第六章脉冲信号产生与转换
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第六章脉冲信号产生与转换
74HC221典型接线图
第六章脉冲信号产生与转换
三、单稳态触发器的应用 单稳态触发器在数字电路中一般用于整
形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相 等的波形） 、定时（产生一定宽度的矩形 波）、以及延时（把输入信号延迟一定时间 后输出）等。
第六章脉冲信号产生与转换
(一) 脉冲的整形 无论输入到单稳态触发器的脉冲波形如何，只 要符合触发电压，能使单稳态电路翻转，就能在 输出端得到一定宽度、一定幅度、前后沿较陡的 规则矩形脉冲。
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脉冲宽度：tW≈0.7RC
3.正电反馈路过自程：动返回稳态 电路在暂稳态期间，u01为高电平， C经充R电到→地uC不↑→断u对R ↓电→u容02↑充→电u01，↓ 使uC 按指数规律上升，uR按 结指产果数生使规下得律 列电路下 的自降 正动┗， 反返━━当馈回━━到过u━RG┛下程1打第降：六开章到、脉冲GG信2号2门关产生闭的与转的换阈稳值态电。暂压稳时态，的持电续路时将间，
单稳态电路的第整六章脉形冲信作号产用生与转（换 高电平触发）
(二) 脉冲的定时
利用宽度为tW的矩形脉冲作为与门的控制信 号，只有在tW 时间内，与门才打开，其它输入
信号才能通过。
单稳态电路的定时作用（低电平触发） a)原第理六章脉图冲信号产b生)与转波换 形图
(三) 脉冲的延时
微分型单稳态电路输出u02的下降沿相对于输 入触发脉冲uI的下降沿滞后了tW时间，称这个时
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暂稳状态
2. 正加反负馈触过发程脉：冲电路翻转为暂稳态 当t=t1时，uI产生负跳变，使
u而u01I使由↓u→低R产电u生0平1┗↑同跳→━样变u━的R为正━↑高→跳━电┛u变平0，2，↓G2由的于输电出容u02两从端高电电压平u变C不为能低突电变平，，因这
是结一果个使强得列电正路反迅馈速过进程入：G1第门六章关脉冲闭信号、产生G与2转门换 打开的暂稳状态。
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。
第六章脉冲信号产生与转换
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
第六章脉冲信号产生与转换
第二节 单稳态触发器
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。
第六章脉冲信号产生与转换
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
㈠ 工作原理 第六章脉冲信号产生与转换
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1. 电路的稳态 当uI为高电平且R <Roff(关门电阻)时 ， G2门关闭，u02为高电平，G1门由于输入全为1而打开， u01为低电平。此时，电第路六章脉处冲信于号产稳生与转定换 状态。
第六章脉冲信号产生与转换
+V + +V
充电
放电
VDD
+V +
充电
微分电路 a)电阻下拉式 b)电阻上拉式 第六章脉冲信号产生与转换 c)时序图
当电路的时间常数τ=RC >>tw时，即使电路的形式
完全一样，但这样的RC电路是耦合电路，而不是
微分电路，其输出电压uo 与输入电压uI 的波形
近似相同。
fmax =1/（tw+tre）
第六章脉冲信号产生与转换
二、集成单稳态触发器 单片集成单稳态触发器具有价廉、性能稳定、
使用方便等优点，在数字电路中的应用日益广泛， 下面以74HC221为例介绍。
74HC221为集成双单稳态触发器，其中每个单
稳态触发器单元均具有两个触发输入端TR+和TR(TR+为正边沿触发端，TR-为负边沿触发端)，和 一个清零端R(低电平有效)，两个互补的输出端Q 和Q。
输入下一个触发脉冲。 tre =(3～5)RC fmax =1/（tw+tre）
㈡ 主要参数 1. 输出脉冲宽度
设VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW ≈0.7RC
R、C的单位分别为MΩ和μF，tw的单位为秒。 2. 恢复实间tre
tre =(3～5)RC 3. 最高重复触发频率fmax
第六章脉冲信号产生与转换
数字电子技术基础
第一节 预备知识
一、微分电路和积分电路 RC电路在脉冲信号产生与转换电路中有着广泛 的应用。 (一) 微分电路 微分电路是一种能够将输入的矩形脉冲变换为 正负尖脉冲的波形变换电路。微分电路的形式就 是一个RC串联电路，且要求电路的充放电时间常
数τ=RC 远小于输入矩形正脉冲的宽度tw。
第六章脉冲信号产生与转换
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。
反相器第六的章脉冲电信号压产生传与转换输特性
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，
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。
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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பைடு நூலகம்复过程。恢复过程所需时间tre 的 大小与放电时间常数RC 的第大六章小脉冲有信号关产生。与转恢换复过程结束后，才允许
间为延迟时间。
74HC221组成的脉冲延时电路 a)电第路六章脉图冲信号产b生)与转时换 序图
数字电子技术基础习题
第六章脉冲信号产生与转换
第三节 多谐振荡器
多谐振荡器没有稳定的状态，又称无稳态电 路，它不需外加触发信号便能产生一系列矩形脉 冲，在数字系统中常用作矩形脉冲源，作为时序 电路的时钟信号。所谓的多谐，是指电路所产生 的矩形脉冲中含有许多高次谐波的意思。
耦合电路的时序图 第六章脉冲信号产生与转换
(二) 积分电路 积分电路也是一种常用的波形变换电路，它可
以将矩形脉冲变换成近似三角波。其电路也是一 个RC串联电路，但从电容上取出输出电压，且要
求电路的时间常数τ=RC远大于输入矩形正脉冲 的宽度tw。
