脉冲波形的产生与整形(3)
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6脉冲波形的产生和整形习题解答
6 脉冲的产生与整形习题解答108自我检测题1.理想方波的主要参数有频率（周期）、幅度、占空比。
2.实际方波信号的上升时间定义是上升沿从10%Vm 上升到90%Vm 所需要的时间。
3.方波信号的获取有两种方法，一种是直接产生，一种是利用已有信号整形或变换产生。
4.施密特触发器的主要参数有V T+、V T-和回差电压。
5.在图6.2-3所示的施密特触发器中，如果R1>R2，则当v i=0V时，G1和G2的输出状态无法确定。
6．为了构成多谐振荡器，应采用反（同、反）相施密特触发器。
7．多谐振荡器也称方波发生器，“多谐”是指方波中除了基波成分外，还含有高次谐波。
8．集成单稳触发器，分为可重触发及不可重触发两类，其中可重触发指的是在暂稳态期间，能够接收新的触发信号，重新开始暂稳态过程。
9．如图T6.9所示是用CMOS或非门组成的单稳态触发器电路，v I为输入触发脉冲。
指出稳态时a、b、d、e各点的电平高低；为加大输出脉冲宽度所采取的下列措施哪些是对的，哪些是错的。
如果是对的，在（）内打√，如果是错的，在（）内打×。
（1）加大R d （）；（2）减小R（）；（3）加大C（）；（4）提高V DD （）；（5）增加输入触发脉冲的宽度（）。
v IvOV图P6.9解：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×10．四个电路输入v I、输出v O的波形如图T6.10所示，试写出分别实现下列功能的最简电路类型（不必画出电路）。
（a）二进制计数器；（b）施密特触发器；（c）单稳态触发器；（d）六进制计数器。
6 脉冲的产生与整形习题解答 109ttv I v tt（a ）vv （b ）t t v I v （c）v Iv （d ）图 T6.1011．单稳态触发器的主要用途是 。
A ．整形、延时、鉴幅 B ．延时、定时、存储 C ．延时、定时、整形 D ．整形、鉴幅、定时12。
脉冲波形的产生与整形
8.3 单稳态电路
1.输出 脉冲宽度tW
2.恢复时间tre
4.输出脉 冲幅度Um
3.分辨时间td
8.3 单稳态电路
8.3.3 集成单稳态电路
常用单稳态电路有 54/74121，54/74221， 54/74123，CD4098， CD4538等。
集成单稳态电路分为 可重复触发型和不可重复 触发型两种。如图8.3.7 所示，输入给电路的4个 触发脉冲分别作用于两种 单稳态电路。
8.4 多谐振荡电路
2.石英晶体多谐振荡器 前述的各种多谐振荡器由于阻容元件及门电路的阈值电压等随外界条
件（主要是温度）变化较大，其频率稳定性一般很难优于10－3。石英晶体 多谐振荡器具有极高的稳定性，用它作为谐振元件做成的石英晶体多谐振 荡器的频率稳定性可优于10－9。
石英晶体的等效电路如图8.4.7（a）所示，图8.4.7（b）是其电路符 号，图8.4.7（c）是其阻抗频率特性。
因为ui=uo,再经过3个tpd时间,uo自动返回到低电 平,如此循环反复,输出矩形脉冲,产生振荡信号。矩 形脉冲振荡信号波形图如图8.4.2（b）所示，其振荡 周期为T=2×3tpd =6tpd
8.4 多谐振荡电路
图8.4.2 环形多谐振荡器
8.4 多谐振荡电路
8.4.2 对称和谐振荡器
在介绍单稳态电路时，将RS锁存器一侧的反馈回路改为RC微 分电路，如图8.4.4(a)、(b)所示，结果使电路由具有两个稳态 变成了具有一个稳态和一个暂稳态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
本章小结 ➢施密特触发器除了波形变换、脉冲鉴幅、脉冲整形外，还可以改善 输入脉冲的上升沿和下降沿，使脉冲接近理想脉冲信号。施密特触发 器除有反相传输和同相传输两种电路外，还有施密特与非门、施密特 或非门等。 ➢集成定时器电路有TTL构成的电路，也有CMOS构成的电路。除了作 为定时器外，还可作为施密特触发器、单稳态电路和多谐振荡器等。 ➢当需要产生的脉冲信号频率较高，并且频率稳定性较高时，通常采 用石英晶体振荡器。
单元6脉冲波形的产生与整形
定义
使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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脉冲波形的产生与整形
555时基电路大量应用于电子控制、电子检 测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具 等诸多方面。
还可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、 定时器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳 态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿波发生器、 脉宽调制器、脉位调制器等等。
一、 555时基电路的特点
555时基电路之所以得到这样广泛的应用，在于 它具有如下几个特点：
④电源电压变化对振荡频率和定时精度的 影响小。对定时精度的影响仅0.05％/V，且温度 稳定性好，温度漂移不高于50ppm/oC。
双极型555与CMOS型555的差异： ①CMOS型555的功耗仅为双极型的几十分 之一，静态电流仅为300µA左右，为微功耗电路. ②CMOS型555的电源电压可低至2~3V； 各输入功能端电流均为pA(微微安)量级。 ③CMOS型555的输出脉冲的上升沿和下降 沿比双极型的要陡，转换时间短。
③ 555可独立构成一个定时电路，且定时精度高，所以 常被称为555定时器。
④ 555的最大输出电流可达200mA（双极型）, 带负载能 力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。
二、 555时基电路的封装和命名 （1）命名规则：
＃ 所有双极型产品型号最后的3位数码都是555； ＃ 所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555； ＃ 所有双极型双定时器产品最后的3位数码都是556； ＃ 所有CMOS双定时器产品最后的4位数码都是7556； ＃ 双极型和CMOS型555定时器的功能和外部引脚的 排
