像。
核磁共振成像
通过施加脉冲磁场和射频脉冲， 获取组织中的氢原子核磁矩信息，
重建图像。
脉冲激光治疗
目的和意义
随着科技的发展，脉冲波形在各个领 域的应用越来越广泛，对脉冲波形产 生与变换的研究具有重要的实际意义。
此外，脉冲波形的产生与变换也是信 号处理领域的重要研究方向之一，对 于推动相关领域的发展具有重要意义。
研究脉冲波形的产生与变换，有助于 深入了解信号的特性和传播规律，为 信号处理、通信系统设计等领域提供 理论支持和技术指导。
够将输入的脉冲波形进行变换，得到所需的输出波形。实验结果表明，
该算法具有快速、准确和稳定的特点。
03
脉冲波形在各领域的应用
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。
数字电子技术教学课件-第06章 脉冲波形的产生与变换
24
2. 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，可波 畸以形 变获得比较理想的矩形脉冲波形边 振。沿 荡
图6-12 脉冲整形
03.04.2021
25
3．脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发
器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输 出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲
当uI上升，使得uI1 =UTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
03.04.2021
17
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。
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。
03.04.2021
14
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
42
2. 脉冲定时
单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲， 利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间 内动作(或者不动作)。
03.04.2021
图6-19 脉冲定时
43
6.4 多谐振荡器 6.4.3 石英晶体振荡器
03.04.2021
3. 对输入触发脉冲宽度的要求
在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的 宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1＜tw，否则电 路不能正常工作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发器的图形符号 图14-21 ( b)所示是附加“非”逻辑功能的集成施密特触发
器的图形符号 74LS132是集成施密特与非门，74LS14是集成施密特非门，
图14 -22是它们的外引脚排列图。 施密特触发器的应用见表14-1
上一页 返回
第五节 555时基电路
一、555定时电路简介 555定时器除了可用作定时控制外，还可以组成单稳态触发器、
0;当S=1时，触发器输出1 3.放电开关及反相输出 V是一个放电开关，状态受RS触发器的输出控制。反相器G的
作用是输出缓冲，提高电路的驱动能力。
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
4.集成电路主要管脚 管脚6：阈值输入端， 管脚2: 触发输入端， 管脚5：电压控制端 管脚7: 放电端口，提供外接电容后的放电通路，同时作为V
下一页 返回
第一节 概述
脉冲宽度：从脉冲前沿的0. 5 Vm处起，到后沿的0. 5 Vm 处止的一段时间。
脉冲周期：两个相邻脉冲之间的时间间隔 占空比q: 脉冲信号的宽度与脉冲周期的比值 任何脉冲波都是由多种频率和振幅不同的正弦波合成的。 通常称脉冲波的频率是指“基波”频率(最低频率)。这个频率
列如图14-11所示。
上一页 返回
第三节 多谐振荡器
振荡器有两大类型:能产生正弦交流信号的电路称为正弦振荡 器，产生矩形波(或方波)的电路称为多谐振荡器，如图1412所示。
