第八章 脉冲产生与信号变换电路
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脉冲波形产生与变换电路(课件)
矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： 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 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
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矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
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6.2 单稳态触发器
特点： 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 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
第八章-脉冲波形的产生和变换试题及答案
第八章脉冲波形的产生和变换一、填空题1。
(10-1中）矩形脉冲的获取方法通常有两种:一种是________________；另一种是________________________。
2。
（10-1易）占空比是_________与_______的比值.3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a。
T T L,b。
C M O S）产品,为7555的是（a.T T L,b。
C M O S）产品。
4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。
5．（易,中）常见的脉冲产生电路有,常见的脉冲整形电路有、。
6．（中)为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入.7.（10-3易）在数字系统中,单稳态触发器一般用于______、______、______等.8。
（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作为________、_________。
9.（10-2易)多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态,故又称为________。
10。
（10—2中）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________，如门电路、电压比较器、BJT 等.这些器件主要用来产生________；其次，具有________，将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，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_____作用.11。
（10—3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。
外加触发信号，电路由_____翻转到_____。
电容充电时,电路由______自动返回至______。
二、选择题1．(10-2中）下面是脉冲整形电路的是( ).A.多谐振荡器B.J K触发器C。
施密特触发器 D.D触发器2．（10—2中）多谐振荡器可产生（）.A.正弦波B。
脉冲的产生与变换课件
脉冲的调制与解调
总结词
脉冲的调制号的传 输和频分复用；通过解调可以将加载在脉冲上的信号 还原为原始信号。
详细描述
脉冲的调制是指将低频信号加载到高频脉冲上，以实现 信号的传输和频分复用。常见的调制方式有调频、调相 和调幅等。在调制过程中，需要选择合适的载波频率、 调制方式和解调方法，以确保信号传输的质量和可靠性。 脉冲的解调是指从调制后的脉冲中还原出原始信号。解 调方法与调制方式相对应，常见的解调方式有相干解调、 包络解调和同步检波等。解调过程中需要注意消除噪声 和失真等因素的影响，以获得准确的原始信号。
幅度测量
测量脉冲信号的幅度大小，常 用电压或电流表等仪表进行测
量。
时间测量
测量脉冲信号的持续时间、周 期等时间参数，常用示波器、
时间间隔测量仪等设备。
频率测量
测量脉冲信号的频率、周期等 参数，常用频率计等设备。
相位测量
测量脉冲信号的相位差、相对 时间位置等参数，常用相位计
等设备。
05 脉冲技术的应用实例
化学脉冲的产生
化学脉冲是指通过化学反应产生的脉 冲，如化学振荡器产生的脉冲。这种 脉冲通常由化学反应过程中的物质浓 度变化产生，其参数（如频率、幅度、 周期等）可以通过改变反应条件来调 整。
VS
