第六章 脉冲产生与波形转换
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脉冲波形的产生与变换(2)
uc (0) 0
u
c
(
)
U
DD
RC
可编辑ppt
10
TW
RC ln uc () uc (0) uc () uc (TW )
RC ln U DD 0 RC ln 3
U DD
2 3
U
DD
1.1RC
为了使电路能正常工作，要求外加触发脉冲的宽度 TIW<TW，且负脉冲的数值一定要低。为此，常在输入信号 和触发电路之间加一微分电路，如图6-4所示。
可编辑ppt
6
1．分压器
分压器由3个5kΩ电阻R组成，它为两个电压比较器提供基准电平。
2．比较器
比较器A、B是两个结构完全相同的高精度电压比较器。
3．基本RS触发器
RS触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制， 根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。
4．开关放电管和输出缓冲级
可编辑ppt
11
图6-4 具有微分环节的单稳态触发器
恢复期：TR由下式决定： TR=(3～5)rd·C
其中rd为放电管导通时呈现的电阻。一般R>>rd，所 以恢复期很短。
可编辑ppt
12
6.3.3 由门电路构成的单稳态电路
1. 微分型单稳电路 (1) 电路组成
门1、门2是CMOS或非门，R、C组成微分延时环节。
可编辑ppt
19
脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲的时间间隔。
第六章 脉冲波形的产生与变换
6.1 概 述
6.2 555定时电路
6.3 单稳态电路
6.4 多谐振荡器
6.5 施密特电路
可编辑ppt
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。
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
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
6脉冲波形的产生与变换
vO1
G1 ≥1 C
vO2
1 vR
R G2
vI
VDD
Vth+ + DD VDD V0.7v
vR
Vth
0
t
二、 积分型单稳态触发器 1.工作原理
1
vi
R
vO1 1
1
1 0
vA
＆
vi 0
1
G1
C
G2
vO2 vo1 1 vA
0
t1
t t
0
0
当输入的触发信号 vi 发生正跳变后， vo1 应该产生负跳变。
6. 3 单稳态触发器 单稳态触发器具有以下特点：
1）电路有一个稳态、一个暂稳态； 2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态转到暂稳态； 暂稳态维持一段时间后，电路会自动返回稳态。 3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与 触发脉冲的宽度和幅度无关。
由外界触发 稳定状态 着重 理解 :
暂稳态
自动返回
t1 t2
t
v (0) 0, v () V
R R
DD
RC
R
v (t ) v () v (0) v ()e
R R R
t
v (t ) V V (1 e V t RC ln V V
R W th DD
DD W DD th
tW / RC
一、不可重复触发TTL集成单稳态触发器 74121
a
图6.3.8 集成单稳态触发器74121的逻辑图
触发信号控制电路： 1~ G4构成。 由G 微分型单稳态触发器： 5~ G7及R、C 构成。 由G 输出缓冲电路： 8、 G9构成，用来提高电路的带负载能力。 由G
脉冲波形的产生与变换z资料PPT课件
本章基本要 求
➢正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发 器的电路组成及工作原理。 ➢掌握多谐、单稳、施密特MSI器件的逻辑功能及主 要参数计算。 ➢掌握555定时器的工作原理。 ➢了解由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路 工作原理。
第1页/共50页
§8-1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后 无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存 在稳定状态，又称无稳态电路。
vO1
v1(0 ) V 0V VDD
vI () VDD
RC
0
V vI
VDD
DD
V
Vth
0
根据RC电路瞬态 相应分析，
vO2
V
VDD
0
T1 T2
vO1 VDD
t
0
t
t1
t2
t
v(t) v() v(0 ) v() et
t ln v(0 ) v()
v(t) v()
T1
RC
C
1
0.01F
第31页/共50页 tPL tPH
出 T
导通
截截止止 导导通通 不变
一、555定时器组成多谐振荡器
——占空比可调
tpH = RAC1n2≈0.7RAC
R1
RA R2
84
RB
D1
RB
7
3
6
2 555 5
D2
vC +
1
C –
VCC R3
vO
0.01F
tPL=RBC1n2≈0.7RBC f 1 1.43
2 3 VCC
vIC (5) vI1 (6)
+
R
➢正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发 器的电路组成及工作原理。 ➢掌握多谐、单稳、施密特MSI器件的逻辑功能及主 要参数计算。 ➢掌握555定时器的工作原理。 ➢了解由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路 工作原理。
