第10章 脉冲波形的产生与变换.

第10章脉冲波形的产生与变换
教学重点
1. 了解脉冲波形的主要参数及常见脉冲波形。

2. 了解非门组成的多谐振荡器的电路形式和工作原理。

3. 了解石英晶体多谐振荡器电路的构成。

4. 掌握单稳态触发器的工作特点。

5. 掌握施密特触发器的工作特点。

6. 会测试集成施密特触发器的主要参数。

7. 了解555时基电路的电路框图和引脚功能，掌握555时基电路的逻辑功能。

8. 掌握555时基电路构成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路构成，理解其工作原理。

教学难点
1. 用集成门电路搭接多谐振荡器。

2. 集成单稳态触发器的功能及其应用。

3. 集成施密特触发器的功能及其应用。

4. 555时基电路的典型应用；学时分配
10.1 常见的脉冲产生电路
10.1.1 脉冲的基本概念
1．脉冲的概念
脉冲是指一种瞬间突变、持续时间极短的电压或电流信号。

它可以是周期性变化的，也可以是非周期性的或单次变化的。

常见的几种脉冲波形，如图所示。

2. 矩形脉冲波的参数（1）理想矩形波
脉冲幅值V m 、脉冲重复周期T 和脉冲宽度t w （2）实际的矩形波
脉冲幅值V m ；脉冲上升时间t r ；
脉冲下降时间t f ；脉冲宽度t w ；脉冲周期T ；其倒数为脉冲的频率f ，f =占空比D ， D =
t w T
1T。

，占空比为50%的矩形波即为方波。

10.1.2 多谐振荡器
不需要外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形波脉冲。

1．集成门电路组成的多谐振荡器
两个非门接成RC 耦合正反馈电路，使之产生振荡。

R C 的另一个重要作用是组成定时电路，决定多谐振荡器的振荡频率和脉冲宽度。

振荡周期的估算：T ≈1.4RC
在实际应用中，常通过调换电容C 的容量来粗调振荡周期，通过改变电阻R 的值来细调振荡周期，使电路的振荡频率达到要求。

做一做：非门组成的多谐振荡电路的测试
2．石英晶体多谐振荡器
做一做：CC4011构成石英晶体振荡器的测试 10.1.3 单稳态触发器
定义：是指有一个稳态和一个暂稳态的波形变换电路。

工作特性：
第一：它有一个稳定状态（简称稳态）和一个暂稳定状态（简称暂稳态）。

若无外界
触发脉冲作用，电路将始终保持稳定状态；
第二：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；
第三：暂稳态维持时间的长短通常都是靠RC 电路的充、放电过程来维持的。

与触发
脉冲的宽度和幅度无关。

1． 74LS121集成单稳态触发器（1）逻辑符号和引脚排列
A 1、A 2和
B 为三个触发信号输入端，
v 0和v O 是两个状态互补的输出端，v O 为正脉冲输出端，v O 为负脉冲输出端。

R ext /C ext 、C ext 是外接定时电阻和电容的连接端。

R int 是74LS121内部2k Ω的定时电阻的引出端。

NC 为空引脚，V CC 为电源端，GND 为接地端。

（2）逻辑功能
输入A 1
A 2×0×1
B 110×1
1
11
0×
×0
上升沿触发下降沿触发
输出
v o
0000
o
1111
工作特征
0××11
保持稳态
2．74LS123集成单稳态触发器（1）逻辑符号和引脚排列
内部含有两个独立的可重复触发的单稳态触发器，每一个电路分别具有各自的正触发输入端B 、负触发输入端A 、复位输入端R D 、外接电容端C ext 、外接电阻/电容端R ext /C ext 、输出端Q 和Q 端。

（2）逻辑功能
C ext 1A 1 B
D 1R 12Q 2 C e xt
1
2 3 161514V CC 1 R /C ext ext 1 C e xt 1 Q 2Q 2D 2B 2A 1 T
/C 2R ext ext
GND 4 1374LS123 125 6 117 108 9(a引脚排列图
(b逻辑符号
3．集成单稳态触发器应用举例（1）定时控制
利用单稳态触发器的暂稳态脉冲信号可控制电子开关在规定的时间动作，达到定时的目的。