一、门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成 图14-13所示为一个由CMOS反相器及电容C,电阻R构成的
自激多谐振荡器
下一页 返回
第十四章 脉冲波形的产生和变换
教学目标 第一节 概述 第二节 单稳态触发器 第三节 多谐振荡器 第四节 施密特触发器 第五节 555时基电路
教学目标
1.掌握脉冲波电压的主要参数。 2.掌握几种常用的脉冲波形产生与变换电路。 3.理解几种常用的脉冲波形产生与变换电路的工作原理、输出
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
这种正向阈值电压与负向阈值电压不相等的现象，称为回差现 象。
回差是施密特触发器固有的特性，称为回差特性。 根据上面的分析，可作出施密特触发器电压传输特性，如图
14-20所示。
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
二、集成施密特触发器 图14-21 ( a)所示是附加“与非”逻辑功能的集成施密特触
上一页 下一页 返回
第一节 概述
2.微分电路: 利用微分电路可将矩形脉冲变换为尖峰脉冲。 (1)电路结构电路如图14-6 ( a)所示。 (2)工作原理 电容中仅在加电压的瞬间有电流流通，由于电容两端电压不能
突变，所以可得到如图14-6（b）所示的波形 3.积分电路: 利用积分电路可将矩形波变换成锯齿波。 (1)电路结构： 电路如图14-7 ( a)所示。 (2)工作原理：电路波形如图14-7 ( b )所示。
在要求高的场合，多采用石英晶体多谐振荡器。 石英晶体多谐振荡器如图14-15所示。晶体在电路中起窄带滤
波器的作用，以石英晶体为定时器件的多谐振荡器，电路的振 荡频率决定于晶体本身的串联谐振频率，与电路中的R, C值 无关，其频率稳定性高，但不可调节。
上一页 返回
第四节 施密特触发器
施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种双稳态触发电 路，该电路须依赖外加触发信号来维持两个稳定状态。
上一页 返回ຫໍສະໝຸດ 第二节 单稳态触发器一、单稳态触发器基础 1.电路组成 图14 -8为CMOS或非门构成的单稳态触发器。 2.工作原理 (1)稳态：无触发信号时 (2)暂稳态：当外加输入信号发生正跳变时，其过程可描述为
下一页 返回
第二节 单稳态触发器
(3)暂稳态自动翻转到稳态 在暂稳态期间，充电回路如图14 -9所示，随着充电时间的增
波形的分析及其应用。 4.了解555定时器内部结构框图、基本原理及典型应用。
返回
第一节 概述
一、脉冲的基本概念
1 .常见的脉冲信号：脉冲信号有很多种，如图14-1所示 2.矩形脉冲信号参数 如图14-2所示 脉冲幅度Vm：用来表示脉冲信号强弱的参数。 上升时间：脉冲从0. 1 Vm上升到0. 9 Vm所需要时间 下降时间：脉冲从0. 9 Vm下降到0. 1 Vm所需要时间
3.构成施密特触发器
如图14-26 (a)所示，图14 -26 ( b)为电路工作波形
工作原理:
(1)接通电源后，电路输出高电平
(2)当输入电压上升至
，输出不变
(3)当输入电压
，状态翻转
(4)当输入电压开始下降，使
仍为低，当
，输出变为高
，输出
该电路的回滞特性如图14 -27所示。
上一页 返回
特点： ①它是一种电平触发器; ②使电路发生两次翻转的触发电平值不同，即电路有不同的阈
值电压。
下一页 返回
第四节 施密特触发器
一、CMOS门电路组成的施密特触发器 1.电路组成 如图14-16所示的是由两级CMOS反相器构成的施密特触发
器。 其工作波形图如图14-17所示。 2.工作原理 (1)输入电压为0V时，电路如图14-18所示,电路进入第一稳
图14-1 各种脉冲信号的波形
返回
图14-2 描述矩形脉冲信号波形参 数
返回
图14-3 RC充、放电电路
返回
图14-4 RC电路充电过程波形
返回
图14-5 RC电路放电过程波形
返回
图14-6利用微分电路可将矩形脉冲 变换为尖峰脉冲
返回
图14-7利用积分电路可将矩形波变 换成锯齿波
返回
图14-8 单稳态触发器
加，电路发生下列正反馈，恢复到新的稳定状态
3.波形 上述电路的工作波形如图14-10所示。 tw即输出脉宽，表示暂稳态持续时间，由R C充、放电时间决