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§8-1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后 无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存 在稳定状态，又称无稳态电路。
vO1
v1(0 ) V 0V VDD
vI () VDD
RC
0
V vI
VDD
DD
V
Vth
0
根据RC电路瞬态 相应分析，
vO2
V
VDD
0
T1 T2
vO1 VDD
t
0
t
t1
t2
t
v(t) v() v(0 ) v() et
t ln v(0 ) v()
v(t) v()
T1
RC
C
1
0.01F
第31页/共50页 tPL tPH
出 T
导通
截截止止 导导通通 不变
一、555定时器组成多谐振荡器
——占空比可调
tpH = RAC1n2≈0.7RAC
R1
RA R2
84
RB
D1
RB
7
3
6
2 555 5
D2
vC +
1
C –
VCC R3
vO
0.01F
tPL=RBC1n2≈0.7RBC f 1 1.43
2 3 VCC
vIC (5) vI1 (6)
+
R
脉冲波形的变换与产生
VT2
t
t
t
0
0
0
v0
v0
vI
幅度鉴别
01
t
02
t
03
0
04
0
05
vo
06
vI
07
VT+
08
VT-
09
幅度大于VT+的脉冲被保留
多谐振荡器
多谐振荡器（无稳态电路）是一种自激振荡电路，用来产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。 一、门电路组成的多谐振荡器 1 1 R C vo 振荡周期的计算：
二、用施密特触发器构成多谐振荡器
没有触发脉冲作用时电路处于一种稳态
1
在触发脉冲作用下。电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态
2
由于电路中RC的延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中RC的参数值
3
单稳态触发器的这些特性被广泛地应用于脉冲的整形、延时和定时等。
4
单稳态触发器的工作特性
VCC
C
T
vO
当vI 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态， T导通，C放电。
当vI 为高电平时，T截止，C充电，当C未充到 之前，电路处于暂稳态；若此期间，vI 输入负向脉冲， T导通，C放电，输出仍维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态（vo=0)
1
1
G1
G2
Rd
R
VDD
D
C
Cd
CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1
分类：可重复触发；不可重复触发。
01
不可重复触发单稳态触发器工作波形
t
t
t
0
0
0
v0
v0
vI
幅度鉴别
01
t
02
t
03
0
04
0
05
vo
06
vI
07
VT+
08
VT-
09
幅度大于VT+的脉冲被保留
多谐振荡器
多谐振荡器（无稳态电路）是一种自激振荡电路，用来产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。 一、门电路组成的多谐振荡器 1 1 R C vo 振荡周期的计算：
二、用施密特触发器构成多谐振荡器
没有触发脉冲作用时电路处于一种稳态
1
在触发脉冲作用下。电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态
2
由于电路中RC的延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间决定于电路中RC的参数值
3
单稳态触发器的这些特性被广泛地应用于脉冲的整形、延时和定时等。
4
单稳态触发器的工作特性
VCC
C
T
vO
当vI 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态， T导通，C放电。
当vI 为高电平时，T截止，C充电，当C未充到 之前，电路处于暂稳态；若此期间，vI 输入负向脉冲， T导通，C放电，输出仍维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态（vo=0)
1
1
G1
G2
Rd
R
VDD
D
C
Cd
CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器
1
分类：可重复触发；不可重复触发。
01
不可重复触发单稳态触发器工作波形
第六章 脉冲产生与波形转换
第六 章 脉冲波形的产生和整形
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器 5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触
＋UODOD
R（外 部 复 位 端 ）
(高 电 平 触 发 端 )
0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre
暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放V完I ，使电路恢复到初始状态。
