脉冲波形的产生与整形
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单元6脉冲波形的产生与整形
定义
使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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脉冲波形的产生和整形电路
脉冲波形发生器与整形电路
2.3.2 RC电路的零状态响应
动态元件的初始储能为零的状态叫零状态。零状态的
电路由外施激励引起的响应，称为零状态响应。外施激励
可以是恒定的电压或电流，也可以是变化的电压或电流。
这里只讨论直流激励引起的响应。
脉冲波形发生器与整形电路
图2.13（a）所示电路，开关S原来与“1”闭合已久，
其电压uC从0按指数规律上升到稳态值US；而电阻电压则 从0跃变到最大值US后，按指数规律衰减到0；电路中的电 流也是从0跃变到最大值 后按指数规律衰减到0。电压、
电流变化的快慢仍然取决于电路的时间U常S 数τ的大小。
R
脉冲波形发生器与整形电路
τ越大，uC上升越慢，暂态过程越长；反之，τ越小， uC上升越快，暂态过程越短。
脉冲波形发生器与整形电路
RC称为电路的时间常数，单位是秒 （s），用τ来表示，即τ=RC。
引入时间常数τ后，电压、电流的响应可 分别写成
t
uC U 0e (t≥0)
i
U0
t
e
R
(t≥0)
脉冲波形发生器与整形电路
uC衰减的快慢只与电路的时间常数τ有关，与初始储能
无关。图2.11示出了电容C在三个不同时间常数的放电电路
图2.10 RC电路的零输入响应曲线
2.时间常数
脉冲波形发生器与整形电路
从uC和i的表达式可以看出它们衰减的快慢取决于指数
中 的大小，也就是取决于1电路参数R和C的乘积，RC越
大，衰减越慢，过渡过程持RC续的时间越长；反之，RC值越
小，衰减越快，过渡过程持续的时间越短。因此，电容电
压和电流衰减的快慢，取决于电路中电阻R和电容C的乘积。
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。
07脉冲波形的产生和整形
VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
当VI 1时，VO 1。
当VI 至VA VTH时，进入传输特性的放大区，故
VA VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOL
VA
VTH
VDD
(VDD
VT )
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
7.2.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
T2
RC ln VDD VDD
VT VT
RC ln VT VT
调节R和C的大小，可以改变振荡周期
输出脉冲占空比可调
同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、 R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述 效果。
练习：救护车报警音响电路
VCC (+12V)
R1 10kΩ
VCC RD
8
4
7
R2
150kΩ
555 3
vI1 6 ( A )
vC
vI2 2
R3
C1 10μF
15 0.01μF
R4
R5 10kΩ
环节,加大t
pd
。
2
第二步：为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
通过调整R、C 改（f R不能太大） RC常数远大于Tpd , 因此周期主要计算 RC环节
7.4.5 石英晶体多谐振荡器
1922年美国 卡第提出用石英 压电效应调制电磁振荡的频率。
脉冲波形的产生与整形详解
④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖 峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电 流高达300~400mA。 ⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高 出几个数量级，高达1010Ω。 ⑥CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅 为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA.
一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场 合宜选用CMOS型555；而在负载重、要求驱动电流 大、电压高的场合，宜选用双极型的555。
二、用门电路组成的施密特触发器
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，就构成了施密特触发器电路。 CMOS门，阈值电压
1 VTH VDD，且R1 R2 2
R2
vI
R1
1
v O1
1 G2
vO
' vO
v 'I
G1
6.3.3 用CMOS反相器构成的施密特触发器
6.3.4 图6.3.3电路的电压传输特性 (a)同相输出 (b)反相输出
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点： （1）电路在无外加触发信号作用期间，处于稳态； （2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳 态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回 稳态； （3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 （阈值电压及外接R、C），与触发脉冲的宽度和 幅度无关。
§6.3
施密特触发器
Schmitt Trigger
施密特触发器（电路）是一种特殊的双稳态时序 电路，与一般双稳态电路比较，它具有两个明显的特点： 1.施密特触发器是一种优良的波形整形电路， 只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会从一 个稳态转变到另一个稳态，且通过电路内部的正反馈 过程可使输出电压的波形变得很陡。 2.对正向和负向增长的输入信号，电路有不同 的阈值电平，这是施密特触发器的滞后特性或回差特 性，提高了干扰能力，可有效滤除噪声。
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。
脉冲波形的产生和整形
第十章脉冲波形的产生和整形内容提要本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。
在矩形波产生电路中介绍几种常用的多谐振荡器－对称式和非对称多谐振荡器、环形振荡器以及用施密特触发器和555定时器构成的多谐振荡器等。
