第七章脉冲波形产生与完整
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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
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
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
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。
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
第七章 脉冲波形产生与完整
2018/10/31 GUET School of Information & Communications 8
一、555定时器的电路结构
U CC 7 5k U CO (TH ) U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 ＋C 1 － R
清零端：0有效
基本触发器
7
GUET School of Information & Communications
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。 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。
RD 4 G1 R
随着TH端和TR端的电压不同， 其工作状态将发生变化： 555定时器功能表
uCO RD uCO 2 TR > u CC
u6 u2
& &
Q
&
Q
1
G4
(TR )
S
3
uo
G2
G3
0 1 1 1 1
>
3 3 u cc 输出 VT u 不变 截止 导通 × 1 0 输入 O 2 1 6 2 < 3 u cc > 3 u CC 1 2 < 3 u cc > 3 u CC 2 1 < 3 u cc < 3 ucc
U R1
5 6 5k 2 U R2 5k
u6
u2
一、555定时器的电路结构
U CC 7 5k U CO (TH ) U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 ＋C 1 － R
清零端：0有效
基本触发器
7
GUET School of Information & Communications
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。 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。
RD 4 G1 R
随着TH端和TR端的电压不同， 其工作状态将发生变化： 555定时器功能表
uCO RD uCO 2 TR > u CC
u6 u2
& &
Q
&
Q
1
G4
(TR )
S
3
uo
G2
G3
0 1 1 1 1
>
3 3 u cc 输出 VT u 不变 截止 导通 × 1 0 输入 O 2 1 6 2 < 3 u cc > 3 u CC 1 2 < 3 u cc > 3 u CC 2 1 < 3 u cc < 3 ucc
U R1
5 6 5k 2 U R2 5k
u6
u2
第7章 数电555电路
uC 1 C
t 0
iC d t
I0 C
t
I0为恒定电流。其工作波形如图7.5(b)所示。实 际中为了防止负载对定时电路影响，uC输出常常通
过射极输出器输出。 外接电阻R的范围为2kΩ-20MΩ，定时电容C为 100pF-1000μF，单稳态电路的延迟时间TW可由几 微秒到几小时。精度可达0.1%。单稳态电路应用于 定时、延时(对输入uI的下降沿而言)和波形变换。
第七章 脉冲波形的产生与变换
C S ① ② R uO ＋ ① S ② C uO R C ＜ ＜T S － R C ＞ ＞T S R ＋
－
R C ＜ ＜T S
(a )
(b )
电路由RC和开关S组成，S接①时对C充电，接②时C放电。 图(a)中，当时间常数RC 大大小于开关转换时间Ts, 则组成微分电路，在电阻 上可得窄脉冲输出。 图7–1 图(b)组成积分电路，当 RC<<Ts时，在电容上可得矩 形波；而RC>>Ts时，在电容 上又可得线性扫描的波形。
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.2.1
8 UDD R 6
基本组成
4 R
1
由分压器、比较器、RS触发器和 输出缓冲（开关管V）组成。
≥1 1 1 OUT 3
TH CO
＋ － R ＋
∞
△
UA
A
≥1
Q
分 压 器
TR
5
比较器
∞
△
输出缓冲
≥1 Q U SS TR OUT R 1 2 3 4 8 7 6 5 UDD D TH CO
t
X ( t ) X ( ) [ X ( 0 ) X ( )] e
t 0
iC d t
I0 C
t
I0为恒定电流。其工作波形如图7.5(b)所示。实 际中为了防止负载对定时电路影响，uC输出常常通
过射极输出器输出。 外接电阻R的范围为2kΩ-20MΩ，定时电容C为 100pF-1000μF，单稳态电路的延迟时间TW可由几 微秒到几小时。精度可达0.1%。单稳态电路应用于 定时、延时(对输入uI的下降沿而言)和波形变换。
第七章 脉冲波形的产生与变换
C S ① ② R uO ＋ ① S ② C uO R C ＜ ＜T S － R C ＞ ＞T S R ＋
－
R C ＜ ＜T S
(a )
(b )
电路由RC和开关S组成，S接①时对C充电，接②时C放电。 图(a)中，当时间常数RC 大大小于开关转换时间Ts, 则组成微分电路，在电阻 上可得窄脉冲输出。 图7–1 图(b)组成积分电路，当 RC<<Ts时，在电容上可得矩 形波；而RC>>Ts时，在电容 上又可得线性扫描的波形。
第七章 脉冲波形的产生与变换
7.2.1
8 UDD R 6
基本组成
4 R
1
由分压器、比较器、RS触发器和 输出缓冲（开关管V）组成。
≥1 1 1 OUT 3
TH CO
＋ － R ＋
∞
△
UA
A
≥1
Q
分 压 器
TR
5
比较器
∞
△
输出缓冲
≥1 Q U SS TR OUT R 1 2 3 4 8 7 6 5 UDD D TH CO
t
X ( t ) X ( ) [ X ( 0 ) X ( )] e
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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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 。
阎石《数字电子技术基础》(第6版)章节题库-第7章 脉冲波形的产生和整形电路【圣才出品】
第7章脉冲波形的产生和整形电路一、选择题1．为了提高多谐振荡器频率的稳定性，最有效的方法是（）。
A．提高电容、电阻的精度B．提高电源的稳定度C．采用石英晶体振荡器C．保持环境温度不变【答案】C【解析】石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率，而与外接电阻、电容无关，具有极高的频率稳定性。
2．已知时钟脉冲频率为f cp，欲得到频率为0.2f cp的矩形波应采用（）A．五进制计数器B．五位二进制计数器C．单稳态触发器C．多谐振荡器【答案】A【解析】频率变为原来的五分之一，是五分频，只需要每五次脉冲进一位即可实现。