如图所示是利用74LS123构成的一个相片曝光定时电路，按一下按钮开关S ，触发器进入暂稳态，继电器J 吸合, 灯亮。

曝光时间长短即为暂稳态的时间t W ，可根据曝光要求设定R T 、C T 的参数。

定时电路
脉冲延时电路
（2）延时脉冲信号
单稳态触发器在输入信号的上升沿时刻被触发，输出信号的下降沿比输入信号的上升沿延时了t W 时间，调节RC 时间常数可改变延时的时间。

如图是用两片74LS121组成的脉冲延时电路，第一级单稳态触发器在输入信号v I 的上升沿触发下，产生脉宽为t W1的信号
v 01输出，再利用v 01的下降沿作为第二级单稳态触发器的触发信号，再产生脉宽为t W2的信
号v 0输出。

如图波形所示。

这样输出v 0的信号比输入v I 的信号延时了t W1。

单稳态触发器除应用于定时、延时场合外，还可用于脉冲整形、变换脉冲宽度等场合，应用范围很广。

10.1.4 施密特触发器
定义：是一种靠输入触发信号维持的双稳态电路。

特点：电路具有两个稳态，当输入信号电压升高至上限触发电压V T+时，电路翻转到第二稳态；当输入触发信号降低至下限触发电压V T-时，电路就由第二稳态返回第一稳态。

类型：反相输出施密特触发器和同相输出施密特触发器。

反相输出施密特触发器同相输出施密特触发器
1．施密特触发器的主要参数与工作波形（1）主要参数
上限触发电压(正向阈值电压 V T+ ；下限触发电压（负向阈值电压）V T-
回差电压ΔV T = VT+－V T —。

回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强。

施密特触发器的这种特性称为滞回特性.
（2）工作波形
如图所示，当输入三角波时，根据施密特触发器的电压传输特性，可得到对应的施密特触发器的输出波形。

2．CMOS 集成施密特触发器 CC40106为六施密特反相器
做一做：测试集成施密特触发器CC40106的阀值电压
3．施密特触发器应用举例（1）波形变换
三角波、正弦波及其他不规则信号变换成矩形脉冲。

如图所示为用施密特触发器将正弦波变换成同周期的矩形脉冲。

（2）脉冲整形
当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较好的矩形脉冲，如图所示。

（3）脉冲幅度鉴别
如输入信号为一组幅度不等的脉冲，可将输入幅度大于V T+的脉冲信号选出来，而幅度
小于V T+的脉冲信号则去掉了。

如图所示。

利用施密特触发器还可以构成多谐振荡器和单稳态触发器等电路，应用范围很广。

10.2 555时基电路及应用
10.2.1 555时基电路
1．电路组成和引脚功能
（1）电路组成
一般由分压器、比较器、触发器和开关及输出等四部分组成。

由三个阻值为5k Ω的电阻串联组成的分压器（555由此得名）。

两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1；
v+＜v －，v o =0。

基本RS 触发器；
放电三极管T 及缓冲器G 。

（2）引脚功能
2．逻辑功能
对于上述功能为便于记忆，我们把TH 输入端电压在大于V CC 时作为1状态，在小于
3
2
2
11
V CC 时作为0状态；而把TR 输入端电压在大于V CC 时作为1状态，在小于V CC 作为0
333
状态。

这样在R =1时，555定时器输入TH 、TR 与输出Q 的状态关系可归纳为：1、1出0；0、0出1；0、1不变。

值得注意，当v TH >许使用，应避免。

23
V CC 、v TR <
13
V CC 时，电路的工作状态不确定。

在实际应用中不允
10.2.2 555时基电路的应用
1．构成多谐振荡器
（1）电路组成
外接的R 1、R 2和C 为多谐振荡器的定时元件，2脚TR 端和6脚TH 端连接在一起并对地外接电容C ，7脚接放电管T 的集电极与R 1、R 2的连接点。

