脉冲信号产生以及整形
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脉冲信号产生和整形
施密特触发器
方案二：采用施密特触发器构成的温度控制系统
温度
vt 1
vO
冰箱
传感器
压缩机
1V/oC
实际温控波形 vt
0
vO
6V (6℃）
2V (2℃） t
0
t
脉冲信号产生和整形
施密特触发器 应用举例
思考题
试举出施密特触发器在实际生活中的应用 实例，并尽可能说明其原理。
脉冲信号产生和整形
单稳态触发器
什么是单稳态触发器？
例子——楼道灯控制系统 有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，
故名单稳态触发器。
单稳态触发器的特点： （1）有稳态和暂稳态两种状态； （2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入
暂稳态； （3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。
脉冲信号产生和整形
单稳态触发器的分类
三角波： 锯齿波：
脉冲信号产生和整形
脉冲信号的基本参数
二、脉冲信号的参数
v
0
Tw
Vm t
Vm 幅值 T 脉冲周期
T f=1/T 频率
Tw 脉冲宽度 q=TW/T 占空比
脉冲信号产生和整形
施密特触发器
什么是施密特触发器？ 施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。 施密特触发器特点：
（1）输出有两种状态（输出为数字信号）； （2）输入采用电平触发; （3）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值 电平（VT+和VT-）。
脉冲信号产生和整形
施密特触发器
逻辑符号
1
vI
vO
1
vI
vO
同相传输
反相传输
施密特触发器的电压传输特性
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。
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
脉冲电路的产生和整形电路
v 重复此过程，则输出电压 O的波形变化即为一串脉冲波。
2
3.几种常见的脉冲波形
常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。
3
如何获得矩形脉冲信号？ （1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号 进行整形；
（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
矩形脉冲的特性： 为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。
2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0， uc 仍为0， ∴ uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。
3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时， ui负脉冲已消 失ui =1， ∴输出uo＝0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。
VCC
ui
0 twH twL
t
电路
工作波形
接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0， T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0 变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在 输出端uo产生了连续的矩形脉冲。
2.电路组成、工作原理
振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化， 是无稳态电路。
属于脉冲产生电路。
二.电路组成、工作原理
1、方法
①先构成施密特触发器; ②加R2在VI和VO之间，VI 和地之间接C;
2.电路组成、工作原理
VCC
uc
R1
84
2VCC/3
7
3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1
0.01μF
2
3.几种常见的脉冲波形
常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。
3
如何获得矩形脉冲信号？ （1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号 进行整形；
