河北科技大学：数字电子技术基础 教学课件第六章 脉冲波形的产生和整形
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《数字电子技术教学课件》第06章 脉冲波形的产生与变换.ppt
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如果uI下降，uI1也会下降。当uI1下降到UTH时， 电路又会产生以下的正反馈过程：
电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为 UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下 限触发转换电平UT－。uI再下降，电路将保持状态 不变。
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（2）工作波形与电压传输特性
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2
复习
MSI时序逻辑电路的分析步骤？
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3
第6章 脉冲波形的产生与变换
脉冲信号：指突然变化的电压或电流。 脉冲电路的研究重点：波形分析。 数字电路的研究重点：逻辑功能。
获得脉冲波形的方法主要有两种： 1．利用脉冲振荡电路产生； 2．是通过整形电路对已有的波形进行整形、变 换，使之符合系统的要求。
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。
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6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
1. 电路组成 两个CMOS反相器，两个分压电阻。
图6-7 用集成门电路构成的施密特触发器
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（a） 电路 （b）逻辑符号
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2. 工作原理
（1）工作过程 设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入
信号uI为三角波。
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当uI=0V时， G1截止、G2导通，输出为UOL， 即uO=0V。只要满足uI1＜UTH，电路就会处于这种 状态（第一稳态）。
脉冲波形的产生与整形优秀课件
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。
脉冲波形的产生与整形优秀课件
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
后特性。
脉冲波形的产生与整形优秀课件
施密特触发器 a）电路图 b）传输特性 c）波形图
由于该施密特触发器两阈值电平为1/3VCC和 2/3VCC，
因而该电路存在1/3VC脉C冲的波形回的产差生与电整形压优秀。课件
思考题与习题
脉冲波形的产生与整形优秀课件
暂稳态：
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +) vC ( ) - vC ( t )
脉冲波形的产生与整形优秀课件
6.2 555定时器
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。
单定时器 型号：
双极型——555 单极型——7555
多谐振荡器波形图 脉冲波形的产生与整形优秀课件
（1） 工作原理
1► 0
0► 1
+
1正. 反第馈一过暂程稳：态及其自动翻转的过程 假定在接通电源的瞬间， 电暂路稳最态）初，处即于u┗I━Gu↑━0→11━关=━u1闭0━，1┛↓、u→0G2u=20打02↑。开状此态时（，设uO这1经时电为阻电R路到的u第O2一对 电u发I的结暂容生电果稳C下充位导态述电不致，正，断G即反1u上u馈门I0的升1过迅=电，0程速脉，位冲当：打波u等形u0开的2I于上产=，生1u升与。CG整到与形2优门Gu秀0课迅12件门之速的和关阈。闭值随，电着电压充路V电进TH的入后进第，行二电，路
6第六章脉冲波形的产生和整形
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
R A2
SQ
D7
T
1
附录:
RS 触发器功能表
RS Q Q
3 uo 1 0 0 1
01 1 0
0 0 保持 保持 1 1 禁止 禁止
R S Q 晶体管T uo
1 0 1 导通 0 0 1 0 截止 1 0 0 保持 保持 保持
（6-39）
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
0
uo1
0
uo2
输出信号的周 期近似为:
T = 2.2 RC
0
uA
UT 0U
T
t t t t
（6-15）
6.3.2 RC耦合式振荡器
uo1
uR1
uo1 uR2
1 C1 R1
C2
2 R2
uo2
0
uR2
UT
0
uo1 C2
1 uR1
R1
C1 uo2
uo2
uo2
C1
2
R2
R1
R2
C2
1
2
uo
( b)
石英晶体 C1 ( c)
（6-18）
§6.4 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是: 输出端只有一个稳定 状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信 号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
数字电子技术脉冲波形的产生与整形
tf
Vm tW T
2.脉冲宽度tW
0.5Vm～0.5Vm
3.上升时间tr
0.1Vm～0.9Vm
4.下降时间tf
0.9Vm～0.1Vm
5.周期T
周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔
6.频率f
周期的倒数或每秒钟重复的次数。
7.占空比q
脉冲宽度与周期之比
3
6.5 555定时器的电路结构与功能
6. 5.1 555 定时器的电路结构与功能
6
5K
vC1 =1，vC2 =1， Q =1不变， vO=1不变
vI> 2/3VCC时， vC1 =0，vC2 =1，
vI2
2 VR2
－+C2 5K
&
vC2 Q
G2
& G3
TD
7
Q=0， vO =0，所以VT+=2/3VCC 1
1
3 vO
G4
10
(2)vI从高于 2/3VCC下降的情况
vI>2/3VCC时，
vC1=vC2=0，工作不正常。
vO
t
措施：在输入端加微分网络Rd、 Cd（足够小），将宽脉冲变为
vC
tw
窄脉冲。
+UCC
R 0.01µF
Cd vd vI
Rd
.