（3）最高工作频率 fma<x
1
设触发信号VI的时tp间o + t间re 隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器 5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触
＋UODOD
R（外 部 复 位 端 ）
(高 电 平 触 发 端 )
0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre
暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放V完I ，使电路恢复到初始状态。
（3）最高工作频率 fma<x
1
设触发信号VI的时tp间o + t间re 隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
第六章 脉冲的产生与原理及原理的应用
2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 熟悉施密特触发器的构成。 (3) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。
第6章脉冲波形的产生与整形
3. 实训设备及元器件 (1) 实训设备： 双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示 波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表(数字表、指针表 各1块)。 (2) 实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块 NE555。 4. 测试内容 1) 测试电路 测试电路如图6.9所示。 2) 测试步骤 (1) 按图6.9所示接好电路，在输入端接入信号发生器，并用 示波器分别观测输入端和输出端的波形
1. 实训任务 (1) 用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。 (2) 分析和仿真555定时器的逻辑功能。 (3) 记录并比较测试结果。 2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。 3. 实训设备及元器件 (1)实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万 用表(数字表、指针表各1块)。 (2)实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块NE555。
第6章脉冲波形的产生与整形
NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，它主要由3个电阻
R组成的分压器、两个高精度电压比较器C1和C2、一个基本RS
触发器、一个作为放电的三极管VT及输出驱动G3组成。
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.1 NE555集成定时器内部电路
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.2所示为555定时器的逻辑符号 和引脚排列。
t RC ln uC () uC (0) uC () UD
(6-2)
第6章脉冲波形的产生与整形
第6章脉冲波形的产生与整形
3. 实训设备及元器件 (1) 实训设备： 双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示 波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表(数字表、指针表 各1块)。 (2) 实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块 NE555。 4. 测试内容 1) 测试电路 测试电路如图6.9所示。 2) 测试步骤 (1) 按图6.9所示接好电路，在输入端接入信号发生器，并用 示波器分别观测输入端和输出端的波形
1. 实训任务 (1) 用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。 (2) 分析和仿真555定时器的逻辑功能。 (3) 记录并比较测试结果。 2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。 3. 实训设备及元器件 (1)实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万 用表(数字表、指针表各1块)。 (2)实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块NE555。
第6章脉冲波形的产生与整形
NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，它主要由3个电阻
R组成的分压器、两个高精度电压比较器C1和C2、一个基本RS
触发器、一个作为放电的三极管VT及输出驱动G3组成。
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.1 NE555集成定时器内部电路
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.2所示为555定时器的逻辑符号 和引脚排列。
t RC ln uC () uC (0) uC () UD