化学脉冲在化学动力学、生物化学反 应等领域有广泛应用，如化学振荡器、 生物神经元等。
03 脉冲的变换与调制
通过滤波器对脉冲信号进 行筛选，提取所需频段的 信号，抑制噪声和干扰。
调制解调
将脉冲信号调制到载波信 号上，实现信号的传输和 放大，并在接收端进行解 调还原原始信号。
编码解码
对脉冲信号进行编码，提 高信号的抗干扰能力和传 输可靠性，在接收端进行 解码还原原始信号。
脉冲信号的产生与转换
求电路的时间常数τ=RC远大于输入矩形正脉冲 的宽度tw。
积分电路 a)电路图 b)波形图
三、阈值电压 集成门电路的输出状态发生翻转时，所对应的
临界输入信号电压，用VTH 表示。
通常将转折区中点所对应的输入电压称为阈值 电压。一般TTL门电路取1.4V作为阈值电压， CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。
单稳态触发器特点是：
（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到 暂稳态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一 段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持 续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参 数。
一、微分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器 a)电路图 b)时序波形图
反相器的电压传输特性
三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理
前述的微分电路和积分电路虽然可对波形进行变换， 但其输出波形并不是一个标准的时钟脉冲，为了 得到标准的时钟脉冲信号，可利用反相器对其进 行整形处理。
反相器对脉冲波形的整形和处理
a）下拉式微分电路 b）上拉式微分电路 c）积分电路
第二节 单稳态触发器
对CMOS电路来说，施密特触发器的回差电压
与电源电压VDD有关，VDD越高，回差电压越大，
且回差越大，其抗干扰能力就越强。但当回差电
压较大时要求uI的变化幅度也要大。
三、基本应用电路 施密特触发器的应途十分广泛。 (一) 波形的变换和整形
波形的变换 a)电路图 b)波形图
波形的整形 a)施密特整形 b)反相器整形
即输出脉冲宽度tw与充电时间常数RC 的大小有关，RC 越大，tW越宽。
0
1
0
1
4. 恢复过程 暂稳态结束后，电容C上已充有一定的电压，因此， 电路返回稳态后需经C的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳 态时的数值，这一过程即为恢复过程。恢复过程所需时间tre 的 大小与放电时间常数RC 的大小有关。恢复过程结束后，才允许
积分电路 a)电路图 b)波形图
三、阈值电压 集成门电路的输出状态发生翻转时，所对应的
临界输入信号电压，用VTH 表示。
通常将转折区中点所对应的输入电压称为阈值 电压。一般TTL门电路取1.4V作为阈值电压， CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。
单稳态触发器特点是：
（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到 暂稳态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一 段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持 续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参 数。
一、微分型单稳态触发器
微分型单稳态触发器 a)电路图 b)时序波形图
反相器的电压传输特性
三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理
前述的微分电路和积分电路虽然可对波形进行变换， 但其输出波形并不是一个标准的时钟脉冲，为了 得到标准的时钟脉冲信号，可利用反相器对其进 行整形处理。
反相器对脉冲波形的整形和处理
a）下拉式微分电路 b）上拉式微分电路 c）积分电路
第二节 单稳态触发器
对CMOS电路来说，施密特触发器的回差电压
与电源电压VDD有关，VDD越高，回差电压越大，
且回差越大，其抗干扰能力就越强。但当回差电
压较大时要求uI的变化幅度也要大。
三、基本应用电路 施密特触发器的应途十分广泛。 (一) 波形的变换和整形
波形的变换 a)电路图 b)波形图
波形的整形 a)施密特整形 b)反相器整形
即输出脉冲宽度tw与充电时间常数RC 的大小有关，RC 越大，tW越宽。
0
1
0
1