定，与外加触发信号无关，一般
上一页 下一页 返回
第二节 单稳态触发器
二、集成单稳态触发器 74HC123是带清除端的双可重触发单稳态触发器。其引脚排
管集电极开路输出 555定时电路功能表如表14 -2所示。
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
二、555定时电路的应用 1.构成多谐振荡器 如图14-24所示。 工作原理: (1)接通电源，电容C两端电压较低，v截止，电路输出高电平，
处于第一暂稳态。 (2)随着VCC对C充电的进行，电路进入第二暂稳态 (3)电路处于第二暂稳态时，C开始放电，回到第一暂稳态
返回
图14-17 施密特触发器工作波形
返回
图14-18 电路进入第一稳态
返回
图14-19 电路保持在第二稳态
返回
图14-20 施密特触发器 电压传输特性
返回
图14-21 集成施密特触发器 图形符号
返回
图14-22 集成施密特触发器引脚图
返回
表14-1 施密特触发器的应用
返回
图14-23 555电路
第三节 多谐振荡器
2.工作原理 (1)电源VDD接通时，这一状态称为第一暂稳态。 (2)R对C充电，电路发生如下正反馈过程:
这称为电路的第二暂稳态。 (3)电路进入第二暂稳态瞬间，电容C放电
如此电容C重复充放电过程，可得到如图14-14所示波形
上一页 下一页 返回
第三节 多谐振荡器
二、石英晶体多谐振荡器 石英晶体由于频率特性好、品质因素高，所以其选频特性较好。
态。
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
(2)随着输入电压逐渐上升，电路状态发生翻转，如图14-19 所示，电路保持在第二稳态
(3)随着输入电压逐渐下降， 电路状态再一次发生翻转 电路由第一稳态翻转到第二稳态时的输入触发信号称为正向阈
值电压，第二稳态翻转到第一稳态时的输入触发信号称为负向 阈值电压，将它们的差值定义为回差电压
返回
表14-2 555定时电路功能表
返回
图14-24 555定时器构成的多谐振荡 器及其工作波形
返回
图12-25 555构成的单稳态触发器电 路及工作波形
返回
图14-26 555定时器构成的施密特触 发器及其工作波形
返回
图14-27 电路的回滞特性
返回
可通过数字频率计(或示波器)测定。脉冲波的幅度、脉宽、上 升和下降时间等可通过示波器读出。
上一页 下一页 返回
第一节 概述
二、RC波形变换电路 1. RC电路的充、放电过程 图14 -3是RC充、放电电路。 其充电过程如图14-4所示，放电过程如图14-5所示 电阻R与电容C的乘积称作时间常数
返回
图14-9 电容充电回路
返回
图14-10 单稳态电路波形
返回
图14-11 74HC123双可重触发单稳态 触发器
返回
图14-12 两大类型的振荡器
返回
图14-13 多谐振荡器
返回
图14-14 多谐振荡器工作波形
返回
图14-15 石英晶体多谐振荡器
返回
图14-16由两级CMOS反相器构成的施密 特触发器
施密特触发器、多谐振荡器等等。由于它工作可靠、使用方便、 价格低廉，得到了广泛的应用。555电路的逻辑图、外引线功 能图、内部电路如图14-23所示。
下一页 返回
第五节 555时基电路
1.比较电路 比较电路由比较器C1和C2及3个分压电阻R构成。 2. RS触发器 当电路复位端R =0时，触发器复位。当R=1时，触发器输出
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
2.构成单稳态触发器 如图14-25所示 工作原理: (1)接通电源，Vcc对C充电,电路进入稳态 (2)若在电路触发输入端加入一个负向触发脉冲后,电路输出高
电平，电路进入暂稳态。 (3)电容C对V放电，恢复稳态
器的图形符号 74LS132是集成施密特与非门，74LS14是集成施密特非门，
图14 -22是它们的外引脚排列图。 施密特触发器的应用见表14-1
上一页 返回
第五节 555时基电路
一、555定时电路简介 555定时器除了可用作定时控制外，还可以组成单稳态触发器、
0;当S=1时，触发器输出1 3.放电开关及反相输出 V是一个放电开关，状态受RS触发器的输出控制。反相器G的
作用是输出缓冲，提高电路的驱动能力。
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