(6-2)
第6章脉冲波形的产生与整形
第6章 脉冲波形的产生与整形
f
石英晶体电抗频率特性：外加 电压频率为 f 时阻抗最小，所以频 率为 f 的电压信号最容易通过，而 频率不是 f 的电压信号被衰减。 典型的石英晶体振荡器电路如 图 6-14 所示，即在图 6-8 对称式多 谐振荡器的基础上，将石英晶体连 接到振荡器的正反馈回路中。根据 石英晶体的阻抗频率特性，当 v 的 输出脉冲频率 f f 时，反馈最强， 电路才起振。最终使得输出脉冲频 率稳定在 f 上，从而解决了多谐振 荡器的稳频问题。
Contents
6.1 单稳态触发器 6.2 多谐振荡器 6.3施密特触发器 6.4 定时器电路
本章的学习应掌握以下几点：
1．理解单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触 发器的工作原理； 2．熟悉常用的集成单稳态触发器； 3．掌握典型的555定时器电路。
6.1 单稳态触发器
一、单稳态触发器 单稳态触发器是只有一个稳态的电路。 主要特点： 1、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂 稳态维持一段时间后，再自动返回稳态。
1 ， vc () 0 。假设 VTH VDD ，根据式（6-1-1） 2 T T1 T2
RC ln RC ln VE VIK 0 VE RC ln VE VTH 0 VTH VDD V RC ln DD VDD VTH VTH
V 2 DD RC ln (VDD VTH )VTH RC ln 4
当 vI 0 时，通过 G1 、 G2 2 个非门使得 vo 为低电平，即 vo 0 。此 时 vI 1 0 。当 vI 从 0 逐渐升高到使得 vI 1 VTH 时,电路发生正反馈：
vI 1 vo1 vo
R2
VT
R1
0
1 v 1 vI vO 从而使电路输出 vo 迅速转换为高电平，即 vo VDD 。 vI 上升过程 vI 1 O1 VTH 中，引起输出电压产生跳变所对应的输入电压值称为正向阈值电 G1 G2 压，用 VT 表示，根据图 6-15，容易推出：
脉冲波形产生与变换
随着技术的不断发展，对高速脉冲波形的 处理能力要求也越来越高，需要开发更高 效、高速的信号处理方法。
波形转换效率
波形产生与变换的集成化
在将一种脉冲波形转换为另一种脉冲波形 时，需要提高转换效率，以减少能量损失 和信号失真。
为了实现更小体积、更低成本的应用，需 要将脉冲波形产生与变换集成在一个小型 化、便携式的设备中。
脉冲波形的应用领域
01
02
03
04
通信
脉冲波形在数字通信中用于传 输数据，如脉冲编码调制 （PCM）和脉冲位置调制 （PPM）。
测量
利用脉冲波形进行时间、速度 、距离等物理量的测量，如雷
达测速仪和激光测距仪。
控制
脉冲波形用于控制各种电子设 备和系统，如电机驱动、开关
电源和自动控制系统。
医学成像
超声成像和核磁共振成像等医 学成像技术中，脉冲波形用于
缩小脉冲
通过减小脉冲的幅度，使其在幅度上 得到缩小。
脉冲的平移与翻转
平移脉冲
通过改变脉冲的时间位置，使其在时 间上得到平移。
翻转脉冲
通过改变脉冲的极性，使其在波形上 得到翻转。
脉冲的调制与解调
调制脉冲
通过将一个信号（如音频信号或视频信号）附加到脉冲上，使其在频率、相位或幅度上得到调制。
解调脉冲
通过将调制信号分离出来，还原出原始信号。
三角脉冲的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调 节，以满足不同的应用需求。
锯齿波的产生
锯齿波是一种特殊的脉冲波形，其特点是幅值从零线性增 加到最大值，然后又线性减小到零。与三角脉冲不同的是 ，锯齿波的上升沿和下降沿不光滑，呈现出锯齿状。
锯齿波可以通过模拟电路或数字电路等电子元件产生。锯 齿波的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调节 ，以满足不同的应用需求。
数字电子技术(王连英)5-9章 (2)
第6章 脉冲波形的产生与变换
4. 缓冲器由非门G4构成。 它的作用是改善输出信号的波形， 提高驱动负载能力。 5. 放电管V 当RS 触发器输出为低电平时， 放电管V导通； 当RS 触 发器输出为高电平时， 放电管V截止。 放电管可为外接电容 提供放电回路。
第6章 脉冲波形的产生与变换
6.2.2 555 （1） RD是复位端。 当 RD=0时， 输出端uO=0。 正常
由于数字电路系统中， 离不开各种不同频率及幅值的脉 冲信号， 如时序逻辑电路中时钟信号、 控制过程的定时信号 等， 因此， 矩形脉冲特性的好坏直接关系到整个系统能否正 常工作。
第6章 脉冲波形的产生与变换 矩形脉冲的获取通常有两种途径： 一种是利用各种形式 的脉冲振荡电路， 直接产生所需的矩形脉冲， 如多谐振荡器 等。 这种电路在工作时一般不需要外加信号源， 只要加上合 适的工作电压， 就能自动产生脉冲信号， 所以这类电路属于 自激的脉冲振荡电路。 另一种是通过整形电路（或脉冲变换 电路）把一种非矩形脉冲， 或者性能不符合要求的矩形脉冲 变换成符合要求的矩形脉冲， 如施密特触发器、 单稳态触发 器等。
第6章 脉冲波形的产生与变换
2. 电压比较器由C1、 C2两个结构相同的集成运算放大器组 成。 由集成运算放大器的特点可知： U+ >U－时， 运放的输 出是高电平； U+<U－时， 运放的输出是低电平。 3. 基本RS 基本RS触发器由两个与非门G1、 G2组成， 它的输出状态 由两个比较器输出uC1和uC2控制， 其中， uC1接入基本RS 触发 器的置0端， uC2接入基本RS 触发器的置1端。
第6章 脉冲波形的产生与变换
3.