4. 恢复过程 暂稳态结束后，电容C上已充有一定的电压，因此， 电路返回稳态后需经C的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳 态时的数值，这一过程即为恢复过程。恢复过程所需时间tre 的 大小与放电时间常数RC 的大小有关。恢复过程结束后，才允许
第八章 脉冲产生与信号变换电路-实用PPT
4最大输出数字量111对应的输入模拟电压为三位adc的输入输出关系图821三位dac框图和输入输出关系842逐次逼近型adc逐次逼近型adc是直接转换型adc中最常见的一种其基本转换过程是将大小不同的参考电压与采样保持后的电压逐次进行比较比较结果以相应的二进制代码表示
脉冲产生与信号变换电路
第八章
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1.3 基本RS触发器 由与非门G1和G2组成基本RS触发器。该触发器为低电平
输入有效。 8.1.1.4 泄放开关VT
当基本RS触发器置1时，三极管VT截止；基本RS触发器 置0时，三极管VT导通；因此，三极管VT是受基本RS触发器 控制的放电开关。
另外，为了提高电路的带负载能力，在输出端设置了缓 冲门G3。
脉冲产生与信号变换电路
(a)
(b)
(c)
图8-7 施密特触发器用于脉冲整形
脉冲产生与信号变换电路
（2）波形变换 将连续变化的周期性模拟信号变换成周期矩形波。如图 8-8所示。 （3）脉冲鉴幅 利用施密特触发器输出状态依赖于输入信号幅值的特点， 若将回差电压设置为零，可实现幅值鉴别功能。如图8-9所 示，如将一系列幅度各异的脉冲加到施密特触发器输入端时， 只有那些幅度大于UT+的脉冲会产生输出信号。
脉冲产生与信号变换电路
8.1.2 555定时器的逻辑功能
复位端 R 为低电平时，使555强制复位，输出Q=0；当R 端为高电平时，Q输出状态取决于阈值端TH和触发端 的状态。
TR
的输当出TuHC2>=231，UC基C，本T R R>SU触CC发时器，被比置较0器，C输1的出输Q出=0u；C1=0，比较器C2 的输当出TuHC2<=231，UC基C，本T RR>SU触CC发时器，实比现较保器持C1功的能输。出uC1=1，比较器C2
脉冲产生与信号变换电路
第八章
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1.3 基本RS触发器 由与非门G1和G2组成基本RS触发器。该触发器为低电平
输入有效。 8.1.1.4 泄放开关VT
当基本RS触发器置1时，三极管VT截止；基本RS触发器 置0时，三极管VT导通；因此，三极管VT是受基本RS触发器 控制的放电开关。
另外，为了提高电路的带负载能力，在输出端设置了缓 冲门G3。
脉冲产生与信号变换电路
(a)
(b)
(c)
图8-7 施密特触发器用于脉冲整形
脉冲产生与信号变换电路
（2）波形变换 将连续变化的周期性模拟信号变换成周期矩形波。如图 8-8所示。 （3）脉冲鉴幅 利用施密特触发器输出状态依赖于输入信号幅值的特点， 若将回差电压设置为零，可实现幅值鉴别功能。如图8-9所 示，如将一系列幅度各异的脉冲加到施密特触发器输入端时， 只有那些幅度大于UT+的脉冲会产生输出信号。
脉冲产生与信号变换电路
8.1.2 555定时器的逻辑功能
复位端 R 为低电平时，使555强制复位，输出Q=0；当R 端为高电平时，Q输出状态取决于阈值端TH和触发端 的状态。
TR
的输当出TuHC2>=231，UC基C，本T R R>SU触CC发时器，被比置较0器，C输1的出输Q出=0u；C1=0，比较器C2 的输当出TuHC2<=231，UC基C，本T RR>SU触CC发时器，实比现较保器持C1功的能输。出uC1=1，比较器C2
任务5认识脉冲信号的产生于变换电路报告
若D门的阈值电压UTH=VDD/2，则振荡周期T ≈1.4 RFC
5.1 多谐振荡器 5.1.1 门电路构成的多谐振荡器
2. 带RC的环形多谐振荡器
D1和D2是两个反相器。C1和C2是两个耦合电容，C1=C2=C，RF1和 RF2是两个反馈电阻，且RF1=RF2=RF，反相器D3做整形缓冲电路。
5.1 多谐振荡器 5.1.1 门电路构成的多谐振荡器
矩形脉冲 尖脉冲
锯齿波 阶梯波
钟形脉冲 方波
断续正弦波 梯形波
概述
二、脉冲信号的主要参数
脉冲宽度 u
0.9U m 0.5U m 0.1U m
O
脉冲上升时 间（前沿）
脉冲幅度
tw
Um
tr tf
T
Байду номын сангаас脉冲周期
占空比
q tw T
t
脉冲下降时 间（后沿）
概述
三、脉冲波形的产生
（1）利用振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲， 这种方式不需要外加触发信号，只需要电路的电源， 这种电路称为多谐振荡电路。
充电回路变为 VCC→R1→VD1→C→地。
放电回路变为 C→VD2→R2→DIS→地。
