第七章脉冲波形的产生与完整
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脉冲信号的产生及波形变换
7.1 多谐振荡器
一、 由门电路构成的多谐振荡器 二、由555定时器构成的多谐振荡器 三、 多谐振荡器的应用
3
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
一、 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
R
C
G3 ui3 & RS
uo (ui1)
动翻转的工作过程
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。
24
第7章 脉冲信号的产V生DD及波形变换
ui
ui
号
发
生
器
FF1 Q1 FF2
Q2 FF14 Q14 FF15 Q15 分
C1
C1
C1
C1
频
电
f0
f1
f2
f14
f
路
32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz
1Hz 17
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
模拟声响电路
VCC
R1
84
7
一、 由门电路构成的多谐振荡器 二、由555定时器构成的多谐振荡器 三、 多谐振荡器的应用
3
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
一、 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
R
C
G3 ui3 & RS
uo (ui1)
动翻转的工作过程
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。
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第7章 脉冲信号的产V生DD及波形变换
ui
ui
号
发
生
器
FF1 Q1 FF2
Q2 FF14 Q14 FF15 Q15 分
C1
C1
C1
C1
频
电
f0
f1
f2
f14
f
路
32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz
1Hz 17
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
模拟声响电路
VCC
R1
84
7
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。
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
在通信系统中，梯形脉冲常被用作数字信号的编码方式，如曼彻斯特编码。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
202X年数电-07-脉冲波形的变换与产生
※ 11
1 vO 1
vO
vI
0
G1 ≥1
00
≥1 G2
vO1
－ + vI2Vth
vI
VDD
vI2
vO由1变0vO1=1(注意(zhù yì)：
∵此时vI的正脉冲已撤消)
VTH
VDD+VTH VDD+Δ+
电容电压不能突变(tūbiàn)vC=Vth
vO
vI2上升到VDD+Vth
暂态过程结束
v如果G2是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用 vI2只能(zhī nénɡ)上升到VDD+Δ+
预备知识：
TTL与非门
1、门坎(ménkǎn)电平（阈值电压)：VTH
TTL与非门或反相器的电压传输(chuán shū)特性为：
输出低电平（逻辑0） ——与非门开通 输出高电平（逻辑1） ——与非门关闭
开门电平VON：使与非门开通的输入高电平的最小值。 关门电平VOFF：使与非门关闭的输入低电平的最大值。
(4)用TTL与非门组成微分型单稳态触发器，考虑到输入(shūrù)电流，
则应R ＜Roff，而Rd ＞Ron。CMOS门组成的单稳态触发器中R、
Rd 不受此限制。
第十七页，共九十二页。
※ 16
二、 积分(jīfēn)型单稳态触发器
两个与非门+RC积分电路 工作(gōngzuò)原理：
1 vO1 R
输出宽脉冲。
第十四页，共九十二页。
VDD+VTH VDD+Δ+
※ 13
3、主要参数计算(jìsuàn)：
vO
vO
1
பைடு நூலகம்
第7章 脉冲波形的产生与处理电路
7.7 三角波发生器与锯齿波发生器