回差电压，
ΔUT=UT+－UT－≈ 2
数字电子技术 第六章 脉冲波形的产生课件50页PPT
综上所述，多谐振荡器的Байду номын сангаас点是电路没有稳定状态，
在两个暂稳态之间不停地翻转。能够自动翻转的原因是电 容C的充放电，改变充放电的时间常数，就改变了两个暂 稳态持续的时间，也就改变了产生的脉冲宽度。当采用集 成逻辑门时，振荡周期的估算公式为:
T ≈ 2.2RC 2. 多谐振荡器的基本功能及应用 多谐振荡器能自动产生矩形脉冲输出，常作为矩形脉 冲信号源，为需要矩形脉冲的电路提供矩形脉冲信号，如 为时序逻辑电路提供时钟信号、为数字钟提供时基信号等。 图6.4所示的RC环形多谐振荡器的频率稳定性较差，只能 应用于对频率稳定性要求不高的场合。如果要求产生频率 稳定性很高的脉冲波形，就要采用图6.5虚线框中所示的石 英晶体多谐振荡电路。
图6.5 秒信号发生器的电路图
图6.5所示电路实际上是一款采用CD4060 构成的秒信 号发生器，它由石英晶体多谐振荡电路和15次二分频电路 组成。晶振的频率f = 32.768kHz，振荡电路产生的脉冲信 号经过整形、15次二分频后，就可获得频率稳定的1Hz脉 冲信号，即秒脉冲信号。
6.2 单稳态触发器及应用
图中，CD4060内部的G1门和外接电阻R、电容C1和C2、 石英晶振组成振荡电路，内部G2 门对振荡输出的信号进 行整形。石英晶振在电路中起选频作用，选频特性非常好， 只有频率等于石英晶振谐振频率的信号才能被选出，而其 他频率的信号均被衰减。因此，石英晶体多谐振荡器的输 出信号频率取决于石英晶振的频率，并且频率稳定性非常 高。
在电源接通的瞬间，若G2门输出为高电平，因电容电 压不能突变，G1门的输入为高电平、输出为低电平，维持 G态2）门。输出高电平，电路处于一种暂时稳定状态（也叫暂稳 延值是续时G接2，，门着电G的G1容输门2门电入的输压，输出升所出的高以由高，G低电2G电门平1平门的对变的输电为输出容高入由进电电高行平压电充。降平电因低变，，G为随1当低门着低电的充到平输电一，出的定电就 路处于另一种暂稳态。 的输路延出返G续由回2门，高到的电前G输1平一门出变种的变为稳输为低定入低电状电电平态压平，，升后又G高，2开，门电始当的容重高输开复到出始前一又放面定回电的值到，过时高随程，电着。平G放1，门电电的
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1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
VO1 C VI2
& G2
VT1
VT2
VT4 VD
VI
R1
VI '
& VO1
G1
1 VO
G2
V'O
假定门电路的阈值电压为VTH，输出的低电平VOL=０，当VI从０逐步 上升至VTH时，由于门G1的另一个输入端的电平VI'仍低于VTH，因此电路
状态并不改变。当VI继续升高，并使VI'＝VTH时，门G1由截止转为导通，
而且由于G1、G2间存在着正反馈，所以电路迅速转换为G1导通，G2截 止的状态，使VO=VOH。触发器发生一次翻转，此时对应的输入电平就
是VT+。如果忽略VI'＝VTH时，门G1的输入电流，则可得到
VI'=VTH=（VT+ - VT-）
所以
VT+=
R1 + R2 R2
VTH+VD
当输入VI由高电平逐渐下降时，只要降至VI ≤ VTH，门G1由导通转 为截止；门G2由截止转为导通。同时，由于有正反馈的作用，电路迅速 返回VO=VOL的状态。因此，触发器再次发生翻转，VI下降时的转换电平 为VT- =VTH。由此可求出电路的回差电压为：
VO VOH
VOL
O
VT-
VT+
VI
滞后电压传输特性