tw1 0.7R1C
tw2 0.7R2C
T tw1 tw2 0.7(R1 R2 )C
q tw1 100 % R1 100 %
T
R1 R2
5.1 多谐振荡器 5.1.3 555定时器构成的多谐振荡器
当电容C3持续放电，使P点电位降至555的复位电平以下时， 多谐振荡器停止振荡，扬声器停止发声。
调节相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持 时间。
5.2 单稳态触发器
❖ 单稳态触发器的工作特点： (1)它有稳态和暂稳态两个工作状态，在没有受到外界触
5.1 多谐振荡器 5.1.1 门电路构成的多谐振荡器
2. 带RC的环形多谐振荡器
D1和D2是两个反相器。C1和C2是两个耦合电容，C1=C2=C，RF1和 RF2是两个反馈电阻，且RF1=RF2=RF，反相器D3做整形缓冲电路。
5.1 多谐振荡器 5.1.1 门电路构成的多谐振荡器
矩形脉冲 尖脉冲
锯齿波 阶梯波
钟形脉冲 方波
断续正弦波 梯形波
概述
二、脉冲信号的主要参数
脉冲宽度 u
0.9U m 0.5U m 0.1U m
O
脉冲上升时 间（前沿）
脉冲幅度
tw
Um
tr tf
T
Байду номын сангаас脉冲周期
占空比
q tw T
t
脉冲下降时 间（后沿）
概述
三、脉冲波形的产生
（1）利用振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲， 这种方式不需要外加触发信号，只需要电路的电源， 这种电路称为多谐振荡电路。
充电回路变为 VCC→R1→VD1→C→地。
放电回路变为 C→VD2→R2→DIS→地。
tw1 0.7R1C
tw2 0.7R2C
T tw1 tw2 0.7(R1 R2 )C
q tw1 100 % R1 100 %
T
R1 R2
5.1 多谐振荡器 5.1.3 555定时器构成的多谐振荡器
当电容C3持续放电，使P点电位降至555的复位电平以下时， 多谐振荡器停止振荡，扬声器停止发声。
调节相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持 时间。
5.2 单稳态触发器
❖ 单稳态触发器的工作特点： (1)它有稳态和暂稳态两个工作状态，在没有受到外界触
第8篇-脉冲波形的产生与变换 ppt课件
0
vO
2/3Vcc
vI ⑥
+
- C1
R
2/3Vcc
1/3Vcc - C2
vI②
+
S
1/3Vcc
vO
t
0
0
t
VCC
2VCC
（1）当vI＜1/3Vcc时， R=1，S=0，Q=1，vO=31； 3
VCC vI
（2）当1/3Vcc＜ vI＜2/3Vcc时， R=1，S=1，Q=1（保持），vO=1；
（3）当 vI＞2/3Vcc时， R=0，S=1，Q=0，vO=0；
vI2 2 vO, 7
555 3 vO
1
锁存器，决定输出状态。
(3) 3脚—输出端
(4) 4脚（ RD ）----复位输入端，当RD=0，RS锁存 器被复位，输出vo为低电平。正常工作时，应将 其接高电平。
PPT课件
6
(5) 5脚（VIC）——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 。
(6) 6脚—阈值输入端 (7) 7脚—放电端 (8) 8脚—电源端
VCC RD
vIC
8 5
4
vI1 6
vI2 2 vO, 7
555 3 vO
1
PPT课件
7
工作原理
1.当RD=0时，Vo=0，T导通
2.当RD=1时
(1)
VI1
2 3
VCC
,VI 2
1 3
VCC
,R
1, S
0
Q=1，T截止，Vo=1
2、振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
vO
2/3Vcc
vI ⑥
+
- C1
R
2/3Vcc
1/3Vcc - C2
vI②
+
S
1/3Vcc
vO
t
0
0
t
VCC
2VCC
（1）当vI＜1/3Vcc时， R=1，S=0，Q=1，vO=31； 3
VCC vI
（2）当1/3Vcc＜ vI＜2/3Vcc时， R=1，S=1，Q=1（保持），vO=1；
（3）当 vI＞2/3Vcc时， R=0，S=1，Q=0，vO=0；
vI2 2 vO, 7
555 3 vO
1
锁存器，决定输出状态。
(3) 3脚—输出端
(4) 4脚（ RD ）----复位输入端，当RD=0，RS锁存 器被复位，输出vo为低电平。正常工作时，应将 其接高电平。
PPT课件
6
(5) 5脚（VIC）——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 。
(6) 6脚—阈值输入端 (7) 7脚—放电端 (8) 8脚—电源端
VCC RD
vIC
8 5
4
vI1 6
vI2 2 vO, 7
555 3 vO
1