（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
矩形脉冲的特性： 为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。
2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0， uc 仍为0， ∴ uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。
3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时， ui负脉冲已消 失ui =1， ∴输出uo＝0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。
VCC
ui
0 twH twL
t
电路
工作波形
接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0， T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0 变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在 输出端uo产生了连续的矩形脉冲。
2.电路组成、工作原理
振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化， 是无稳态电路。
属于脉冲产生电路。
二.电路组成、工作原理
1、方法
①先构成施密特触发器; ②加R2在VI和VO之间，VI 和地之间接C;
2.电路组成、工作原理
VCC
uc
R1
84
2VCC/3
7
3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1
0.01μF
杨志忠数电(第3版)7-脉冲信号的产生与整形-课件
VDD
1 3
V
DD
1
2 3
VDD
1 3
VDD
1
0 导通 1 截止 不变 不变
第 7 章 脉冲产生与整形电路
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7.3 施密特触发器
主要要求：
理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。 了解用 555 定时器构成施密特触发器的方法。 理解施密特触发器的典型应用。
第 7 章 脉冲产生与整形电路
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态不变，输出 uO保持低电平 UOL不变。
当输入电压下降到
，比较器 C1 和 C2 输出
uI ≤ 31VDD时 R =0、S =1，
触发器置 1 ， Q = 1，输出 uO 由低电平
t U发O器L 跃的到负高向电阈平值电UO压H。U所T- =以31，V施DD密。特触
t
第 7 章 脉冲产生与整形电路
TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时 器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555，双 定时器的为 7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全 相同。
第 7 章 脉冲产生与整形电路
返回首页
555 定时器的电路结构与符号
构成电阻分 压器，为比较器 C1、C2 提供两个基 准电压:
一、脉冲波形的主要参数
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tW
Um
tr
tf
T
脉 冲 幅 度 Um：脉冲电压变化的最大值
脉冲上升时间 tr：脉冲波形从 0.1Um 上升到 0.9Um 所需的时间
脉冲下降时间 tf：脉冲波形从 0.9Um 下降到 0.1Um 所需的时间
脉 冲 宽 度 tW ：脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿 0.5Um 所需的时间
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。
脉冲信号的产生与变换
产生方法
通过RC电路或施密特触发器等电子元件实现。
特点
波形对称，上升沿和下降沿较陡，脉冲宽度可调。
锯齿波脉冲信号的产生
01
02
03
锯齿波脉冲信号
形状类似锯齿的脉冲信号。
产生方法
通过线性放大电路或积分 电路等电子元件实现。
特点
波形连续平滑，上升沿和 下降沿较缓，脉冲宽度可 调。
复合脉冲信号的产生
复合脉冲信号
脉冲信号的调制与解调
脉冲信号的调制