定性符号
1．用CMOS门电路组成的施密特触发器
R2
VI R1
VO1
VO
VI
VO
VI ' 1 G1
1 G2 V'O
VI
V'O
G1G2为CMOS门，输出VOH=VDD。VTH=1/2VDD
R2
R1 VI=0
VO1
1
1
V
' i
R2 R1 R2
• (VI
ΔVT= VT+ - VT-=
R1 R2
VTH + VD
3.施密特触发器的应用
(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号 变为对应的矩形波输出信号。
(2)幅度鉴别。 (3)脉冲整形。
VVTT++ O
t
VO
O
t
波形变换
ui UTH UTR
o uo
o
脉冲整形
干扰
ui
UTH
t
o
t
uo
t
o
t
幅度鉴别
有些测量装置输出信号经放大后，可能是不规则的波形，如图所示，将它
VT
(1
R1 R2
)VTH
(1
R1 R2
)VTH
2
R1 R2
VTH
我们将VT+与VT- 之差定义为回差电压ΔVT，即： ΔVT= VT+ - VT-
VO
(2R1/R2)VTH
VOH
(2R2/R1)VTH VO
O
VTH
VDD
VI
O
VI
VTH
VDD
同相输出
反相输出
2．用TTL门电路组成的施密特触发器 R2
VI↓→VO1↑→VI2↑→VO2↓
因而加快了电路进入暂稳态的过程
在暂稳态期间，即使输入端的VI负脉冲消失门G1输出VO1也可维持在 高电平。暂稳态是一个不能长期保持的状态。随着C的充电VI2的电位 会逐渐下降，暂稳态期间的充电回路是经电容C、电阻R到地，充电时 间常数τ1 = RC（忽略与非门输出电阻）按指数曲线下降，当VI2下降到 门坎电平VT=1.4V时，产生正反馈过程（注意：此时VI输入端的负脉冲 必须消失）：
1．特触发器属于电平触发，缓慢变化的信号也可作触发输入信号，当 输入信号达到某一特定的阈值，输出电平会发生突变，即施密特触发器 会从一个稳态转换到另一个稳态。
2．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-，也就是引起输出电平突变的输入电平不同 ，即滞后电压传输特性，
此特性又称回差特性。
第六 章 脉冲波形的产生和整形
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
接在施密特电路的输入端，如果电路的回差较小，为如图中V10所示电路的 回差为ΔV= VT+ - V1T-时，输出波形如图所示。若输入波形顶部的脉动是由 干扰造成的，则会产生不良的后果，输出信号就变成了三个脉冲。若适当的 增加电路的回差，即ΔV= VT+ - V2T-，输出波形为图V20所示，实现了整形 作用，因此在这种情况下，适当的增加回差，可以提高电路的抗干扰能力。
当VI继续下降达到VI'≤VT时，门G1截止 ，门G2导通，输出VO=0，电路 又一次翻转。此时，VI' 称为施密特触发器的下限转换电平VT-，也称为 负向阈值电压。
(VDD
vI )
R1 R1 R2
vI
≤VT
可求得
VT-பைடு நூலகம்=
R1 R2 R2
VT
R1 R2
VDD
(1
R1 R2
)VTH
可知：
VT
VI
VVT1+T-
t
V2T-
O
V1O
O V2O
O
t t
脉冲整形
第三节.单稳态触发器
单稳态触发器是数字系统中又一种常用的脉冲整形电路。它的特点是： 只有一个稳态，另外还有一个暂稳态。
在单稳态触发器中，在没有外加触发信号作用时，电路始终处于稳态； 只有在外加触发信号的作用下，电路能从稳态转换到暂稳态，经过一段 时间后，又能自动回到稳态。电路处于暂稳态的时间长短通常取决于电 路中电容的充电和放电时间，这个时间是单稳态触发器的输出脉冲宽度 tPO。