3．在图7-1用555定时器组成的施密特触发电路中，它的回差电压等于（）A．5VB．2VC．4VD．3V图7-1【答案】B【解析】555组成的施密特触发器中，当不接外接电压时，得到电路的回差电压为2V CC/3－V cc/3＝V cc/3；5脚为外部参考电压输入V CO，如果参考电压由外接的电压V CO供给，这时V T＋＝V CO；V T－＝V CO/2，回差电压为V CO/2＝4V/2＝2V，可以通过改变V CO值可以调节回差电压的大小。
4．电路如下图7-2（图中为上升沿JK触发器），触发器当前状态Q3Q2Q1为“100”，请问在时钟作用下，触发器下一状态（Q3Q2Q1）为（）。
图7-2A．“101”B．“100”C．“011”D．“000”【答案】C【解析】JK触发器特征方程为Q n＋1＝JQ＿n＋K＿Q n，由图7-2可得，三个触发器的驱动方程均为J＝K＝1，即特性方程均为Q n＋1＝Q＿n，Q1的时钟是CP，Q2的时钟是Q1，Q3的时钟是Q2，当前Q3Q2Q1的状态是100，由于触发器在上升沿被触发，CP上升沿Q1状态被触发，变为1；同时触发了Q2，Q2变为1；同理Q3为0。
5．多谐振荡器可产生的波形是（）A．正弦波B．矩形脉冲C．三角波D．锯齿波【答案】B【解析】“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。
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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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
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)
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
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。
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。
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：
9 6 3 o
UO
1
o
UO
1
U+ U-
t
VDD
t
VDD
o
t
2.波形整形
施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若 适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压 是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。
UI
O
U+ U-
UI
t
U+ U-
UO
O
t
UO
O
t
O
t
1
3.幅度鉴别
从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向
G1
G2
1 UO1 1
UO
2、工作原理
UI’
UI =0 UI上升 过程中
UI下降 过程中
UI
0
<U+ =>U+ =U+ >U+ >U=>U=U-
<U-
UI’
0
<VTH =>VTH =VTH >VTH >VTH =>VTH =VTH <VTH
UO1 UO
10 10 10 01 01 01 01 10 10
阈值电压U+的输入脉冲， 即对幅度进行鉴别。
UI
O
1
UO
O
U+ U-
t
t
7.4 单稳态触发器
一、555定时器构成的单稳态触发器
UCC R
84
uC uI
7
6 555
2
3
uo
C15 0.01μF
5脚经过0.01µF电容接地，则
UR1
2 3 UCC
，UR2
1 3 UCC
。
2、工作原理
U2
=
UI
，和
1 3
(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）。
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。
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
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）
UI
R1
UI，G1 1
G2
1
UO
U－
VTH
UOL
UOH
在UI =>U+ ， UI , =>VTH ，G1、G2 门要翻转前的瞬间，
电路中电流流向和电位情况见图。
从求UI ,入手求U－ ：
UI , = UTH = UOH – UR2 = UOH –[（UOH – VT –R）R1+2R2 ]
∴
U－
=
R1+R2 R2
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。
利用上述两个特点，施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化 的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉 冲高、低电平上的噪声有效地清除。
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
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
VTH
–
R1 R2
UOH
又： UOH = VDD； VTH =
1 2
VDD
故：
U－
=（1
–
R1 R2
）VTH
⑶、求回差电压ΔU
ΔU =U+ - U－ =
2
R1 R2
VTH
=
R1 R2
VDD
当VDD一定时，调R1、R2 ，可调ΔUT ， 即可调U+ U－，可调UO脉宽。
5、电压传输特性
UO
2 RR12VTH
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
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
ห้องสมุดไป่ตู้VCC
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：
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
，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，
VCC
>
1 3
VCC
保持
触发 无电荷 0
<
2 3
VCC
<
1 3
VCC
1
截止 暂态：UO =1
UI =1
充电 放电
=
2 3
VCC
>
2 3
VCC
>
1 3
VCC
0
=0
<
2 3
VCC
>
1 3
VCC
导通 返回：UO =0 保持
总之：不触发，UO=0； 触发, UO=1
UO=1维持一段时间又返回UO=0 充电回路：VCC+→R→C → VCC-（充电慢） 放电回路：C+ →TD → C -（放电快）
UOH
UOL
在UI =>U+ ， UI , =>VTH ，G1、G2 门要翻转前的瞬间，
电路中电流流向和电位情况见图。
从求UI ,入手求U+ ：
UI , = VTH =UR2 =
R2 R1+R2
U+
∴
U+ =
R1+R2 R2