此外对几种不同类型的压控振荡器也做了介绍。
在整形电路中，介绍了施密特触发器和单稳态触发器。
本章也讨论了最常用的555定时器及其所构成的施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
本章内容10.4 多谐振荡器10.5 555定时器及其应用一、产生矩形脉冲的途径形如图10.1.1所示。
其中：图10.1.1脉冲周期T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。
有时也用频率f＝1/ T表示单位时间内脉冲重复的次数上升时间t r ：脉冲上升沿从0.1V m 上升到 0.9V m 所需要的时间图10.1.1W ：从脉冲前沿到达0.5V m 起，到脉冲后沿到达0.5V m 为止的一段时间。
下降时间t ：脉冲下降沿从图10.1.1占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q ＝t w 注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度的稳定性10.2 施密特触发器（Schmitt Trigger）换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地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波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
图10.2.111I v 1R 2R I v ′o v 1o v ov ′G 1G 2图6.2.1 用C M O S 反相器构成的施密特触发器（a ）电路I v v ′I v o v 设反相器G 1和G 2均为CMOS 门，其阈值电压为＝011≈+=v R R v A ①当v I ＝0时， v o1＝ V OH ， v o ＝ V OL ≈0，此时G 1门的输入电压为逐渐升高到使得v A＝时，反相器进入电压传输特性的放大区（转折区），故v A的增加，会引起下面的正反馈，即v1o v vA设施密特触发器在输入信号v I 正向增加时的门槛电T ＋，称为正向阈值电压，此时v o ＝0， G 1门的输入电压为++=T 212TH V V R R R v A ＝121T V V R R R R ++＝于也存在正反馈，即ov 使电路迅速跳变到v o ＝V OL ≈ 0此时施密特触发器在v I 下降时对应输出电压由高电平转为低电平时的输入电压为DD 211T 2120211I 212TH V V V R R R R R R v R R R v R R R v A ++++++=－＝＝TH21T V )1V R R −＝（－由于V TH ＝ V DD / 2，故只要v ITH21T T T V 2V V V R R =∆－＋－＝THT I V R R V V )(211+==+THT I V R R V V )(211−==−施密特触发器的电压传输特性为图10.2.2所示图10.2.2TH V DDV Iv ov V O L＋T V －T V TV ∆TH V DD V Iv Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出V O HV O LV O H用门电路组成的施密特触发器TH DDV Iv ＋T －T TH V V Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出图100..2.3由C M OS 反相器构成的施密特触发器的电压传输特性V O LV O H图10.2.3(a)是以v o 做为输出的， v o 和v I 同相位；而图10.2.3(b)是以v ′A 做为输出的，利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲DD V I v ＋（b ）反相输出反相器构成的施密特触发器的电压传输特性利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压的幅度鉴别出来。
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。
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
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。
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ui
ui
S
0
t
uC
T
2VCC /3
0
一旦 uC > 2VCC /3 , 且 已 有 TR > VCC /3 , uo = 0 ;
T
t
uo
555内的晶体管T也由截 止变成导通 , 电容CT 迅速 放电而变成 0V。
0
t
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 1 5 4 8 3
VCC
uo
ui
ui
S
0
12.2.2 施密特触发器的应用
1）波形的变换与整形
利用施密特触发器，可将三角波或正弦波变成 方波。
输入正弦波的波形变换情况 ui
UT+ UT-
t
uo
UoH
UoL
t
EWB仿真输入正弦波的波形变换情况
EWB仿真输入三角波的波形变换情况
波形的整形
UT+ UTU2T-
ui
t
uo
t
通过调节UT+-U2T-的大小，实现了波形整形。
555
1
2 3
GND TR
Uo
RD
地 触 输 复 发 出 位
VCC
8
RD
4
TH CO TR D
6
5 2 7
R + R + A1
R Q
S Q A2 T
3
uo
R
1
三个电阻 构成的分压器 给 两个比较器 提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 V / 3 。
CC
首先讨论上图中彩色部分的电路 的工作原理。
第12章 脉冲波形的产生与整形
12.1
12.2 12.3 12.4
555定时电路及其功能
施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器
12.1
55定时电路及其功能
数字电路区别于模拟电路的主要特 点之 一是：它的工作信号是离散时间 的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波 (矩形波)。如何产生方波以及对不理想 的方波如何整形，是本节讨论的重点。
uo
VCC
uC
2VCC /3 VCC /3
0
R1
D 7
4
8
R2
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
t
uo
0
t T1 T2
输出方波的周期 T的计算:
T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C