VO2
VI2
VT3
R
R
G2 VI1
微分单稳态触发器
2．工作原理 设与非门的电压传输特性很好，TTL与非门的门坎电平VT =1.4V。
VI高电平时，电路和处于稳态：VO1=0，VO2=1（因为R<ROFF，在稳定 状态下，门G2处于截止状态，输出VO2为高电平，此时门G1输入全为高， 因此处于饱和导通状态，输出VO1为低电平。 当输入端VI有负的触发脉冲时，门G1由饱和导通状态转为截止状态， VO1由低变高。由于电容C两端电压不能突变，因此，VI2的正跳变的幅 度几乎与VO1正跳变的幅度相等，这样门G2由截止状态转向饱和导通状 态，VO2由高电平变为低电平，即VO1=１， VO2=０。同时，由于VO2的 低电平接回到G1的输入端，从而导致下面的正反馈过程
VOL )
VOL
VO=VOL V'O
VI'↑→VO1↓→VO↑
当Vi上升到使Vi’=VTH时，电路输出迅速的VO=VOH≈ VDD，此时Vi 就是VT+则可以求出Vi为：
由
' i
VTH
R1
R1 R2
VT
VT+ 称为正向阈值电压
得：
VT
(1
R1 R2
)VTH
反过来，若Vi从高电平缓慢下降，同样存在一个正反馈过程
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
VO1 C VI2
& G2
VT1
VT2
VT4 VD
VI
R1
VI '
& VO1
G1
1 VO
G2
V'O
假定门电路的阈值电压为VTH，输出的低电平VOL=０，当VI从０逐步 上升至VTH时，由于门G1的另一个输入端的电平VI'仍低于VTH，因此电路
状态并不改变。当VI继续升高，并使VI'＝VTH时，门G1由截止转为导通，
而且由于G1、G2间存在着正反馈，所以电路迅速转换为G1导通，G2截 止的状态，使VO=VOH。触发器发生一次翻转，此时对应的输入电平就
是VT+。如果忽略VI'＝VTH时，门G1的输入电流，则可得到
VI'=VTH=（VT+ - VT-）
所以
VT+=
R1 + R2 R2
VTH+VD
当输入VI由高电平逐渐下降时，只要降至VI ≤ VTH，门G1由导通转 为截止；门G2由截止转为导通。同时，由于有正反馈的作用，电路迅速 返回VO=VOL的状态。因此，触发器再次发生翻转，VI下降时的转换电平 为VT- =VTH。由此可求出电路的回差电压为：
VO VOH
VOL
O
VT-
VT+
VI
滞后电压传输特性
定性符号
1．用CMOS门电路组成的施密特触发器
R2
VI R1
VO1
VO
VI
VO
VI ' 1 G1
1 G2 V'O
VI
V'O
G1G2为CMOS门，输出VOH=VDD。VTH=1/2VDD
R2
R1 VI=0
VO1
1
1
V
' i
R2 R1 R2
• (VI
ΔVT= VT+ - VT-=
R1 R2
VTH + VD
3.施密特触发器的应用
(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号 变为对应的矩形波输出信号。
(2)幅度鉴别。 (3)脉冲整形。
VVTT++ O
t
VO
O
t
波形变换
ui UTH UTR
o uo
o
脉冲整形
干扰
ui
UTH
t
o
t
uo
t
o
t
幅度鉴别
有些测量装置输出信号经放大后，可能是不规则的波形，如图所示，将它
VT
(1
R1 R2
)VTH
(1
R1 R2
)VTH
2
R1 R2
VTH
我们将VT+与VT- 之差定义为回差电压ΔVT，即： ΔVT= VT+ - VT-
VO
(2R1/R2)VTH
VOH
(2R2/R1)VTH VO
O
VTH
VDD
VI
O
VI
VTH
VDD