将低频信息信号调制到高频脉冲信号上，以实现信息的传输和信号的增强。常 见的调制方式有脉冲幅度调制、脉冲宽度调制和脉冲频率调制等。
脉冲信号的解调
从已调制的脉冲信号中提取出低频信息信号，还原出原始的信息。解调的方式 应与调制的方式相对应，以便正确地还原信息。
脉冲信号的滤波与整形
由多种不同形状和特性的脉冲 信号组成的信号。
产生方法
通过组合上述几种脉冲信号产 生电路，或者使用数字信号处 理器（DSP）等高级电子设备实 现。
特点
可根据实际需求定制，具有高 度的灵活性和适应性。
03
脉冲信号的变换
脉冲信号的放大与缩小
脉冲信号的放大
通过电子放大器或运算放大器， 将脉冲信号的幅度增大，以满足 后续电路或系统的需求。
感谢聆听
数字通信
脉冲信号用于数字通信中，将信息编码为脉冲序列，通过传 输和接收脉冲信号实现信息的传递。
雷达探测
雷达通过发送脉冲信号并接收反射回来的信号，可以探测目 标物体的距离、速度和方向等信息。
在测量领域的应用
脉冲式流量计
利用脉冲信号的频率或时间间隔来测 量流体的流量。
脉冲式压力计
通过测量脉冲信号的传播时间或频率 来测量压力。
通过RC电路或施密特触发器等电子元件实现。
特点
波形对称，上升沿和下降沿较陡，脉冲宽度可调。
锯齿波脉冲信号的产生
01
02
03
锯齿波脉冲信号
形状类似锯齿的脉冲信号。
产生方法
通过线性放大电路或积分 电路等电子元件实现。
特点
波形连续平滑，上升沿和 下降沿较缓，脉冲宽度可 调。
复合脉冲信号的产生
复合脉冲信号
脉冲信号的调制与解调
脉冲信号的调制
将低频信息信号调制到高频脉冲信号上，以实现信息的传输和信号的增强。常 见的调制方式有脉冲幅度调制、脉冲宽度调制和脉冲频率调制等。
脉冲信号的解调
从已调制的脉冲信号中提取出低频信息信号，还原出原始的信息。解调的方式 应与调制的方式相对应，以便正确地还原信息。
脉冲信号的滤波与整形
由多种不同形状和特性的脉冲 信号组成的信号。
产生方法
通过组合上述几种脉冲信号产 生电路，或者使用数字信号处 理器（DSP）等高级电子设备实 现。
特点
可根据实际需求定制，具有高 度的灵活性和适应性。
03
脉冲信号的变换
脉冲信号的放大与缩小
脉冲信号的放大
通过电子放大器或运算放大器， 将脉冲信号的幅度增大，以满足 后续电路或系统的需求。
感谢聆听
数字通信
脉冲信号用于数字通信中，将信息编码为脉冲序列，通过传 输和接收脉冲信号实现信息的传递。
雷达探测
雷达通过发送脉冲信号并接收反射回来的信号，可以探测目 标物体的距离、速度和方向等信息。
在测量领域的应用
脉冲式流量计
利用脉冲信号的频率或时间间隔来测 量流体的流量。
脉冲式压力计
通过测量脉冲信号的传播时间或频率 来测量压力。
脉冲信号的产生与整形
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。
1
2
电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对于CMOS门，则常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。
01
振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。
多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。
ΔUT＝ UT＋－UT－
回差电压（滞后电压）：
前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V 缺点是回差太小，且不能调整。
下限阈值电压
集成施密特触发器
4.3.2 由555定时器构成的施密特触发器
4.3.3 施密特触发器的应用
本节小结：
01
02
74121的输出脉冲宽度：
TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。 当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度： tp≈0.32RC
1
2
电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对于CMOS门，则常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。
01
振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。
多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。
ΔUT＝ UT＋－UT－
回差电压（滞后电压）：
前面介绍的施密特触发器的回差电压为： ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝ 0.7V 缺点是回差太小，且不能调整。