7.7.1 三角波发生器 图示电路中运放A1与电阻R1、R2构成同相输入的施密特触发 器，运放A2与R4、C构成积分电路，二者共同形成闭合回路。
R2 R1 vP vI vo1 R1 R2 R1 R2 可以求出vo1分别在VZ 和 VZ时, vP 等于0的vI 值，即： R1 Vth1 VZ ; R2 Vth 2 R1 VZ R2
7.1 脉冲波形的基础知识 图示波形为几种常见的脉冲波形，它们是时间函数，一般幅 值变化有突变点。
三角波
实际的脉冲波形与理想情况有 差别。 在输入理想的方波信号时，如 果输出信号的上升和下降沿越 陡，说明电路高频特性好，上 限截频高。顶部倾斜小，说明 低频特性好，下限截频低。 1.脉冲幅度Vm：脉冲的高、低电平之差。 2.平均脉宽tw：一般以脉冲前、后沿上瞬时值为0.5Vm的对应点之间的时 间间隔代表平均脉宽。 3.重复周期T：相邻两个脉冲对应点之间的时间间隔。 4.上升时间tr：脉冲波形从0.1Vm上升到0.9Vm所需的时间。 5.下降时间tf：脉冲波形从0.9Vm下降到0.1Vm，所需的时间。 6.占空比D：平均脉宽tw和重复周期T的比值称为占空比。方波占空比为50 ％。 7.顶部倾斜ΔVm：顶部高点与底点之差。
7.4门电路（将在下学期“数字电路”中学习）
关于门电路的简单介绍 与 门：
或 门：
非门、与非门、或非门：
7.5单稳态电路
翻转 稳态 外加脉冲 暂稳态 翻转 稳态
种类：门电路、施密特触发器、555定时电路以及分立元件 （晶体管）构成，也有专用的单片单稳态触发器。
7.5.1 由门电路构成的单稳态触发器
设：t=0时，vo1=VZ，vo=0,电容恒流充电，vo下降。 当vo=Vth2=-VZR1/R2时，施密特触发器翻转，电容恒流放电 并反向充电。 当vo =Vth1 =VZR1/R2时，施密特触发器再次翻转，电容恒流 放电并反向充电。
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。
西安电子科技大学版数字电子技术(第三版)课后习题答案第七章
西安电子科技大学版数字电子技术(第三版)第七章脉冲波形的产生与变换2. 解Tw=1.1RC=1.1×104×10-7＝1.1msu I、uc和uo的对应波形如图7-4所示。
3. 解需用两级带微分电路的单稳态电路。
第一级的输出脉冲宽度为T w1=1.1R l C l=2µs第二级的输出脉冲宽度为T w2=1.1R2C2=1.5µs故2621611.1105.11.1102R C R C --⨯=⨯=利用以上两式，即可确定定时元件的数值。
若取R1=R2＝10k Ω，则C 1≈200pF ，C 2≈140 pF 。
电路原理图如图7-5(b)所示4. 解 充电时间 T 1＝0.7(R 1+R 2)C=7ms放电时间 T 2=0.7R 2C=5.6ms周期 T ＝T l +T 2=12.6msuc 与uo 的波形如图7-6(b)所示。
5. 解 线性扫描波发生器也叫锯齿波发生器，其特点是：幅度随时间成正比地增大，经过一段时间后，迅速降低为初始值。
其幅度随时间成正比地增大的这段时间叫扫描期。
图7-7(a)所示电路⑥脚的输出电压(即uc)的波形即为锯齿波，如图7-7(b)所示。
由波形图看出锯齿波的扫描期等于单稳态电路的输出脉冲宽度Tw 。
由于晶体管V 采用了稳定偏置电路，因此R l 的端电压U R1近似为 V U R R R U DD R 62111=+= 晶体管的集电极静态电流I CQ 约为 t I C dt I C dt ic C uc mA U I I CQ CQ R EQ CQ 1113.5Re 1⎰⎰=∙=∙=≈≈≈ 由单稳态电路的工作原理可知，当t=Tw 时，uc ＝2U DD /3，则 ms I CU T T I C U CQDD W W CQ DD 151.03/2132===6. 解 电路如图7-8(b)所示。
当⑤脚接电容时，其正向阈值U TH 和负向阈值U TL 分别为 V U U V U U DD TL DD TH 5311032==== 其输出波形如图7-8(c)所示。
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。
第7章_脉冲波形的产生与处理电路
第七章：脉冲波形的产生与 处理电路
内容提要
内
脉冲波形的定义
容 提
要
主要内容如下：
➢脉冲波形参数 ➢若干脉冲波形发生电路
要点
要 点
在脉冲波形产生与处理电路中， 各种半导体器件大都工作在大 信号状态，属于非线性应用
电路的分析方法和内容与放大 电路明显不同，讨论的重点是 电路的瞬态特性等
常见的脉冲波形
0
第
二
节
：
半
导
N
体 器
件
pn (x)
的 开
pn0