（2）工作过程
动画：555组成的多谐振荡器的工作过程
（3）输出脉冲周期
电容充电形成的第一暂稳态时间t w1=0.7(R 1+R 2 C 电容放电形成的第二暂稳态时间t w2=0.7R 2C 所以，电路输出脉冲周期T =t w1 +t w2=0.7(R 1+2R 2 C 2．构成单稳态触发器 (1 电路组成
外接的R 、C 为定时元件，外加触发脉冲v I 于2脚TR 端，6脚TH 端与7脚放电管T 的集电极相连，并连接在R 、C 之间。

(2 工作过程
动画 555组成的单稳态触发器的工作过程
（3）输出脉冲宽度t W
电容C 充电形成的暂态时间为： t W =1.1RC 3．构成施密特触发器 (1 电路组成
2脚TR 端，6脚TH 端短接在一起作为输入端。

通过此电路可将输入的锯形波或正弦波变换成矩形波输出。

若在5脚CO 端加一控制电压，可改变电路的阈值电压，也就改变了回差电压ΔV T 。

（2）工作过程
《电子技术基础与技能》配套多媒体 CAI 课件电子教案动画：动画：555 组成的施密特触发器的工作过程 4．555 时基电路的应用举例（1）60s 定时电路如图所示，当按下按钮 S 时，2 脚就输入一个小于 1 VCC 的负脉冲，3 脚输出高电平， 3 发光二极管 LED 亮。

此时，开关管 V 截止，电源 VCC 通过 R1 和 RP 对电容 C 充电。

当电容上电压升高至 2 VCC 时，电路翻转，3 脚输出低电平，LED 灭，表示定时结束。

调节 RP 可使电 3 路定时为 60s 一个周期。

发光二极管 LED 的亮灭，表示定时过程的开始和结束。

60 s 定时电路（2）路灯光控电路如图所
示，自然光线降低，光敏电阻阻值增大至200kΩ以上时， 6 脚电位大于 VCC ，2、 3 脚输出为低电平，继电器 J 吸合，灯亮。

灯亮后即使光敏电阻阻值在200 kΩ附近波动，只要阻值不小于50 kΩ，电路输出将保持不变。

而当自然光线增强，光敏电阻阻值减小为50 kΩ时，2、6 脚电位小于 VCC ，电路输出为高电平，继电器 J 释放，灯灭。

同样光敏电阻阻值在50 kΩ附近波动时，也不会造成继电器 J 吸合。

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《电子技术基础与技能》配套多媒体 CAI 课件电子教案路灯光控电路技能实训:用 555 时基电路制作双音报警器作业任务书一、任务目标 1．按原理图制作双音报警器。

2．学习 555 时基电路的应用，提高综合应用能力。

3．会根据原理图绘制电路安装连接图。

4．掌握 555 时基电路的基本调试和测量方法。

二、实施步骤绘制布线图→清点元器件→元器件检测→插装和焊接→通电前检查→通电调试和测量→数据记录。

三、调试与记录检查元器件安装正确无误后，才可以接通电源。

调试时，先连线后接电源（或打开电源开关），拆线或改线时一定要先关断电源；电源线不能接错，否则将可能损坏元器件。

若电路工作正常，扬声器就会产生双音交替的报警声。

将实训过程记录在表内。

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《电子技术基础与技能》配套多媒体 CAI 课件实训记录电子教案实训名称姓名 IC1 班级用指针式万用表测量 555 时基点路各引脚的电位，并观察万用表指针的变化情况①脚/V ②脚/V ③脚/V ④脚/V ⑤脚/V ⑥脚/V ⑦脚/V ⑧脚/V IC2 ①脚/V ②脚/V ③脚/V ④脚/V ⑤脚/V ⑥脚/V ⑦脚/V ⑧脚/V IC2 ②脚用示波器观察555 电路②脚、③脚的波形③脚制作过程故障描述排故方法 13。