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。
施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图6.3.1(a) 和(b)所示。实际上它是一个具有滞后特性的反相器。图中， VT+称为正向阈值电平或上限触发电平； VT-称为负向阈值 电平或下限触发电平。它们之间的差值称为回差电压(滞后 电压)，用△VT表示。即有
还可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、 定时器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳 态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿波发生器、 脉宽调制器、脉位调制器等等。
一、 555时基电路的特点
555时基电路之所以得到这样广泛的应用，在于 它具有如下几个特点：
④电源电压变化对振荡频率和定时精度的 影响小。对定时精度的影响仅0.05％/V，且温度 稳定性好，温度漂移不高于50ppm/oC。
双极型555与CMOS型555的差异： ①CMOS型555的功耗仅为双极型的几十分 之一，静态电流仅为300µA左右，为微功耗电路. ②CMOS型555的电源电压可低至2~3V； 各输入功能端电流均为pA(微微安)量级。 ③CMOS型555的输出脉冲的上升沿和下降 沿比双极型的要陡，转换时间短。
③ 555可独立构成一个定时电路，且定时精度高，所以 常被称为555定时器。
④ 555的最大输出电流可达200mA（双极型）, 带负载能 力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。
二、 555时基电路的封装和命名 （1）命名规则：
＃ 所有双极型产品型号最后的3位数码都是555； ＃ 所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555； ＃ 所有双极型双定时器产品最后的3位数码都是556； ＃ 所有CMOS双定时器产品最后的4位数码都是7556； ＃ 双极型和CMOS型555定时器的功能和外部引脚的 排
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。
施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图6.3.1(a) 和(b)所示。实际上它是一个具有滞后特性的反相器。图中， VT+称为正向阈值电平或上限触发电平； VT-称为负向阈值 电平或下限触发电平。它们之间的差值称为回差电压(滞后 电压)，用△VT表示。即有
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。
数电第十篇-脉冲波形的产生与整形
02
03
锯齿波的线性整形
通过调整锯齿波的斜率， 使其线性化，从而改善脉 冲的形状。
锯齿波的幅度整形
通过改变锯齿波的幅度， 可以调整脉冲的宽度和高 度，实现脉冲的整形。
锯齿波的对称整形
通过调整锯齿波的上升沿 和下降沿，使其对称，从 而改善脉冲的形状。
三角波的整形
01
三角波的对称整形
时间测量
01
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统可以精确测量时间间
隔、速度和加速度等参数。
频率和周期测量
02
通过脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现高精度的频
率和周期测量。
距离和位移测量
03
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现非接触式距
离和位移测量。
在控制系统中的应用
伺服电机控制
脉冲波形产生与整形技术 用于控制伺服电机的运动， 实现精确的位置和速度控 制。
三角波的产生
一种常见的脉冲波形，其形状类似于三角形，具有对 称性。
输入 标题
差分电路
利用差分电路可以产生三角波。差分电路将输入的矩 形脉冲进行差分运算，形成三角波。
三角波
波形发生器
通过模拟电路（如运算放大器等）也可以产生三角波。 模拟电路将输入信号进行线性放大或缩小，形成三角
波波形。
模拟电路
波形发生器（如函数发生器）也可以产生三角波。波 形发生器内部通常包含差分电路，将输入信号进行差 分运算，形成三角波波形。
02
脉冲波形的整形
矩形脉冲的整形
矩形脉冲的对称整形
通过调整矩形脉冲的上升沿和下降沿， 使其对称，从而改善脉冲的形状。
矩形脉冲的幅度整形
矩形脉冲的延迟整形
通过引入适当的延迟，可以调整矩形 脉冲的起始时间和持续时间，实现脉 冲的整形。
03
锯齿波的线性整形
通过调整锯齿波的斜率， 使其线性化，从而改善脉 冲的形状。
锯齿波的幅度整形
通过改变锯齿波的幅度， 可以调整脉冲的宽度和高 度，实现脉冲的整形。
锯齿波的对称整形
通过调整锯齿波的上升沿 和下降沿，使其对称，从 而改善脉冲的形状。
三角波的整形
01
三角波的对称整形
时间测量
01
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统可以精确测量时间间
隔、速度和加速度等参数。
频率和周期测量
02
通过脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现高精度的频
率和周期测量。
距离和位移测量
03
利用脉冲波形产生与整形技术，测量系统能够实现非接触式距
离和位移测量。
在控制系统中的应用
伺服电机控制
脉冲波形产生与整形技术 用于控制伺服电机的运动， 实现精确的位置和速度控 制。
三角波的产生
一种常见的脉冲波形，其形状类似于三角形，具有对 称性。
输入 标题
差分电路
利用差分电路可以产生三角波。差分电路将输入的矩 形脉冲进行差分运算，形成三角波。
三角波
波形发生器
通过模拟电路（如运算放大器等）也可以产生三角波。 模拟电路将输入信号进行线性放大或缩小，形成三角
波波形。
模拟电路