下限阈值电压
集成施密特触发器
4.3.2 由555定时器构成的施密特触发器
4.3.3 施密特触发器的应用
本节小结：
01
02
74121的输出脉冲宽度：
TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。 当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度： tp≈0.32RC
几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
脉冲波形的产生和整形在电子通信、工业控制和科学实验等领域具有广泛的 应用。了解不同脉冲波形和整形电路的知识，有助于优化系统设计和信号处 理。
锯齿波
边缘斜率匀速增加，常用于 信号发生器和音乐合成。
脉冲波形产生方式
1
基于定时器
利用微控制器或集成电路中的定时器来产生精确的脉冲波形。
2
基于电荷泵
利用电荷泵电路将电荷存储并释放，产生高频率的脉冲波形。
ห้องสมุดไป่ตู้
3
基于脉冲变换
利用放大和滤波电路将正弦波形转换为脉冲波形。
整形电路概述
整形电路用于将输入的不规则波形转换为规则的脉冲波形，提高信号质量和 准确性。
常见的整形电路类型
低通滤波器
去除高频噪声，保留低频成分。
施密特触发器
将输入的不稳定波形转换为稳定的方波输出。
微分器
输出与输入信号的斜率成正比的脉冲信号。
积分器
输出与输入信号积分值成正比的脉冲信号。
整形电路工作原理
整形电路通过调整信号的幅度、频率或相位，将输入波形转换为所需的脉冲 波形。
应用案例和总结
几种常用的脉冲波形的产 生和整形电路
脉冲波形广泛应用于电子领域，本演讲将介绍常见的脉冲波形种类、产生方 式以及整形电路类型和工作原理。
脉冲波形概述
脉冲波形是一种非周期性的电信号，具有高幅度且持续时间短暂的特点。
常用脉冲波形种类
方波
具有快速上升和下降的边缘， 常用于数字电路和通信系统。
脉冲状波
持续时间非常短暂，常用于 雷达和高速数据传输。
锯齿波
边缘斜率匀速增加，常用于 信号发生器和音乐合成。
脉冲波形产生方式
1
基于定时器
利用微控制器或集成电路中的定时器来产生精确的脉冲波形。
2
基于电荷泵
利用电荷泵电路将电荷存储并释放，产生高频率的脉冲波形。
ห้องสมุดไป่ตู้
3
基于脉冲变换
利用放大和滤波电路将正弦波形转换为脉冲波形。
整形电路概述
整形电路用于将输入的不规则波形转换为规则的脉冲波形，提高信号质量和 准确性。
常见的整形电路类型
低通滤波器
去除高频噪声，保留低频成分。
施密特触发器
将输入的不稳定波形转换为稳定的方波输出。
微分器
输出与输入信号的斜率成正比的脉冲信号。
积分器
输出与输入信号积分值成正比的脉冲信号。
整形电路工作原理
整形电路通过调整信号的幅度、频率或相位，将输入波形转换为所需的脉冲 波形。
应用案例和总结
几种常用的脉冲波形的产 生和整形电路
脉冲波形广泛应用于电子领域，本演讲将介绍常见的脉冲波形种类、产生方 式以及整形电路类型和工作原理。
脉冲波形概述
脉冲波形是一种非周期性的电信号，具有高幅度且持续时间短暂的特点。
常用脉冲波形种类
方波
具有快速上升和下降的边缘， 常用于数字电路和通信系统。
脉冲状波
持续时间非常短暂，常用于 雷达和高速数据传输。
555定时器-脉冲的产生与整形电路解析
6 脉冲的产生与整形电路
6.1 概述 6.2 施密特触发器 6.3 单稳态触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用
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6.1 概 述
数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常需 要时钟脉冲信号。 获得时钟脉冲的方法有：
1. 利用多谐振荡器直接产生。 2. 通过整形电路变换而成。 整形电路又分为两类：施密特触发器和单稳态触发器。 整形电路可以使脉冲的边沿变陡峭，或形成规定的矩形脉冲。
G1
C uI2 R
+5V R1
T1
G2
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输入带微分环节的单稳态触发器
若uI脉冲宽度twI > tw则应通过 微分电路RPCP再输入到与非门1。
为保证稳态时uO1 = 0，要求:
RP CP≤twI RP≥RON
门3改善输出波形，起反 相和整形的作用。
MOS门输入阻抗高，外接电阻R和RP的大小不会影响其 稳态，它们不再受ROFF和RON的限制。
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R2
uI
R1
1 uO' 1
uI' G1
G2
uO
uO'
(4) 波形图
波形图
uI
UT+
UT–
O
t
uO