同相输出
反相输出
2．用TTL门电路组成的施密特触发器 R2
VI↓→VO1↑→VI2↑→VO2↓
因而加快了电路进入暂稳态的过程
在暂稳态期间，即使输入端的VI负脉冲消失门G1输出VO1也可维持在 高电平。暂稳态是一个不能长期保持的状态。随着C的充电VI2的电位 会逐渐下降，暂稳态期间的充电回路是经电容C、电阻R到地，充电时 间常数τ1 = RC（忽略与非门输出电阻）按指数曲线下降，当VI2下降到 门坎电平VT=1.4V时，产生正反馈过程（注意：此时VI输入端的负脉冲 必须消失）：
1．特触发器属于电平触发，缓慢变化的信号也可作触发输入信号，当 输入信号达到某一特定的阈值，输出电平会发生突变，即施密特触发器 会从一个稳态转换到另一个稳态。
2．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-，也就是引起输出电平突变的输入电平不同 ，即滞后电压传输特性，
此特性又称回差特性。
第六 章 脉冲波形的产生和整形
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
接在施密特电路的输入端，如果电路的回差较小，为如图中V10所示电路的 回差为ΔV= VT+ - V1T-时，输出波形如图所示。若输入波形顶部的脉动是由 干扰造成的，则会产生不良的后果，输出信号就变成了三个脉冲。若适当的 增加电路的回差，即ΔV= VT+ - V2T-，输出波形为图V20所示，实现了整形 作用，因此在这种情况下，适当的增加回差，可以提高电路的抗干扰能力。
当VI继续下降达到VI'≤VT时，门G1截止 ，门G2导通，输出VO=0，电路 又一次翻转。此时，VI' 称为施密特触发器的下限转换电平VT-，也称为 负向阈值电压。
(VDD
vI )
R1 R1 R2
vI
≤VT
可求得
VT-பைடு நூலகம்=
R1 R2 R2
VT
R1 R2
VDD
(1
R1 R2
)VTH
可知：
VT
VI
VVT1+T-
t
V2T-
O
V1O
O V2O
O
t t
脉冲整形
第三节.单稳态触发器
单稳态触发器是数字系统中又一种常用的脉冲整形电路。它的特点是： 只有一个稳态，另外还有一个暂稳态。
在单稳态触发器中，在没有外加触发信号作用时，电路始终处于稳态； 只有在外加触发信号的作用下，电路能从稳态转换到暂稳态，经过一段 时间后，又能自动回到稳态。电路处于暂稳态的时间长短通常取决于电 路中电容的充电和放电时间，这个时间是单稳态触发器的输出脉冲宽度 tPO。
VO2
VI2
VT3
R
R
G2 VI1
微分单稳态触发器
2．工作原理 设与非门的电压传输特性很好，TTL与非门的门坎电平VT =1.4V。
VI高电平时，电路和处于稳态：VO1=0，VO2=1（因为R<ROFF，在稳定 状态下，门G2处于截止状态，输出VO2为高电平，此时门G1输入全为高， 因此处于饱和导通状态，输出VO1为低电平。 当输入端VI有负的触发脉冲时，门G1由饱和导通状态转为截止状态， VO1由低变高。由于电容C两端电压不能突变，因此，VI2的正跳变的幅 度几乎与VO1正跳变的幅度相等，这样门G2由截止状态转向饱和导通状 态，VO2由高电平变为低电平，即VO1=１， VO2=０。同时，由于VO2的 低电平接回到G1的输入端，从而导致下面的正反馈过程
VOL )
VOL
VO=VOL V'O
VI'↑→VO1↓→VO↑
当Vi上升到使Vi’=VTH时，电路输出迅速的VO=VOH≈ VDD，此时Vi 就是VT+则可以求出Vi为：
由
' i
VTH
R1
R1 R2
VT
VT+ 称为正向阈值电压
得：
VT
(1
R1 R2
)VTH
反过来，若Vi从高电平缓慢下降，同样存在一个正反馈过程