PPT课件
7
工作原理
1.当RD=0时，Vo=0，T导通
2.当RD=1时
(1)
VI1
2 3
VCC
,VI 2
1 3
VCC
,R
1, S
0
Q=1，T截止，Vo=1
2、振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
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当TH< UCC ， < UCC时，比较器C1的输出uC1=1，比较器C2 的辑输功出能表uC2如=230表，8基-1本所TRR示S触。发器被置1，输出Q=1。555定时器的逻
脉冲产生与信号变换电路
表8-1 555定时器的逻辑功能表
输
入
TH
TR
R
×
×
0
>2/3Ucc
>1/3 Ucc
1
<2/3Ucc
脉冲产生与信号变换电路
第八章
脉冲产生与信号变换电路
8.1 集成555定时器 8.2 555定时器应用 8.3 数字-模拟转换器 8.4 模拟-数字转换器（ADC）
脉冲产生与信号变换电路
8.1 集成555定时器
555定时器是中规模集成时间基准电路（time basic circuit），可以方便地构成各种脉冲电路。由于其使用灵 活方便、外接元件少，因而在波形的产生与变换、工业自动 控制、定时、报警、家用电器等领域得到了广泛应用。
图8-10 用555定时器构成的单稳态触发器电路图和工作波形图
脉冲产生与信号变换电路
工作过程如下：
（1）稳态
如果接通电源后触发器处于Q=1的状态，则内部泄放开 关（VT）截止，UCC经过R向电容C充电。当充电到uC〉2 UCC时， 555定时器置0；同时，泄放开关导通，由电容C→D→3GND放 电，使uC按指数关系迅速下降至uC≈0。此后，若ui没有触发 信号（低电平），则555定时器处于保持功能，输出也相应 的稳定在uO=0的状态。所以uO=0是电路的稳定输出状态。
在单稳态触发器中，若ui负脉冲宽度过长（大于tW）， 则使555定时器处于禁用状态，这是不允许的。因此，实际
电路中，常在脉冲输入端加微分电路（Ri、Ci构成），使输
入负脉冲仅下跳沿有效，确保加到定时器的负脉冲宽度在允
许范围内。通常Ri、Ci参数应满足下列条件：
tpl>5RiCi （tpl 为输入脉冲宽度,当满足此条件时,Ri、 Ci才能起微分作用。）
8.1.1.3 基本RS触发器 由与非门G1和G2组成基本RS触发器。该触发器为低电平
输入有效。 8.1.1.4 泄放开关VT
当基本RS触发器置1时，三极管VT截止；基本RS触发器 置0时，三极管VT导通；因此，三极管VT是受基本RS触发器 控制的放电开关。
另外，为了提高电路的带负载能力，在输出端设置了缓 冲门G3。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2.2 单稳态触发器的应用 （1）脉冲整形
利用单稳态触发器可产生一定宽度的脉冲，可把过窄或过 宽的脉冲整定为固定宽度的脉冲。如图8-11所示。 （2）脉冲延迟
脉冲延迟电路一般要用两个单稳触发器完成。其原理图 如图8-12（a）所示，图(b)是输入ui的波形和延迟后的输出uo 的波形。假设第一个单稳输出脉宽整定在tw1，则输入脉冲ui 被延迟tw1，输出脉宽则由第二个单稳态触发器定时值tw2决定。
8.1.1.1 分压器
由3个5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2
提供参考电压。在控制电压输入端UCO悬空时，U
1
R1
2 3
U CC
，
U R2 3UCC 。
脉冲产生与信号变换电路
（a）555定时器的逻辑电路图
(b)5G555和5G556的外引线端子图
图8-3 555定时器电路结构和芯片外端子排列图
脉冲产生与信号变换电路
(a)
(b)
(c)
图8-7 施密特触发器用于脉冲整形
脉冲产生与信号变换电路
（2）波形变换 将连续变化的周期性模拟信号变换成周期矩形波。如图 8-8所示。 （3）脉冲鉴幅 利用施密特触发器输出状态依赖于输入信号幅值的特点， 若将回差电压设置为零，可实现幅值鉴别功能。如图8-9所 示，如将一系列幅度各异的脉冲加到施密特触发器输入端时， 只有那些幅度大于UT+的脉冲会产生输出信号。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.1.2 回差电压可调的施密特触发器
实际工作中有些场合需要利用回差，因此，组成回差电
压可调的施密特触发器更具使用价值。图8-6所示是利用555
定时器的外接控制电压实现回差电压可调的施密特触发器。
调节
RP电位器可以改变控制电压U
的大小，从而改变555定
CO
时器内部两个电压比较器的门限值，达到控制UT 和UT 的
>1/3 Ucc
1
<2/3Ucc
<1/3 Ucc
1
输 Q 0
0 保持不变
1
出 VT 导通
导通 保持不变
截止