O
t
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6.2.2 集成施密特触发器 TTL集成施密特触发器有：74LS14，74132，7413等。
TTL集成施密特触发器性能表
型号 7414 74LS132 7413
tpd/ns 15 15 16.5
换成矩形脉冲信号 。
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3. 鉴幅电路
在一串幅度不相等的
6.1 概述 6.2 施密特触发器 6.3 单稳态触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用
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6.1 概 述
数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常需 要时钟脉冲信号。 获得时钟脉冲的方法有：
1. 利用多谐振荡器直接产生。 2. 通过整形电路变换而成。 整形电路又分为两类：施密特触发器和单稳态触发器。 整形电路可以使脉冲的边沿变陡峭，或形成规定的矩形脉冲。
G1
C uI2 R
+5V R1
T1
G2
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输入带微分环节的单稳态触发器
若uI脉冲宽度twI > tw则应通过 微分电路RPCP再输入到与非门1。
为保证稳态时uO1 = 0，要求:
RP CP≤twI RP≥RON
门3改善输出波形，起反 相和整形的作用。
MOS门输入阻抗高，外接电阻R和RP的大小不会影响其 稳态，它们不再受ROFF和RON的限制。
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R2
uI
R1
1 uO' 1
uI' G1
G2
uO
uO'
(4) 波形图
波形图
uI
UT+
UT–
O
t
uO
O
t
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6.2.2 集成施密特触发器 TTL集成施密特触发器有：74LS14，74132，7413等。
TTL集成施密特触发器性能表
型号 7414 74LS132 7413
tpd/ns 15 15 16.5
换成矩形脉冲信号 。
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3. 鉴幅电路
在一串幅度不相等的
数字电路习题-第八章
第二节 典型题解
例题 8.1 分析例题 8.1 图（a）所示脉冲电路的工作原理，设门电路均为TTL电路，其阈值 电压为UTH；设二极管的导通电压为UD。说明电路的功能，画出电路的电压传输特性。
G1
1
G2
uI
&
uO UOH
&
D
uO
UOL
G3 G3
O UTH-UD UTH
uI
（a）
（b）
例题 8.1 图
引脚名称 TR TH R
表 8.1 5 5 5 集成定时器引 脚 名 称 及 功 能
功能
引脚名称
低电平触发
OUT
高电平触发
D
复位端
CO
功能 输出端 放电端 控制电压端
555 集成定时器的功能如表 8.2 所示。
TH(6) ×
>2 UDD/3 <2 UDD/3 <2 UDD/3
TR(2) × ×
> UDD/3 < UDD/3
三、考核题型与考核重点
1. 概念与简答 题型 1 为填空、判断和选择； 题型 2 为叙述基本概念与特点。 建议分配的分数为 2～4 分。 2. 综合与设计 题型 1 根据已知脉冲电路，分析其工作原理，画出电路中各关键点的信号波形以及输出波 形的参数计算等； 题型 2 根据需要选择合理的脉冲电路； 题型 3 分析在应用系统中脉冲电路的作用。 建议分配的分数为 5～10 分。
进行，uC逐渐升高，当uC≥uI时，uO由高电平变为低电平，⑦引脚导通。 电容放电，电 容 C经 过 ⑦引脚放电，放电时间常数τ放=R2C，随着放电过程的进行，uC逐
渐下降，当下降到uC≤uI/2 时，uO由低电平变为高电平，⑦引脚截止。 电容再次充电，电 路 重 复 上 述 过 程 ，进 入 下 一 个 周 期 ，电 路 输 出 周 期 性 的 矩 形 脉 冲 。
例题 8.1 分析例题 8.1 图（a）所示脉冲电路的工作原理，设门电路均为TTL电路，其阈值 电压为UTH；设二极管的导通电压为UD。说明电路的功能，画出电路的电压传输特性。
G1
1
G2
uI
&
uO UOH
&
D
uO
UOL
G3 G3
O UTH-UD UTH
uI
（a）
（b）
例题 8.1 图
引脚名称 TR TH R
表 8.1 5 5 5 集成定时器引 脚 名 称 及 功 能
功能
引脚名称
低电平触发
OUT
高电平触发
D
复位端
CO