关 特
性
x
0
t 经t 过0 时后ts 时的PN间电结后荷中P存N储结
VR
效电中荷存应的储变电化荷的变化
二极管的开关特性(三)
i vD
D
vI VF
vI
RL vO 0
t1 t
VR
初始状态：
i
t 0时
IF
vI VF IF (VF vD ) / RL
i vD
D
vI
RL vO
初始状态： t 0时
vI VF
0 VR
i IF
二极管由截止转为 正向导通所需时间
第 二 节
t1 t 称为开通时间
： 半
导
导通过程简述
体
器
件
vI VF
二极管的开通时间 IF (VF vD ) / RL
0 iR
比 短得多，可以 IR ts
tf
t 0.1I R
trr
忽略不计 trr
： 半
使集电区也有电子注入至基区，使基区 导
少子增多，形成比工作于放大区多的电
体 器
内容提要
内
脉冲波形的定义
容 提
要
主要内容如下：
➢脉冲波形参数 ➢若干脉冲波形发生电路
要点
要 点
在脉冲波形产生与处理电路中， 各种半导体器件大都工作在大 信号状态，属于非线性应用
电路的分析方法和内容与放大 电路明显不同，讨论的重点是 电路的瞬态特性等
常见的脉冲波形
0
第
二
节
：
半
导
N
体 器
件
pn (x)
的 开
pn0
关 特
性
x
0
t 经t 过0 时后ts 时的PN间电结后荷中P存N储结
VR
效电中荷存应的储变电化荷的变化
二极管的开关特性(三)
i vD
D
vI VF
vI
RL vO 0
t1 t
VR
初始状态：
i
t 0时
IF
vI VF IF (VF vD ) / RL
i vD
D
vI
RL vO
初始状态： t 0时
vI VF
0 VR
i IF
二极管由截止转为 正向导通所需时间
第 二 节
t1 t 称为开通时间
： 半
导
导通过程简述
体
器
件
vI VF
二极管的开通时间 IF (VF vD ) / RL
0 iR
比 短得多，可以 IR ts
tf
t 0.1I R
trr
忽略不计 trr
： 半
使集电区也有电子注入至基区，使基区 导
少子增多，形成比工作于放大区多的电
体 器
脉冲的产生与波形
要点二
详细描述
脉冲宽度定义为高电平持续的时间，通常以时间单位（如 秒、毫秒等）表示。在数字电路中，脉冲宽度是一个关键 参数，因为它决定了信号的逻辑状态和传输速率。较窄的 脉冲宽度可能导致信号的逻辑状态不稳定，而较宽的脉冲 宽度则可能使信号在传输过程中发生畸变。因此，选择合 适的脉冲宽度对于确保信号的正确传输和识别至关重要。
脉冲幅度
总结词
脉冲幅度是衡量脉冲电压或电流高低的标准，它决定了信号的能量和强度。
详细描述
脉冲幅度定义为脉冲的最大电压或电流值，通常以伏特或安培表示。在电子设备和系统中，脉冲幅度对于信号的 传输质量和系统性能具有重要影响。较大的脉冲幅度意味着更高的能量和更强的信号，但同时也可能导致信号失 真和干扰。因此，选择合适的脉冲幅度需要根据具体的应用需求和系统限制进行权衡。
电子脉冲
电子脉冲是由电子设备产生的。当电子设备中的电路状态发生变化时，会产生电 流的突然变化，形成脉冲。
电子脉冲通常用于控制和驱动各种电子设备，如计算机、电视、音响等。它们在 通信、数据处理、控制系统中也有广泛应用，如数字信号传输、开关电源控制等 。
03
脉冲的波形
矩形波
矩形波是一种常见的脉冲波形， 其特点是具有明确的上升沿和 下降沿，以及相对平坦的顶部 和底部。
脉冲频率
总结词
脉冲频率是衡量单位时间内脉冲数量的参数 ，它决定了信号的速度和动态特性。
详细描述
脉冲频率定义为单位时间内脉冲重复的次数， 通常以赫兹（Hz）表示。在通信和控制系统 等应用中，脉冲频率是关键参数之一。较高 的脉冲频率意味着更快的传输速度和更高的 响应能力，但同时也可能增加信号的噪声和 干扰。因此，选择合适的脉冲频率需要根据 实际应用的需求和限制进行优化。
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。
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
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8.1.2 集成555定时器的应用
➢ 多谐振荡器 ➢ 单稳态触发器 ➢ 施密特触发器
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(一) 多谐振荡器
➢ 多谐振荡器是一种产生矩形脉冲波的自激 振荡器。由于矩形波含有丰富的高次谐波， 所以矩形波振荡器又称为多谐振荡器。多 谐振荡器没有稳态，不需外加触发信号， 当接通电源后，便可以自动地周而复始地 产生矩形波输出。
8