表中×代表任意状态。控制电压端UCO若外加电压，可改 变两个比较器的参考电压，此时UR1=UCO，UR2= 1 UCO。，如果 不需外加控制电压，为避免引入干扰，通常通2过一个0.01µF
的电容接地。
当uI> uo=UOL。
2 3
UCC时，因为TH>
2 3
UCC，使555定时器置0，故
输出uo由UOH UCC。
变化到UOL发生在uI=
2 3
UCC时，因此，UT+=
2 3
脉冲产生与信号变换电路
（2）uI由高于 2 UCC减小至0时：
当uI>
2
3 UCC时，555定时器置0，故uo=UOL；当1ຫໍສະໝຸດ 3 UCC<uI<
脉冲产生与信号变换电路
8.1.2 555定时器的逻辑功能
复位端 R 为低电平时，使555强制复位，输出Q=0；当R 端为高电平时，Q输出状态取决于阈值端TH和触发端 的状态。
TR
的输当出TuHC2>=231，UC基C，本TRR>SU触CC发时器，被比置较0器，C输1的出输Q出=0u；C1=0，比较器C2 的输当出TuHC2<=231，UC基C，本TRR>SU触CC发时器，实比现较保器持C1功的能输。出uC1=1，比较器C2
脉冲产生与信号变换电路
（4）由暂稳态自动返回稳态 动返当回电 到容起始C充状电态至uuO=C〉0。13 UCC时，555定时器置0，于是输出自
与此同时，泄放开关导通，电容C通过其迅速放电，直 到uC≈0，电路恢复到稳态。
电路工作波形如图8-10（b）所示。由图可见，暂稳态
（uO=1）的持续时间取决于外接电容C和电阻R的大小，输出
鉴于以上特点，单稳态触发器被广泛应用于数字系统中 的整形、延时以及定时等场合。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2.1 555定时器构成的单稳态触发器 由555定时器构成的单稳态触发器由图8-10（a）所示，
将555定时器的TR 端作为电路输入端，利用电容C上的电压 控制TH端，就构成了单稳态触发器。该电路是用输入脉冲的 下降沿触发的。
555定时器的产品有TTL和CMOS两种，TTL产品的标识字 为555，CMOS产品的标识字为7555。现以TTL定时器为例讨论 其工作原理。
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1 555定时器的电路结构
555定时器主要由分压器、电压比较器C1和C2、基本RS触 发器以及集电极开路输出的泄放开关VT等几部分组成。图83是 TTL单定时器5G555的逻辑图和外引线端子排列图以及双 定时器5G556的外引线端子排列图。图中标注的阿拉伯数字 为器件外部引线端子的序号。
（2）对于正向和负向变化的输入信号，使输出状态翻转 的电平不同，其中UT+ 称为正向阈值，UT- 称为负向阈值， 两者的差值称为回差电压。施密特触发器在不同阈值翻转输 出状态的性质称为回差特性。
脉冲产生与信号变换电路
（3）施密特触发器的输出状态依赖于外加输入信号的大 小，信号撤销会导致输出状态的变化，电路没有记忆功能。
脉冲产生与信号变换电路
（2）由稳态进入暂稳态 555定当时输器入置触1发，脉故冲uo=u1i的，下电降路沿进到入达暂后稳，态因。为与T此R同< 13时U，CC，泄使放 开关截止，UCC通过R开始向电容C充电。
（3）暂稳态的维持 功能当，电 维容持Cu从o=10的V开状始态充，电电，容但继u续C<充23 电UCC。时，定时器处于保持
2 UCC时，555定时器处于保持功能，故uo=UOL
不变； 3
3
当uI< uo=UOH。
1 3
UCC时，因为TR
<
1 3
UCC，使555定时器置1，故
脉冲产生与信号变换电路
输出uo由UOL变化到UOH发生在uI= 1 UCC时，因此，UT-= 1
UCC。
3
3
由此可得到回差电压为，△UT = UT+-UT- = 1 UCC。 UCO ，如△果U参T=考U电T+-压UT由-= 外1 U接CO控。制只电要压改U变C0U提CO供的，数3则值U，T+就=U能CO，调U节T-回= 12 差电压的大小。 2
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1.2 电压比较器 由两个高增益运算放大器构成电压比较器C1和C2，当运
放同相输入电压大于反相输入电压时输出为高电平1；当运 放的同相输入电压小于反相输入电压时输出为低电平0。两 个比较器的输出uC1、、uC2 分别作为基本RS触发器的复位端R 和置位端S输入信号。
脉冲产生与信号变换电路
脉冲产生与信号变换电路
图8-8 用施密特触发器实现波形变换 图8-9 施密特触发器用于鉴别脉冲幅度
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2 单稳态触发器 单稳态触发器具有以下特点： （1）电路有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；（2）