4.集成电路主要管脚 管脚6：阈值输入端， 管脚2: 触发输入端， 管脚5：电压控制端 管脚7: 放电端口，提供外接电容后的放电通路，同时作为V
下一页 返回
第一节 概述
脉冲宽度：从脉冲前沿的0. 5 Vm处起，到后沿的0. 5 Vm 处止的一段时间。
脉冲周期：两个相邻脉冲之间的时间间隔 占空比q: 脉冲信号的宽度与脉冲周期的比值 任何脉冲波都是由多种频率和振幅不同的正弦波合成的。 通常称脉冲波的频率是指“基波”频率(最低频率)。这个频率
列如图14-11所示。
上一页 返回
第三节 多谐振荡器
振荡器有两大类型:能产生正弦交流信号的电路称为正弦振荡 器，产生矩形波(或方波)的电路称为多谐振荡器，如图1412所示。
一、门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成 图14-13所示为一个由CMOS反相器及电容C,电阻R构成的
自激多谐振荡器
下一页 返回
第十四章 脉冲波形的产生和变换
教学目标 第一节 概述 第二节 单稳态触发器 第三节 多谐振荡器 第四节 施密特触发器 第五节 555时基电路
教学目标
1.掌握脉冲波电压的主要参数。 2.掌握几种常用的脉冲波形产生与变换电路。 3.理解几种常用的脉冲波形产生与变换电路的工作原理、输出
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
这种正向阈值电压与负向阈值电压不相等的现象，称为回差现 象。
回差是施密特触发器固有的特性，称为回差特性。 根据上面的分析，可作出施密特触发器电压传输特性，如图
14-20所示。
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
二、集成施密特触发器 图14-21 ( a)所示是附加“与非”逻辑功能的集成施密特触
上一页 下一页 返回
第一节 概述
2.微分电路: 利用微分电路可将矩形脉冲变换为尖峰脉冲。 (1)电路结构电路如图14-6 ( a)所示。 (2)工作原理 电容中仅在加电压的瞬间有电流流通，由于电容两端电压不能
突变，所以可得到如图14-6（b）所示的波形 3.积分电路: 利用积分电路可将矩形波变换成锯齿波。 (1)电路结构： 电路如图14-7 ( a)所示。 (2)工作原理：电路波形如图14-7 ( b )所示。
在要求高的场合，多采用石英晶体多谐振荡器。 石英晶体多谐振荡器如图14-15所示。晶体在电路中起窄带滤
波器的作用，以石英晶体为定时器件的多谐振荡器，电路的振 荡频率决定于晶体本身的串联谐振频率，与电路中的R, C值 无关，其频率稳定性高，但不可调节。
上一页 返回
第四节 施密特触发器
施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种双稳态触发电 路，该电路须依赖外加触发信号来维持两个稳定状态。
上一页 返回ຫໍສະໝຸດ 第二节 单稳态触发器一、单稳态触发器基础 1.电路组成 图14 -8为CMOS或非门构成的单稳态触发器。 2.工作原理 (1)稳态：无触发信号时 (2)暂稳态：当外加输入信号发生正跳变时，其过程可描述为
下一页 返回
第二节 单稳态触发器
(3)暂稳态自动翻转到稳态 在暂稳态期间，充电回路如图14 -9所示，随着充电时间的增
波形的分析及其应用。 4.了解555定时器内部结构框图、基本原理及典型应用。
返回
第一节 概述
一、脉冲的基本概念
1 .常见的脉冲信号：脉冲信号有很多种，如图14-1所示 2.矩形脉冲信号参数 如图14-2所示 脉冲幅度Vm：用来表示脉冲信号强弱的参数。 上升时间：脉冲从0. 1 Vm上升到0. 9 Vm所需要时间 下降时间：脉冲从0. 9 Vm下降到0. 1 Vm所需要时间
3.构成施密特触发器
如图14-26 (a)所示，图14 -26 ( b)为电路工作波形
工作原理:
(1)接通电源后，电路输出高电平
(2)当输入电压上升至
，输出不变
(3)当输入电压
，状态翻转
(4)当输入电压开始下降，使
仍为低，当
，输出变为高
，输出
该电路的回滞特性如图14 -27所示。
上一页 返回
特点： ①它是一种电平触发器; ②使电路发生两次翻转的触发电平值不同，即电路有不同的阈
值电压。
下一页 返回
第四节 施密特触发器
一、CMOS门电路组成的施密特触发器 1.电路组成 如图14-16所示的是由两级CMOS反相器构成的施密特触发