功能 输出端 放电端 控制电压端
555 集成定时器的功能如表 8.2 所示。
TH(6) ×
>2 UDD/3 <2 UDD/3 <2 UDD/3
TR(2) × ×
> UDD/3 < UDD/3
三、考核题型与考核重点
1. 概念与简答 题型 1 为填空、判断和选择； 题型 2 为叙述基本概念与特点。 建议分配的分数为 2～4 分。 2. 综合与设计 题型 1 根据已知脉冲电路，分析其工作原理，画出电路中各关键点的信号波形以及输出波 形的参数计算等； 题型 2 根据需要选择合理的脉冲电路； 题型 3 分析在应用系统中脉冲电路的作用。 建议分配的分数为 5～10 分。
进行，uC逐渐升高，当uC≥uI时，uO由高电平变为低电平，⑦引脚导通。 电容放电，电 容 C经 过 ⑦引脚放电，放电时间常数τ放=R2C，随着放电过程的进行，uC逐
渐下降，当下降到uC≤uI/2 时，uO由低电平变为高电平，⑦引脚截止。 电容再次充电，电 路 重 复 上 述 过 程 ，进 入 下 一 个 周 期 ，电 路 输 出 周 期 性 的 矩 形 脉 冲 。
脉冲产生与整形电路实验报告
脉冲产生与整形电路实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过脉冲产生与整形电路实验，掌握脉冲信号的产生和整形基本原理，并学会使用555定时器、多谐振荡器等电路元器件进行实现。
二、实验原理1.脉冲产生电路原理脉冲信号通常是由正弦波信号经过整形电路处理得到的。
正弦波信号经由非线性电路处理，波形就会变形，产生各种脉冲信号。
其中，在整形电路中，最常用的是555定时器产生的脉冲信号。
555定时器是一种通用的集成电路，内部包含比较器、多谐振荡器等功能电路，经过调整参数，可以快速产生各种类型的脉冲信号。
2.整形电路原理整形电路在信号处理中的作用是根据信号的幅值、频率和相位等特性，将输入信号转化成特定形式的输出信号。
通常的整形电路包括正弦波整形电路、方波整形电路、脉冲整形电路等。
其中，最常见的脉冲整形电路是单稳态多谐振荡器电路。
该电路采用多谐振荡器，输出一个脉冲信号，带有“占空比”的特点。
这个信号由一端持续保持高电平，另一端持续保持低电平，长度和时间间隔具有可调性。
三、实验内容与步骤1.实验器材：555定时器、74LS123、电路板、导线等。
2.实验步骤：(1) 确定实验电路，根据电路原理图进行串联连接，构成脉冲产生与整形电路。
(2) 对寄存器电路写数据，设置电路元器件的参数，如输入电压的范围、输入电压的幅度等。
(3) 打开开关，接通电源，通过示波器观察脉冲信号的变化情况，并确定产生的脉冲信号的相位和频率等参数。
(4) 调整电路参数，不断进行实验测试，并对比不同参数下输出信号的差异，获得更多的实验结果。
四、实验结果与分析在实验中，我们通过脉冲产生与整形电路实验，成功地实现了脉冲信号的产生与整形，并对不同参数下的信号进行了调节和分析。
经过实验，我们发现脉冲信号的产生有较高的可调性，可以根据需要在一定范围内进行调节，以获得不同形式的输出信号。
而整形电路在处理各种信号时都具有优良的效果，可以更加精细地控制脉冲信号的特性。
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+VCC
R
8
4
CO 5 TH 6
TR 2
5kΩ + C1 －
5kΩ
+ －ห้องสมุดไป่ตู้
C2 5kΩ
G1
G3
Q &
&
3 uo
G2 &Q
7 V
1
脉冲信号产生以及整形
555定时器功能表
uTH
uTR
R
×
×
0
﹤2/3VCC
﹤1/3VCC
1
﹥2/3VCC
﹥1/3VCC
1
﹤2/3VCC
﹥1/3VCC
1
输出uo
0 1 0 不变
振荡周期为T=2N tpd
脉冲信号产生以及整形
2. 带RC延迟电路的环形振荡器 在两个反相器之间插入RC延时电路实现的。利 用电容C的充放电，实现延时并改变输出电平，形成 电路两暂稳态的交替变换，产生矩形脉冲信号。加入 RC电路，既降低了振荡频率，又可通过改变R、C的 数值来实现对振荡频率的调节。图中RS为限流电阻。
脉冲信号产生以及整形
6.1.2 CMOS多谐振荡器 为便于电路分析，假定图中CMOS反相器开门 电平与关门电平相等，统称为阈值电平，记为UT并 设UT=0.5VDD。
脉冲信号产生以及整形
当t1时刻到来时，uo由0跳变为1，由于电容C上的 电压不能跃变，故ui1跟随uo发生正跳变，瞬间达到阈值电压UT， 使得ui2由1变到0。这个低电平也保证了G2的输出uo稳定为1。此 时电路进入第一暂稳态。在此期间，电容C通过电阻R放电，使 ui1逐渐下降，在t2时刻达到阈值电压，产生如下正反馈：
2. 555定时器实现多谐振荡器 R1、R2和C是外接定时元件，2 端（低电平触发端）和6端（高电平触发端）并联起来接uC，7端 （放电端）接到R1和R2之间。5端通过电容接地，旁路高频干扰。