波形发生器（如函数发生器）也可以产生三角波。波 形发生器内部通常包含差分电路，将输入信号进行差 分运算，形成三角波波形。
02
脉冲波形的整形
矩形脉冲的整形
矩形脉冲的对称整形
通过调整矩形脉冲的上升沿和下降沿， 使其对称，从而改善脉冲的形状。
矩形脉冲的幅度整形
矩形脉冲的延迟整形
通过引入适当的延迟，可以调整矩形 脉冲的起始时间和持续时间，实现脉 冲的整形。
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：
脉冲波形产生及整形
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.2 施密特触发器
主要用途：把边沿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。 ⑵电压传输特性特殊，电路有两个阈值电压（正向阈值电压VT+和负向阈值电压VT－）。 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。
图 脉冲定时
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
§10.4 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。
在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。 该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。
图 石英晶体振荡器电路
• §10.1 概述
第十章 脉冲波形的产生和整形
• §10.2 施密特触发器
• §10.3 单稳态触发器
• §10.4 多谐振荡器 • §10.5 555定时器及其应用
施密特触发器的应用 一. 用于波形变换
将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。
二. 用于脉冲整形
在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发 器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。
波形畸变
数字电路ppt-第九章脉冲波形的产生与整形
当UC升至2Ucc/3时， CA1输出跳变为0， Q#=1，Q=0，uo输出 低电平，VTD饱和导 通
此是一种暂稳态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
VTD饱和导通，电容 通过R2放电，时间常 数为τ2=R2C
当UC降至Ucc/3时， CA2输出跳变为0， Q#=0，Q=1，uo输出 高电平，VTD截止
back
9.6 单稳态触发器
单稳态触发器的特点：
1. 电路有一个稳定状态和一个暂稳状态； 2. 在外来触发脉冲作用下，由稳定状态翻转到暂稳状态
，然后自动返回稳定状态； 3. 暂稳状态持续时间和触发脉冲无关，而是取决于电路
的定时器件的参数；
单稳态触发器一般用于定时、整形以及延时。
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
用555多谐振荡器工作波形图
9.3.2 工作原理
占空比可调节的 多谐振荡器电路
9.3.2 工作原理
电容C的充电回路： UCC→R1→VD1→C
充电时间常数是： τ1=R1C
放电回路： C→VD2→R2→VTD
放电时间常数是： τ2=R2C
占空比可调节的多谐振荡器电路
9.3.2 工作原理
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
四．触发脉冲的脉冲 宽度（即uI的低电 平持续时间）必须 小于电路输出的脉 冲宽度，否则电路 不能正常工作。
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
2. RS触发器处于1状态， Q=1，Q#=0,输出uO为高 电平，VTD截止，此为暂 稳态。VTD截止时，UCC通 过R对电容C充电，uC逐 渐升高，当uC=2Ucc/3时 ，CA1输出0，则Q=0， Q#=1，uO为低电平，VTD 饱和导通，C通VTD放 电，使uO≈0，电路返回 了稳态。
此是一种暂稳态
用555定时器构成的自激多谐振荡器
9.3.2 工作原理
VTD饱和导通，电容 通过R2放电，时间常 数为τ2=R2C
当UC降至Ucc/3时， CA2输出跳变为0， Q#=0，Q=1，uo输出 高电平，VTD截止
back
9.6 单稳态触发器
单稳态触发器的特点：
1. 电路有一个稳定状态和一个暂稳状态； 2. 在外来触发脉冲作用下，由稳定状态翻转到暂稳状态
，然后自动返回稳定状态； 3. 暂稳状态持续时间和触发脉冲无关，而是取决于电路
的定时器件的参数；
单稳态触发器一般用于定时、整形以及延时。
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
用555多谐振荡器工作波形图
9.3.2 工作原理
占空比可调节的 多谐振荡器电路
9.3.2 工作原理
电容C的充电回路： UCC→R1→VD1→C
充电时间常数是： τ1=R1C
放电回路： C→VD2→R2→VTD
放电时间常数是： τ2=R2C
占空比可调节的多谐振荡器电路
9.3.2 工作原理
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
四．触发脉冲的脉冲 宽度（即uI的低电 平持续时间）必须 小于电路输出的脉 冲宽度，否则电路 不能正常工作。
用555单定时器构成单稳态触发 器
9.6.1 用555单定时器构成单稳态触发器
2. RS触发器处于1状态， Q=1，Q#=0,输出uO为高 电平，VTD截止，此为暂 稳态。VTD截止时，UCC通 过R对电容C充电，uC逐 渐升高，当uC=2Ucc/3时 ，CA1输出0，则Q=0， Q#=1，uO为低电平，VTD 饱和导通，C通VTD放 电，使uO≈0，电路返回 了稳态。
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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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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18