在外界触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；（3） 暂稳态不能长久保持，维持一定时间后，会自动返回稳态。 暂稳态维持的时间取决于电路本身的参数，与触发脉冲无关。
施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图8-4(a)、 (b)所示。
脉冲产生与信号变换电路
表8-1 555定时器的逻辑功能表
输
入
TH
TR
R
×
×
0
>2/3Ucc
>1/3 Ucc
1
<2/3Ucc
脉冲产生与信号变换电路
第八章
脉冲产生与信号变换电路
8.1 集成555定时器 8.2 555定时器应用 8.3 数字-模拟转换器 8.4 模拟-数字转换器（ADC）
脉冲产生与信号变换电路
8.1 集成555定时器
555定时器是中规模集成时间基准电路（time basic circuit），可以方便地构成各种脉冲电路。由于其使用灵 活方便、外接元件少，因而在波形的产生与变换、工业自动 控制、定时、报警、家用电器等领域得到了广泛应用。
图8-10 用555定时器构成的单稳态触发器电路图和工作波形图
脉冲产生与信号变换电路
工作过程如下：
（1）稳态
如果接通电源后触发器处于Q=1的状态，则内部泄放开 关（VT）截止，UCC经过R向电容C充电。当充电到uC〉2 UCC时， 555定时器置0；同时，泄放开关导通，由电容C→D→3GND放 电，使uC按指数关系迅速下降至uC≈0。此后，若ui没有触发 信号（低电平），则555定时器处于保持功能，输出也相应 的稳定在uO=0的状态。所以uO=0是电路的稳定输出状态。
在单稳态触发器中，若ui负脉冲宽度过长（大于tW）， 则使555定时器处于禁用状态，这是不允许的。因此，实际
电路中，常在脉冲输入端加微分电路（Ri、Ci构成），使输
入负脉冲仅下跳沿有效，确保加到定时器的负脉冲宽度在允
许范围内。通常Ri、Ci参数应满足下列条件：
tpl>5RiCi （tpl 为输入脉冲宽度,当满足此条件时,Ri、 Ci才能起微分作用。）
8.1.1.3 基本RS触发器 由与非门G1和G2组成基本RS触发器。该触发器为低电平
输入有效。 8.1.1.4 泄放开关VT
当基本RS触发器置1时，三极管VT截止；基本RS触发器 置0时，三极管VT导通；因此，三极管VT是受基本RS触发器 控制的放电开关。
另外，为了提高电路的带负载能力，在输出端设置了缓 冲门G3。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2.2 单稳态触发器的应用 （1）脉冲整形
利用单稳态触发器可产生一定宽度的脉冲，可把过窄或过 宽的脉冲整定为固定宽度的脉冲。如图8-11所示。 （2）脉冲延迟
脉冲延迟电路一般要用两个单稳触发器完成。其原理图 如图8-12（a）所示，图(b)是输入ui的波形和延迟后的输出uo 的波形。假设第一个单稳输出脉宽整定在tw1，则输入脉冲ui 被延迟tw1，输出脉宽则由第二个单稳态触发器定时值tw2决定。
8.1.1.1 分压器
由3个5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2
提供参考电压。在控制电压输入端UCO悬空时，U
1
R1
2 3
U CC
，
U R2 3UCC 。
脉冲产生与信号变换电路
（a）555定时器的逻辑电路图
(b)5G555和5G556的外引线端子图
图8-3 555定时器电路结构和芯片外端子排列图
脉冲产生与信号变换电路
(a)
(b)
(c)
图8-7 施密特触发器用于脉冲整形
脉冲产生与信号变换电路
（2）波形变换 将连续变化的周期性模拟信号变换成周期矩形波。如图 8-8所示。 （3）脉冲鉴幅 利用施密特触发器输出状态依赖于输入信号幅值的特点， 若将回差电压设置为零，可实现幅值鉴别功能。如图8-9所 示，如将一系列幅度各异的脉冲加到施密特触发器输入端时， 只有那些幅度大于UT+的脉冲会产生输出信号。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.1.2 回差电压可调的施密特触发器
实际工作中有些场合需要利用回差，因此，组成回差电
压可调的施密特触发器更具使用价值。图8-6所示是利用555
定时器的外接控制电压实现回差电压可调的施密特触发器。
调节
RP电位器可以改变控制电压U
的大小，从而改变555定
CO
时器内部两个电压比较器的门限值，达到控制UT 和UT 的
>1/3 Ucc
1
<2/3Ucc
<1/3 Ucc
1
输 Q 0
0 保持不变
1
出 VT 导通
导通 保持不变
截止
表中×代表任意状态。控制电压端UCO若外加电压，可改 变两个比较器的参考电压，此时UR1=UCO，UR2= 1 UCO。，如果 不需外加控制电压，为避免引入干扰，通常通2过一个0.01µF
的电容接地。
当uI> uo=UOL。
2 3