VCC
uc
R1
84
7
3
2VCC/3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1
0.01μF
0 t1
t2
放电管V
导通 截止 导通 不变
脉冲信号产生以及整形
555定时器主要参数表
参数
单位
CC7555
电源电压
V
3～18
静态电源电流
mA
0.12
定时精度
%
2
放电端放电电流 输出端驱动电流
最高工作频率
mA
10～50
mA
1～20
kHz
500
脉冲信号产生以及整形
5G555 4.5～16
10 1 200 200 500
在时序逻辑电路中，为了控制各触发器同步协调一致的工作， 通常需要一个稳定精确的时钟脉冲信号。获得这种脉冲信号的方 法有两种，一种是通过多谐振荡器直接产生脉冲信号；另一种是 通过脉冲整形电路如单稳态触发器、施密特触发器等，将已有的 波形进行整形，获得稳定、精确、规则的矩形时钟脉冲。
在脉冲信号产生、整形电路中，常采用555时基集成电路， 只要在其外部配接少量阻容元件就可构成多谐振荡器、施密特触 发器和单稳态触发器。本章将重点介绍555时基集成电路的应用。
1. 环形振荡器 设每个门电路的传输延迟时间均为tpd，选取其
工作循环中的一个周期进行分析：假定某一时刻ui1为高电平1，经G1延 迟时间tpd后，使得ui2为0；又经G2延迟时间tpd后，输出ui3为高电平1；再 经G3延迟时间tpd后，使输出端uo为0，同时反馈到G1输入端使得ui1翻转 为0。全过程用时为3tpd。以此类推，再经过3tpd，uo（ui1）又将变回高 电位1，完成一个周期。
脉冲信号产生以及整形
石英晶体有一个极为稳定的谐振频率f0，如图所示，当频率 为f0时晶体自身的阻抗最小，频率为f0的信号最容易通过，并在 电路中形成最强的正反馈。而对于其他频率的信号均会被石英 晶体衰减，使得正反馈大大减弱而不足以形成振荡。石英晶体 的谐振频率是晶体本身的固有特性，由晶体的结晶方向和外形 尺寸所决定，而与外接电容、电阻等无关，因此精度极高。
脉冲信号产生以及整形
工作波形图 振荡周期T≈1.4RC
脉冲信号产生以及整形
6.1.3 石英晶体多谐振荡器
前面介绍的几例多谐振荡器，其振荡频率不仅和时间常数 RC有关，还取决于门电路的阈值电平UT。但UT本身就是一个 不够稳定的参数，易受温度、电源电压及外部干扰的影响，因 此造成电路的频率稳定性和准确性较低。为获取较高的频率稳 定性，目前高精度振荡电路中一般接入石英晶体，构成石英晶 体振荡器。
ui1↓→ui2↑→uo↓
反馈过程瞬间结束，经过翻转后ui1 、ui2、uo依次为 0、1、0，电路进入第二暂稳态。此期间，ui2处的高电位通过电 阻R对电容C充电，这是第一暂稳态时放电的逆过程。电容充电 使ui1逐渐上升，直到t3时刻达到阈值电压，产生另一正反馈：
ui1↑→ui2 ↓ →uo↑
此后电路重复上述过程，在两个暂稳态之间来回翻转， G2输出端得到矩形脉冲信号。
t
电路
工作波形
f=1.43/（R1+2R2）C
脉冲信号产生以及整形
（1）第一暂稳态。电源接通后，VCC通过R1、R2对C充电， 随着电容C上的电量逐渐增加，uC逐渐上升。经过t1时间后，uC 上升至2/3VCC，比较器C1输出跳变为低电平0，RS触发器翻转 为Q=0、Q=1，振荡器输出uo = 0。
6.1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，无需外加输入信号，其状 态转换完全由电路自行完成，电源接通后就可自动的产生矩形脉 冲。产生的矩形脉冲含有丰富的高次谐波分量，因此习惯上称其 为多谐振荡器。多谐振荡器不存在稳定状态，只有两个暂稳态， 故又称无稳态电路。
脉冲信号产生以及整形
6.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
（2）第二暂稳态。电路翻转后，Q =1，放电三极管饱和导 通，电容C通过R2和三极管放电，uC逐渐下降。经过t2时间后， uC下降至1/3VCC，比较器C2输出跳变为低电平0，RS触发器翻 转为Q=1、Q=0，振荡器输出uo = 1。此时放电三极管截止，电 容C结束放电，重新开始被充电，uC也从1/3VCC起逐渐回升， 电路又恢复到第一暂稳态。此后重复上述振荡过程，便在多谐 振荡第器一的暂输稳出态端的u时o产间生t1（连脉续冲变宽化度的）矩就形是脉u冲C从。1/3VCC充电上升
脉冲信号产生以及整形
6.1.4 集成多谐振荡器及其应用
1. 555定时器的结构与功能 555定时器为双列直插式8引脚封装。1
端接地。2端是低电平触发输入端，低电平触发。3端是信号输出端。4端是复 位清零端。5端是电压控制端，在5端加控制电压时，可改变C1、C2的参考电压， 该端不用时一般通过电容接地，以旁路高频干扰。6端是高电平触发输入端， 高电平触发。7端是放电端。8端接电源VCC。