(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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11
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 。
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。
数字电路第8章脉冲波形的产生与整形概要
振荡周期为
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz ， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高 电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器 被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于
U21 3UC、 C U6(UC)0，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行，UC不断上升，趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于
，Uo
输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电，平但不只变要，13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳，
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉，冲R消S失触后发，器U状2回态到保高持电不平变，，在因U此2 ，13UUoCC、 一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时，RS触发器置 0，电路输出Uo
=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz ， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高 电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器 被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于
U21 3UC、 C U6(UC)0，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行，UC不断上升，趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于
，Uo
输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电，平但不只变要，13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳，
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉，冲R消S失触后发，器U状2回态到保高持电不平变，，在因U此2 ，13UUoCC、 一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时，RS触发器置 0，电路输出Uo
=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的
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VCO外接固定电压则VR1=VCO， VR2=VCO/2 C1, C2为比较器，V+>V-时，VC=1；V+<V-时， VC=0
TD为集电极开路的放电三极管 VO=0时，TD导通
2
2Vcc/3
R' S'
1Vcc/3
CB555的 功能表：
输入
输出
R'D
VI1
R'
VI2 S ' VO TD状态
0低 导通vI NhomakorabeaVT+ VT-
vO
0.01F
0
t
VT=VT+-VT- =VCC/3
输入
输出
VI1
VIVI2
VO VTO D状态
vO
>2VCC/3 <V>CVC/C3C/3 低 高 导通
<<22VVVCCCCCC///333 < V><IVV<CC2CCV//33CC/3不高变不变不截变止 >2VCC/3>2V<CVCC/3C/3 高 低 截止
例6.5.1 试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周
期为1秒，输出脉冲幅度大于3v而小于5v，输出脉冲
的占空比q=2/3 解：
qT1 R1 R2 2 T R1 2R2 3
R1 R2
R1 R2 取 R 1R 2 4K 7
再加一个2KΩ的电位器
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C=1
VOO TD状态 低 导通 高 截止 不变 不变 不高变 不截变止 低高 导截通止
稳态：
V I 1 ,V O 0 T D 导通
VI2负脉冲触发
7
VCC
VI1
VI=VI2 VO TD状态
>2VCC/3 <2VCC/3
<VCC/3
高
截止
vI
<2VCC/3 >2VCC/3
>VCC/3
不变 低
不变 导通
T 2R 2 C ln 2 0 .7R 2 C
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
1
1
f
T 0.7(R12R2)C
qT1 R1 R2 T R1 2R2
占空比可调的多谐振荡器电路： T1=0.7R1C T2=0.7R2C
15
多谐振荡器应用实例 1. 简易温控报警器
T
20 k R1
3A X31
最大负载电流：200mA。
CMOS型7555定时器的电源电压:3—18V .