EWB仿真555组成的多谐振荡器
VCC
uC
2VCC /3 VCC /3
VCC
8
RD
4
TH CO
TR D
6
5 2 7
R + R + A1
R Q S Q A2 T
3
uo
R
1
8 VCC
4 RD
TH 6 CO 5 TR D
2 7
R R R
1
+ -
+ - A2
A1
RQ
SQ
uo
3
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
VCC
D TH CO
8 7 6 5 4
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
2. 555定时器的应用 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。
VCC S2 4
R
TH R TR S1
6
8
555
2 1 5
3
uo
微电机
M
C
S1 : 起动按钮 S2 : 停车按钮
VCC
S2
R TH
4 6 28 3源自R TRS1555
1 5
uo
微电机 M
C
仅按下起动按钮 S1 , 则 TR < VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH < 2VCC / 3 , 故 uo =1 , 电 机转动 。 即使放开 S1 , TR > VCC / 3 , TH < 2VCC / 3 , uo 保持为 1 , 电机继续转动 。
晶体管
T
RD 阈值端
TH
触发端
TR
uo
0 1
1 大于 2VCC /3 大于 VCC /3 1 小于 2VCC /3 小于 VCC /3
导通 截止
1 小于 2VCC /3 大于 VCC /3 保持 保持 0 导通 0
如果仅按下按钮 S2 , TH > 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR > VCC / 3 , 这时 uo = 0 , 电机停止运行。 如果松开 S2 , 电机仍 不转动 。
555定时器是将模拟电路和数字电路 集成于 一体的电子器件。它使用方便, 带负载能力较强, 目前得到了非常广泛 的应用。 12.1.1 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部 分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发 器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。
R
3
TH CO TR D
6 5
R + R + A1 A2 T
R Q
S 0
Q 0
Q 1
2 7
S Q
uo
1
0
0 1
1
0
1
0
R
1
保持 保持 1 禁止 禁止
R 1 0 0
晶体管T uo 0 1 0 导通 1 0 1 截止 0 保持 保持 保持
S Q
8 VCC
4 RD
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
12.3 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。 特点: 输出端只有一个稳定状态, 另一个状 态是暂稳态。加入触发信号后,它由稳定状态 转入暂稳态,经过一定时间以后,它又会自动返 回原来的 稳定状态。 由外界触发 稳定状态 暂稳态
自动返回 稳定状态
学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?
12.3.1 用555构成单稳态触发器: （用于洗相曝光定时器）
R D TH TR RT 7
VCC
4 8
3 1 5
ui
6
2
uo
0
t
uC
T
ui
S
2VCC /3
0
CT
t
uo t
TW
若S打开 , 则 ui = 1 ; 若S合上 , 则 ui = 0 。
0
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 4 8 3
VCC uo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路, TH =0.3V 。
t
3）当UI>2/3UCC时，比较器A1置0（低电平），比较器A2置1（ 高电平），基本RS触发器置0，输出低电平。
4）UI继续上升，基本RS触发器置0保持不变，输出 低电平。
5）当UI下降到UI<1/3UCC时，比较器A1置1（高电平） ，比较器A2置0（低电平），基本RS触发器置1，输出 高电平。
VCC
阈值端
TH CO TR
6 5
2 7
8
比较的结果
+ R A1 S A2
R R + -
阈值端
TH
触发端
TR
R
1
0 0
S
0
大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3 小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3
触发端
R
1
1 0
VCC
8
RD
4
附录:
RS 触发器功能表
0
12.2
施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲信号的整形 电路，它具有回差电压传输特性。 uo uOH
uOL 0 uTuT+ ui
施密特触发器的符号
12.2.1用555电路构成施密特触发器
1.电路的组成
UCC UI
8 6
RD
4
R R
5
2 7
+ + -
A1 A2 T
R Q
S Q
3
uo
R
1
2.工作原理
4
8
R2
uC
TH 555 3 6 TR 2 1 5 C
uo
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。
uC
2VCC /3 VCC /3
0
t1 t2
t3
t
一旦 uC 充至稳态值 , 即 TH = TR > 2VCC /3 , 立即 t uo = 0 , 同时555内的管 T 0 导通,电容 C 经 R2 7# T 1# 放电, 一直至VCC /3 , 使得uo 回到 1 , 进入循环 ...
uo
ui t
ui
S
1
5
0
uC
T
若S打开 , 则 ui = 1 ;
若S合上 , 则 ui = 0。
2VCC /3
0
t
按钮 S 处于打开状态时：
TH > 2VCC /3 , TR > VCC /3
uo
0
t
R D TH TR
RT 7 6 2 CT 1 5 4 8 3
VCC
uo
ui
ui
S
0
t
uC
T
2VCC /3
在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。
uC
2VCC /3 VCC /3
0
t
设电容C 原先未充电, uo 故 TH = TR < VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶 体管 T 截止 , 电源通过 0 R1 和 R2 对电容 C 充电。