5 R1 5k Ω
V-C TH 6
VR1
+ - C1
R2 5k Ω
2
TL
+
VR2 - C2
R3 5k Ω
4R
R
1
VC1(VR)
Q 3
3 v0
S VC1(VS)
7
2Q
D
T R
1
图8-1集成5G555定时器原理图 7
1、555定时器基本结构
基本RS触发器 电源端
电阻分压器
8
电压控制端 5 R1 5k Ω
VCC时，
比较器C1输出低电平， 比较器C2输出低电平，
输出端v0为高电平， 放电三极管TD截止。
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11
5G555定时器的功能表。如表8-1所示。
表8-1 5G555定时器的功能表
TH
× ＞2VCC/3 ＜2VCC/3 ＜2VCC/3
TL
× × ＞VCC/3 ＜VCC/3
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施密 特触发器 。
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
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双极型 555电路 5—16V
CMOS型 555电路 3—18V
200mA 4mA
电压控制端
U CC
RD
8
4
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
2 U R2
5k
＋ －
C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
7
1
3
uo
G4
1
1.分压器
①5脚悬空时， UR1
2 3 UCC
4
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
5k 2
&
&
U R2
＋ －
C2
S
Qห้องสมุดไป่ตู้
G2
G3
5k
VT
7
1
1
3
uo
G4
5脚不外接控制电压。
5脚不接控制电压:
UCC
RD
2 UR1 3 UCC
UR2
1 3 UCC
UCO
随着TH端和TR端的电压不同，
u6
(TH)
其工作状态将发生变化：
u2
(TR)
555定时器功能表
导通 导通
当在uCO端外接控 制电压时，阈值电
压将变化：
导通（不变） 截止（不变）
2 3
u CC
变为uCO;
1
u < 2 3
cc
1
< 3 u cc
高 截止
1 3
u
CC
变为uCO/2。
表2 RD =1时的表1
TH
>
2 3
VCC
<
2 3
VCC
<
2 3
VCC
TR
>
1 3
VCC
<
1 3
VCC
>
1 3
VCC
5k VT
7
1
2.电压比较器
U+≥U-时，Ci＝1； U+＜U-时，Ci＝0。
4
G1
R &Q
&
&
S
Q
G2
G3
1
3
uo
G4
3.基本RS触发器
RS
u0
0 0 1(约束）
01
0
10
1
11
保持
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U CC
RD
8
4
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
2 U R2
5k
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。
脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 施密特触发器；
脉冲产生电路——多谐振荡器； 多用途的定时电路——555定时器。
二、脉冲信号的参数
上升时间
下降时间
tr 0.9 Um 0.5 Um 0.1 Um
tf t W脉冲宽度
第七章脉冲波形的产生 与完整
一、脉冲信号
7.1 概述
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 (c)尖脉冲
(b)方波 (d)锯齿波
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）。
＋ －
C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
7
1
1
3
uo
G4
4.放电三极管 VT是一个集电极开路的放电三极管。
当uO＝0时，VT导通； 当uO＝1时，VT截止。
二、555定时器的功能
定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放
电管VT状态的控制。
U CC
RD
U CO
u6
(TH )