uC C
58 4
6
2
3
71
vI
uO
vd
2 3VCC
t
t t
24
该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还 有可重复触发的单稳态电路。
在暂稳态尚未结束时，又 来一个触发脉冲，此脉冲 不会引发新的暂稳态。
第06章脉冲波形的产生和整形124页课件
6.2.3 单稳态电路的应用 5. 构成高通/低通滤波器
6.2 单稳态电路
6.2.3 单稳态电路的应用 5. 构成高通/低通滤波器
6.3 施密特触发器
常用的一类脉冲整形电路，有两个重要的特点：
1.输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的 输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入 转换电平不同；
6.2 单稳态电路
单稳态电路的特点：
（1）具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； （2）在外界触发脉冲的作用下，电路的状态能从稳 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与外界触发脉冲的宽度 和幅度无关，仅取决于电路本身的参数。
6.2 单稳态电路
6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路 1．微分型单稳态电路 （1）电路组成
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 2．脉冲幅度鉴别
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 3．脉冲展宽电路
VTH
VTH
VTH
VTH
2
R1 R2
VTH
R1 R2
VDD
6.3 施密特触发器
6.3.1 由门电路组成的施密特触发器 3．工作波形
6.3 施密特触发器
6.3.2 集成施密特触发器
TTL集成施密特触发器的典型产品有7413、7432等， CMOS集成施密特触发器有CC40106等。 1．TTL集成施密特触发器7413 TTL集成施密特触发器7413是带施密特触发器的双4 输入与非门
6.2 单稳态电路
6.2.3 单稳态电路的应用 5. 构成高通/低通滤波器
6.3 施密特触发器
常用的一类脉冲整形电路，有两个重要的特点：
1.输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的 输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入 转换电平不同；
6.2 单稳态电路
单稳态电路的特点：
（1）具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； （2）在外界触发脉冲的作用下，电路的状态能从稳 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与外界触发脉冲的宽度 和幅度无关，仅取决于电路本身的参数。
6.2 单稳态电路
6.2.1 用门电路或触发器组成的单稳态电路 1．微分型单稳态电路 （1）电路组成
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 1．波形的变换与整形
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 2．脉冲幅度鉴别
6.3 施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用 3．脉冲展宽电路
VTH
VTH
VTH
VTH
2
R1 R2
VTH
R1 R2
VDD
6.3 施密特触发器
6.3.1 由门电路组成的施密特触发器 3．工作波形
6.3 施密特触发器
6.3.2 集成施密特触发器
TTL集成施密特触发器的典型产品有7413、7432等， CMOS集成施密特触发器有CC40106等。 1．TTL集成施密特触发器7413 TTL集成施密特触发器7413是带施密特触发器的双4 输入与非门
数字电子技术基础第六章脉冲波形的产生与整形
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（二）集成单稳态触发器芯片
(a) 上升沿触发，暂态为高 电平，不可重复触发
(b) 下降沿触发，暂态为高 电平，可重复触发
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20
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21
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22
（三）单稳态触发器的应用
• 1．延时与定时 • （1）延时
vI
vO
tW
vF
vO
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23
• 2．整形
第六章 脉冲波形的产生与整 形
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1
第二节 555定时器
• 一、555定时器芯片的内部电路
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2
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3
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4
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5
第三节 脉冲波形产生电路
• 一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器 • （一）电路结构
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6
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7
• （三）振荡频率的估算
T t W 1 t W 2 0 . 7 R 1 R 2 C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 R 1 2 R 2 C
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8
• （四）占空比可调的多谐振荡器电路
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9
第四节 脉冲波形整形电路
• 一、施密特触发器
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10
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11