器。 其工作波形图如图14-17所示。 2.工作原理 (1)输入电压为0V时，电路如图14-18所示,电路进入第一稳
图14-1 各种脉冲信号的波形
返回
图14-2 描述矩形脉冲信号波形参 数
返回
图14-3 RC充、放电电路
返回
图14-4 RC电路充电过程波形
返回
图14-5 RC电路放电过程波形
返回
图14-6利用微分电路可将矩形脉冲 变换为尖峰脉冲
返回
图14-7利用积分电路可将矩形波变 换成锯齿波
返回
图14-8 单稳态触发器
加，电路发生下列正反馈，恢复到新的稳定状态
3.波形 上述电路的工作波形如图14-10所示。 tw即输出脉宽，表示暂稳态持续时间，由R C充、放电时间决
定，与外加触发信号无关，一般
上一页 下一页 返回
第二节 单稳态触发器
二、集成单稳态触发器 74HC123是带清除端的双可重触发单稳态触发器。其引脚排
管集电极开路输出 555定时电路功能表如表14 -2所示。
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
二、555定时电路的应用 1.构成多谐振荡器 如图14-24所示。 工作原理: (1)接通电源，电容C两端电压较低，v截止，电路输出高电平，
处于第一暂稳态。 (2)随着VCC对C充电的进行，电路进入第二暂稳态 (3)电路处于第二暂稳态时，C开始放电，回到第一暂稳态
返回
图14-17 施密特触发器工作波形
返回
图14-18 电路进入第一稳态
返回
图14-19 电路保持在第二稳态
返回
图14-20 施密特触发器 电压传输特性
返回
图14-21 集成施密特触发器 图形符号
返回
图14-22 集成施密特触发器引脚图
返回
表14-1 施密特触发器的应用
返回
图14-23 555电路
第三节 多谐振荡器
2.工作原理 (1)电源VDD接通时，这一状态称为第一暂稳态。 (2)R对C充电，电路发生如下正反馈过程:
这称为电路的第二暂稳态。 (3)电路进入第二暂稳态瞬间，电容C放电
如此电容C重复充放电过程，可得到如图14-14所示波形
上一页 下一页 返回
第三节 多谐振荡器
二、石英晶体多谐振荡器 石英晶体由于频率特性好、品质因素高，所以其选频特性较好。
态。
上一页 下一页 返回
第四节 施密特触发器
(2)随着输入电压逐渐上升，电路状态发生翻转，如图14-19 所示，电路保持在第二稳态
(3)随着输入电压逐渐下降， 电路状态再一次发生翻转 电路由第一稳态翻转到第二稳态时的输入触发信号称为正向阈
值电压，第二稳态翻转到第一稳态时的输入触发信号称为负向 阈值电压，将它们的差值定义为回差电压
返回
表14-2 555定时电路功能表
返回
图14-24 555定时器构成的多谐振荡 器及其工作波形
返回
图12-25 555构成的单稳态触发器电 路及工作波形
返回
图14-26 555定时器构成的施密特触 发器及其工作波形
返回
图14-27 电路的回滞特性
返回
可通过数字频率计(或示波器)测定。脉冲波的幅度、脉宽、上 升和下降时间等可通过示波器读出。
上一页 下一页 返回
第一节 概述
二、RC波形变换电路 1. RC电路的充、放电过程 图14 -3是RC充、放电电路。 其充电过程如图14-4所示，放电过程如图14-5所示 电阻R与电容C的乘积称作时间常数
返回
图14-9 电容充电回路
返回
图14-10 单稳态电路波形
返回
图14-11 74HC123双可重触发单稳态 触发器
返回
图14-12 两大类型的振荡器
返回
图14-13 多谐振荡器
返回
图14-14 多谐振荡器工作波形
返回
图14-15 石英晶体多谐振荡器
返回
图14-16由两级CMOS反相器构成的施密 特触发器
施密特触发器、多谐振荡器等等。由于它工作可靠、使用方便、 价格低廉，得到了广泛的应用。555电路的逻辑图、外引线功 能图、内部电路如图14-23所示。
下一页 返回
第五节 555时基电路
1.比较电路 比较电路由比较器C1和C2及3个分压电阻R构成。 2. RS触发器 当电路复位端R =0时，触发器复位。当R=1时，触发器输出
上一页 下一页 返回
第五节 555时基电路
2.构成单稳态触发器 如图14-25所示 工作原理: (1)接通电源，Vcc对C充电,电路进入稳态 (2)若在电路触发输入端加入一个负向触发脉冲后,电路输出高
电平，电路进入暂稳态。 (3)电容C对V放电，恢复稳态