u2
(TR)
放电端
8
，UR2
1 3 UCC
；
②5脚外接控制电压UCO时， UR1UCO, UR22 1UCO。
注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01µF的电容接地，
以抑制干扰。
U CC
RD
异步清零端
阈值输入端
U CO
u6
(TH)
u2
(TR)
触发输入端
放电端
8
U R1 5 6
2 U R2
5k ＋－C1
5k ＋－C2
1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS 型产品。双极型产品型号的最后3位数码是555，单极型最 后数字是7555如：
CB555 是国产双极型电路； CH7555是CMOS型电路。
一、555定时器的电路结构
清零端：0有效
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U CC
RD
VCC
>
2 3
VCC
>
1 3
VCC
0
≤
1 3
VCC
<
2 3
VCC
<
1 3
VCC
1
电压波形
UI
1 3
VCC
2 3
VCC
t
UO
t
3.工作特性
施密特触发器是一种 常用的脉冲信号整形 电路。 工作特性：
UI
1 3
VCC
UO
2 3
VCC
t
t
1、电平触发：触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号， UI达 某一电平值时，输出电压U0突变。 U0为脉冲信号。 2、电压滞后传输：输入信号UI从低电平上升过程中，电路状 态转换时对应的输入电平，与UI 从高电平下降过程中电路状 态转换时对应的输入电平不同。
脉
Um
冲 幅
度
T
脉冲周期
矩形脉冲信号的主要参数
占空比q－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，q＝tW/T 。
三、脉冲产生电路的暂态分析
脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。
C
UC(t )
UC(t)
S
UT
R
U
UC(0+) tM
0
UC(∞ ) t
① 开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理
u
0 1 保持
由表2可得如下口诀： 大于、大于、出0； 小于、小于、出1； 小于、大于、保持
7.3 施密特触发器
一、555定时器构成的施密特触发器
1.电路结构和逻辑符号
+VCC
48
7
UO
UI
6 555 3
2
5
1
0.01uF
2.工作原理
演示
UI
TH TR
UO
0
<
2 3
VCC
<
1 3
VCC
1
≥
2 3
④令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历 的时间tW（脉冲宽度）可用下式计算：
tWR1 CnUC U (C () )U C U (T 0)
7.2 555定时器
555电路又称为集成定时器。555定时器是一种多用途 的数字—模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发 器，施密特触发器和多谐振荡器。
放电端
8
4
UR1 5
6
5k ＋－C1
G1
R &Q
2 UR2
5k ＋－C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
7
1 3 uo
G4
uCO
uCO 2
1
RD
0 1
1 1
TH
TR
>
2 3
u
<
2 3
u
c
c c
c不导截输Vu×输入10变通止出>>TO261133
u u
CC CC
u2
< 3 cc
u1
>3 CC
uo
低 低
低 高
TD状态
UC(0+)=UC(0-)。 ② 充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC(∞)为0，即电
容器相当于开路。
UC(t ) UT
UC(∞ )
UC(0+) tW
0
t
③ 电路的时间常数τ=RC，τ决定了暂态时间的长短。根
据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为
u C ( t) U C ( ) [ U C ( 0 ) U C ( )e ] t/
7
U R1 5 6
2 U R2
5k
＋ －
C1
5k
＋ －
C2
5k VT
7
1
4
G1
R &Q
&
S
Q
G2
电压比较器，
若u+>u-，则输出为 高电平，反之输出
为低电平。
基本触发器
&
1
3
G3
G4
地