UCC时，因为TH>
2 3
UCC，使555定时器置0，故
输出uo由UOH UCC。
变化到UOL发生在uI=
2 3
UCC时，因此，UT+=
2 3
脉冲产生与信号变换电路
（2）uI由高于 2 UCC减小至0时：
当uI>
2
3 UCC时，555定时器置0，故uo=UOL；当1ຫໍສະໝຸດ 3 UCC<uI<
脉冲产生与信号变换电路
8.1.2 555定时器的逻辑功能
复位端 R 为低电平时，使555强制复位，输出Q=0；当R 端为高电平时，Q输出状态取决于阈值端TH和触发端 的状态。
TR
的输当出TuHC2>=231，UC基C，本TRR>SU触CC发时器，被比置较0器，C输1的出输Q出=0u；C1=0，比较器C2 的输当出TuHC2<=231，UC基C，本TRR>SU触CC发时器，实比现较保器持C1功的能输。出uC1=1，比较器C2
脉冲产生与信号变换电路
（4）由暂稳态自动返回稳态 动返当回电 到容起始C充状电态至uuO=C〉0。13 UCC时，555定时器置0，于是输出自
与此同时，泄放开关导通，电容C通过其迅速放电，直 到uC≈0，电路恢复到稳态。
电路工作波形如图8-10（b）所示。由图可见，暂稳态
（uO=1）的持续时间取决于外接电容C和电阻R的大小，输出
鉴于以上特点，单稳态触发器被广泛应用于数字系统中 的整形、延时以及定时等场合。
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2.1 555定时器构成的单稳态触发器 由555定时器构成的单稳态触发器由图8-10（a）所示，
将555定时器的TR 端作为电路输入端，利用电容C上的电压 控制TH端，就构成了单稳态触发器。该电路是用输入脉冲的 下降沿触发的。
555定时器的产品有TTL和CMOS两种，TTL产品的标识字 为555，CMOS产品的标识字为7555。现以TTL定时器为例讨论 其工作原理。
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1 555定时器的电路结构
555定时器主要由分压器、电压比较器C1和C2、基本RS触 发器以及集电极开路输出的泄放开关VT等几部分组成。图83是 TTL单定时器5G555的逻辑图和外引线端子排列图以及双 定时器5G556的外引线端子排列图。图中标注的阿拉伯数字 为器件外部引线端子的序号。
（2）对于正向和负向变化的输入信号，使输出状态翻转 的电平不同，其中UT+ 称为正向阈值，UT- 称为负向阈值， 两者的差值称为回差电压。施密特触发器在不同阈值翻转输 出状态的性质称为回差特性。
脉冲产生与信号变换电路
（3）施密特触发器的输出状态依赖于外加输入信号的大 小，信号撤销会导致输出状态的变化，电路没有记忆功能。
脉冲产生与信号变换电路
（2）由稳态进入暂稳态 555定当时输器入置触1发，脉故冲uo=u1i的，下电降路沿进到入达暂后稳，态因。为与T此R同< 13时U，CC，泄使放 开关截止，UCC通过R开始向电容C充电。
（3）暂稳态的维持 功能当，电 维容持Cu从o=10的V开状始态充，电电，容但继u续C<充23 电UCC。时，定时器处于保持
2 UCC时，555定时器处于保持功能，故uo=UOL
不变； 3
3
当uI< uo=UOH。
1 3
UCC时，因为TR
<
1 3
UCC，使555定时器置1，故
脉冲产生与信号变换电路
输出uo由UOL变化到UOH发生在uI= 1 UCC时，因此，UT-= 1
UCC。
3
3
由此可得到回差电压为，△UT = UT+-UT- = 1 UCC。 UCO ，如△果U参T=考U电T+-压UT由-= 外1 U接CO控。制只电要压改U变C0U提CO供的，数3则值U，T+就=U能CO，调U节T-回= 12 差电压的大小。 2
脉冲产生与信号变换电路
8.1.1.2 电压比较器 由两个高增益运算放大器构成电压比较器C1和C2，当运
放同相输入电压大于反相输入电压时输出为高电平1；当运 放的同相输入电压小于反相输入电压时输出为低电平0。两 个比较器的输出uC1、、uC2 分别作为基本RS触发器的复位端R 和置位端S输入信号。
脉冲产生与信号变换电路
脉冲产生与信号变换电路
图8-8 用施密特触发器实现波形变换 图8-9 施密特触发器用于鉴别脉冲幅度
脉冲产生与信号变换电路
8.2.2 单稳态触发器 单稳态触发器具有以下特点： （1）电路有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；（2）
在外界触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；（3） 暂稳态不能长久保持，维持一定时间后，会自动返回稳态。 暂稳态维持的时间取决于电路本身的参数，与触发脉冲无关。
施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图8-4(a)、 (b)所示。