• 1．阈值电压 • （1）上限阈值电压 • （2）下限阈值电压 • 2．回差电压 • 3．电压传输特性曲线
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12
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13
（二）施密特触发器的应用
• 1．波形变换
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14
• 2．脉冲整形
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小结
基本要求：
掌握同步时序电路的设计方法。
第六章 脉冲波形的产生和整形
内容提要 首先介绍了555定时器的工作原 理，然后分别介绍了施密特触发器、 单稳态触发器、多谐振荡器等三种 波形整形和产生电路。
第六章 脉冲波形的产生和整形 §6.1 §6.2 §6.3 §6.4 §6.5 概述 555定时器 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器
& a
D
0
1
0
通
(1) RD=0, TH=X, TR=X
vo=0,
TD导通
1 2/3Vcc 0
触发器置0
1 0
1/3Vcc
1 通
0
(2) TH>2/3Vcc, TR>1/3Vcc
vo=0,
TD导通
1
2/3Vcc 1
触发器保持 定
定
1/3Vcc
1 定
定
(3) TH<2/3Vcc, TR>1/3Vcc
vi
Vcc
8 vi
4
vI1
6 555
3
vo
vI2
2 1 5 0.01μ
vo
输入信号由小到大
0
VT-
VT+
vi
Vcc
8 vi
4
vI1
6 555
3
vo
vI2
2 1 5 0.01μ
vo
输入信号由小到大
0
VT-
VT+
vi
Vcc
8 vi
4
vI1
6 555
3
vo
vI2
2 1 5 0.01μ
vo
输入信号由小到大
01／00
Q1Q0
AB/XY
00/00
S0
10/00
S1
00/00
01／10 或10／11
00/00
10/00 01／00 10/10
S3
01／00 01／00
S2
00/00
以00、01、10、00/00 11分别表示S0、
S1、 S2、 S3
01／10 或10／11
00/00
00
10/00ห้องสมุดไป่ตู้
01
00/00
施密特触发器的特性和模拟电路中介绍的滞回
比较器特性相同。可用于脉冲波形的整形。
输入信号从低到高变化， 引起输出电平的跳变，对 应的输入电压（阈值电压） 和输入信号从高到低变化， 引起输出电平的跳变时的 阈值电压不同。 通过正反馈，使跳变点电 平沿口陡直。
vo
0
VT-
VT+
vi
一、 由555构成的施密特触发器（P350）
R2 R1 v I’
vI
1
G1
vO1
1
G2
vO vO’
vo
vI=0时，vO=VOL=0
vI逐渐上升，达到vI’=VTH时： v I’ vO1 vO
则vO迅速的转换为VOH
0
vi
R2 vI R1 v I’ 1
G1
vO1
1
G2
VOL vO vO’
VT+
v I ' VTH
R2 R2 ( VT VOL ) VT R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 VTH ( 1 )VTH R2 R2
所以
VT
R2 vI R1 v I’ 1
G1
vO1
1
G2
vO vO’
i+= i－= 0
RS触发器的工作特点:
Q
Q
n 1 n & Q Q 状态 RD SD b 0 0 1 1 保持 1 1 1 1 R SD 0 0 0 1 置0 1 0 0 1 SD 置位端或置 0 1 1 1端，低电平有效。 0 置1 1 1 1 0端，低电平有效。 0 RD 复位端或置 0 0 0 1* 不定 1 0 0 1*
10/00 01／00
10/10
11 10
00/00
01／00
次态卡诺图为：
Q1
n 1
AB 00
Q1Q0 00
01
11
10
00／00 01／00 11／00 10／00
AQ1 A BQ1 AQ1 Q 0 BQ1Q 0 01 01／00 10／00 00／10 11／00
n 1 Q0 AQ1Q 0 ABQ 0 BQ 0
0
VT-
VT+
vi
Vcc
8 vi
4
vI1
6 555 3
vo
vI2
2
1 5 0.01μ
vo
输入信号由大到小
0
VT-
VT+
vi
Vcc
vo
8 vi 4
vI1
6 555 3
vo
vI2
2 0 1 5 0.01μ
VT-
VT+
vi
VT+ ＝ 2/3Vcc VT— ＝1 /3Vcc △VT ＝1 /3Vcc
二、 由门电路构成的施密特触发器（P309）
vo不变, TD不变
1
2/3Vcc 1
触发器置1
0 1
1/3Vcc
0 止
1
(4) TH<2/3Vcc, TR<1/3Vcc
vo=1,
TD截止
1
2/3Vcc 0
触发器不定
0 1
1/3Vcc
0 止
1
(5) TH>2/3Vcc, TR<1/3Vcc
vo=1, TD截止
555定时器的功能表
§6.3 施密特触发器（P309）
数字电子技术基础
信息科学与工程学院· 基础电子教研室
P307页 5.29 解: 以A=1表示投入1元硬币，未投时A=0；以B＝1 表示投入5角硬币的信号，未投时B=0；以X＝1表示 给出邮票，未给时X=0；以Y＝1表示找钱，Y=0时 不找钱。 若未投币前状态为S0，投入5角后为S1，投入1元 后为S2，投入1.5元后为S3，则进入S3状态再投入5角 硬币（B＝1）时X=1，返回S0状态；如投入1元硬币， 则X=Y＝1，返回S0状态。于是状态转换图如下图所 示：
X AQ1 BQ1Q 0 Y AQ1Q 0
11
X
X
X
X
10
10／00 11／00 00／11 00／10
若采用D触发器，则
Q1
n 1
AQ1 ABQ1 AQ1 Q 0 BQ1Q 0 D1
n 1 Q0 AQ1Q 0 ABQ 0 BQ 0 D 0
逻辑图略
清0端，低电平有效 控制电压端 阈值端
触发端
输出端
放电端
NPN型三极管的工作特点:
(1) 放大区：发射结正偏，集电结反偏。
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 (3) 截止区：发射结反偏。
运放工作于非线性的工作特点:
u + > u － ， u O =UOH u + < u － ， u O =UOL
§6.1 概述
脉冲是一种跃变信号，在数字电路中最常用 的是矩形脉冲（即矩形波）。 参数： 脉冲幅度Vm 上升时间tr 下降时间tf
0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm
tr T tw tf
Vm
脉冲宽度tw
脉冲周期T和频率f 占空比q=tw/T
§6.2 555定时器（P348） 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。它使用灵活、方便,带负 载能力强, 目前在波形产生、家用电器、 电子玩具等领域得到非常广泛的应用。 下面介绍555定时器的工作原理。