最大负载电流：4mA。
1
R'D=0时，VO=0
VI1>VRI时，VC1=0
R'
VI1<VRI时，VC1=1
S'
VI2>VR2时，VC2=1 VI2<VR2时，VC2=0
VO=Q
VCO为参考电压， VCO悬空时，VR1=2VCC/3 ， VR2=VCC/3
C
0.01F
tW
RCln VCC0 VCC 23VCC
tW
tW
RC ln3
负脉冲触发
输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。
输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间。
10.5.4 用555定时器接成多谐振荡器
VCC
R1
R2
vI
C
0.01F
充电：R1、R2、C 放电：R2、C
9
VCC R1 R2
C
0.01F
（2） 电容放电时间T2
T 2R 2C ln 0 0 V V T T R 2C ln 20.7R 2C
（3）电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
（4）电路振荡频率f
f 1
1
T 0.7(R12R2)C
（5）输出波形占空比q qT1 R1 R2 q 始终大于50% T R1 2R2
11
1 >2VCC/3 0 >VCC/3 1 低 导通 1 <2VCC/3 1 >VCC/3 1 不变 不变 1 <2VCC/3 1 <VCC/3 0 高 截止 1 >2VCC/3 0 <VCC/3 0 高 截止
外引线排列：
逻辑符号：
VCC DISC VI1 VCO
GND VI2 VO R'D
逻辑
输
功能：
0 VT-
VT+
vI
10.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
VCC
vI
C
0.01F
VVII11 >>22VVCCCC//33 <<22VVCCCC//33 <<22VVCCCC//33 >>22VVCCCC//33
VIV=VI2 I2 <>>VVVCCCCCC///333 ><<VVVCCCCCC///333
二． 占空比可调的多谐振荡器电路 利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和
放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比 可调的多谐振荡器。
可计算得： T1=0.7R1C
T2=0.7R2C
占空比： q
T1
T1
T T1 T2
0.7R1C 0.7R1C0.7R2C
R1 R1 R2
12
10 0k R2
2k
R3
C 0.0 1μ
VC C （ +6 V）
VC C
RD
8
4
7
vI1 6 v I2 2
3 55 5
1
5
C 2 1 0 μ/1 0 V
VI1 >2VCC/3 <2VCC/3 <2VCC/3 >2VCC/3
入
VI2 >VCC/3 >VCC/3 <VCC/3 <VCC/3
输出
VO
TD状态
低
导通
不变
不变
高
截止
高
截止
4
10.5.2 用555定时器接成施密特触发器
VCC
vI
0.01F
0.01F为滤波电容，提高 VR1和VR2的稳定性。
5
VCC
取C10F
1
R1
3C0.7
1 31 050.74K 8
13
总结：
VCC
VCC
vI
0.01F
VT+ =2VCC/3 VT- =VCC/3 VT=VT+-VT- =VCC/3
vI
C
0.01F
稳态V： I 1,VO0 TD导通
VI2负脉冲触发 tWRC ln3
14
VCC R1 R2
C
0.01F
T 1 ( R 1 R 2 ) C l2 n 0 . 7 ( R 1 R 2 ) C
10.5 555 定时器及其应用 10.5.1 555定时器的电路结构与功能
555定时器是一种多用途的数字—— 模拟混合集成 电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和 多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555、556， CMOS型产品型号最后数码为7555、7556。 555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。 双极型555定时器的电源电压:5~16V .
充电：R1、R2、C 放电：R2、C
VI (VC) <VCC/3 VCC/3 < VI <2VCC/3 >2VCC/3
VO TD状态 高 截止 不变 不变 低 导通
参数计算 （1）电容充电时间T1：
T 1 ( R 1 R 2 ) C lV V n C C C C V V T T ( R 1 R 2 ) C l2 n 0 .7 ( R 1 R 2 ) C