第六章脉冲信号产生与转换
积分电路 a)电路图 b)波形图
74HC221典型接线图
第六章脉冲信号产生与转换
三、单稳态触发器的应用 单稳态触发器在数字电路中一般用于整
形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相 等的波形） 、定时（产生一定宽度的矩形 波）、以及延时（把输入信号延迟一定时间 后输出）等。
第六章脉冲信号产生与转换
(一) 脉冲的整形 无论输入到单稳态触发器的脉冲波形如何，只 要符合触发电压，能使单稳态电路翻转，就能在 输出端得到一定宽度、一定幅度、前后沿较陡的 规则矩形脉冲。
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脉冲宽度：tW≈0.7RC
3.正电反馈路过自程：动返回稳态 电路在暂稳态期间，u01为高电平， C经充R电到→地uC不↑→断u对R ↓电→u容02↑充→电u01，↓ 使uC 按指数规律上升，uR按 结指产果数生使规下得律 列电路下 的自降 正动┗， 反返━━当馈回━━到过u━RG┛下程1打第降：六开章到、脉冲GG信2号2门关产生闭的与转的换阈稳值态电。暂压稳时态，的持电续路时将间，
单稳态电路的第整六章脉形冲信作号产用生与转（换 高电平触发）
(二) 脉冲的定时
利用宽度为tW的矩形脉冲作为与门的控制信 号，只有在tW 时间内，与门才打开，其它输入
信号才能通过。
单稳态电路的定时作用（低电平触发） a)原第理六章脉图冲信号产b生)与转波换 形图
(三) 脉冲的延时
微分型单稳态电路输出u02的下降沿相对于输 入触发脉冲uI的下降沿滞后了tW时间，称这个时
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暂稳状态
2. 正加反负馈触过发程脉：冲电路翻转为暂稳态 当t=t1时，uI产生负跳变，使
u而u01I使由↓u→低R产电u生0平1┗↑同跳→━样变u━的R为正━↑高→跳━电┛u变平0，2，↓G2由的于输电出容u02两从端高电电压平u变C不为能低突电变平，，因这
是结一果个使强得列电正路反迅馈速过进程入：G1第门六章关脉冲闭信号、产生G与2转门换 打开的暂稳状态。
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。
第六章脉冲信号产生与转换
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
第六章脉冲信号产生与转换
第二节 单稳态触发器
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。
第六章脉冲信号产生与转换
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
㈠ 工作原理 第六章脉冲信号产生与转换
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1. 电路的稳态 当uI为高电平且R <Roff(关门电阻)时 ， G2门关闭，u02为高电平，G1门由于输入全为1而打开， u01为低电平。此时，电第路六章脉处冲信于号产稳生与转定换 状态。
第六章脉冲信号产生与转换
+V + +V
充电
放电
VDD
+V +
充电
微分电路 a)电阻下拉式 b)电阻上拉式 第六章脉冲信号产生与转换 c)时序图
当电路的时间常数τ=RC >>tw时，即使电路的形式
完全一样，但这样的RC电路是耦合电路，而不是
微分电路，其输出电压uo 与输入电压uI 的波形
近似相同。
fmax =1/（tw+tre）
第六章脉冲信号产生与转换
二、集成单稳态触发器 单片集成单稳态触发器具有价廉、性能稳定、
使用方便等优点，在数字电路中的应用日益广泛， 下面以74HC221为例介绍。
74HC221为集成双单稳态触发器，其中每个单
稳态触发器单元均具有两个触发输入端TR+和TR(TR+为正边沿触发端，TR-为负边沿触发端)，和 一个清零端R(低电平有效)，两个互补的输出端Q 和Q。
输入下一个触发脉冲。 tre =(3～5)RC fmax =1/（tw+tre）
㈡ 主要参数 1. 输出脉冲宽度
设VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW ≈0.7RC
R、C的单位分别为MΩ和μF，tw的单位为秒。 2. 恢复实间tre
tre =(3～5)RC 3. 最高重复触发频率fmax
第六章脉冲信号产生与转换
数字电子技术基础
第一节 预备知识
一、微分电路和积分电路 RC电路在脉冲信号产生与转换电路中有着广泛 的应用。 (一) 微分电路 微分电路是一种能够将输入的矩形脉冲变换为 正负尖脉冲的波形变换电路。微分电路的形式就 是一个RC串联电路，且要求电路的充放电时间常
数τ=RC 远小于输入矩形正脉冲的宽度tw。
第六章脉冲信号产生与转换
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。
反相器第六的章脉冲电信号压产生传与转换输特性
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，
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。
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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பைடு நூலகம்复过程。恢复过程所需时间tre 的 大小与放电时间常数RC 的第大六章小脉冲有信号关产生。与转恢换复过程结束后，才允许
间为延迟时间。
74HC221组成的脉冲延时电路 a)电第路六章脉图冲信号产b生)与转时换 序图
数字电子技术基础习题
第六章脉冲信号产生与转换
第三节 多谐振荡器
多谐振荡器没有稳定的状态，又称无稳态电 路，它不需外加触发信号便能产生一系列矩形脉 冲，在数字系统中常用作矩形脉冲源，作为时序 电路的时钟信号。所谓的多谐，是指电路所产生 的矩形脉冲中含有许多高次谐波的意思。
耦合电路的时序图 第六章脉冲信号产生与转换
(二) 积分电路 积分电路也是一种常用的波形变换电路，它可
以将矩形脉冲变换成近似三角波。其电路也是一 个RC串联电路，但从电容上取出输出电压，且要
求电路的时间常数τ=RC远大于输入矩形正脉冲 的宽度tw。
第六章脉冲信号产生与转换
积分电路 a)电路图 b)波形图