数字电子技术第七章脉冲产生于整形电路
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
56知识资料第3章数字电子技术第7节脉冲波形的产生和整形
Word-可编辑第3章数字电子技术3.7脉冲波形的产生和整形➢脉冲信号：指骤然变化的电压或电流。
➢脉冲电路的研究重点：波形分析。
➢获得脉冲波形的主意主要有两种：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举行整形、变换，使之符合系统的要求。
➢以下主要研究几种常用脉冲波形的产生与变换电路：（功能、特点及其主要应用简介）1.施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换成升高沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲；2.单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲；3.多谐振荡器：产生矩形脉冲；3.7.1多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。
因为矩形脉冲中含有丰盛的高次谐波，故称为多谐振荡器。
另外多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，惟独两个暂稳态，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态互相交替，故又称为无稳态电路。
由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点:首先，电路中含有开关器件，如门电路、电压比较器等。
这些器件主要用来产生高、低电平；第二，具有反馈网络,将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有延迟环节，利用RC 电路的充、放电特性可实现延时，以获得所需要的振荡频率。
在许多实用电路中，反馈网络兼有延时作用。
一．RC环形多谐振荡器1.电路组成：千里之行，始于足下图1RC 环形多谐振荡器电路原理图RC 环形多谐振荡器由三个非门G 1、G 2、G 3、两个电阻R 1、R 和一个电容C 组成。
R 1是G 3的限流保护电阻，R 和C 为定时器件，R 的阻值要小于门的关门电阻，R Ω<700,否则电路无法正常工作。
因为R 、C 值较大，门电路的延时可忽略不计。
2.工作原理：设A 点电位一直为低电平，G 1关闭，输出u 01为高电平。
它一方面使G 2开通，u 02为低电平；另一方面通过电容C 的耦合使B 点和D 点的电位u B 和u D 均为高电平，导致G 3开通，输出u 0为低电平。
《脉冲产生、整形电路》习题与答案
脉冲产生、整形电路
单项选择填空，答案序号与题中括号内序号相同。
一、单选
1.只有暂稳态的电路是（1）。
多谐振荡器单稳态电路施密特触发器定时器
2. 施密特触发器的特点是（2 ）。
只有一个稳态只有一个暂稳态无稳态具有两个稳态
3.一个由555定时器构成的单稳态触发器的正脉冲宽度为（3）。
0.7RC RC 1.1RC 1.4RC
4.欲将不规则的输入波形变换为幅度和宽度都相同的矩形脉冲，应选择（4）。
基本RC触发器单稳态触发器施密特触发器多谐振荡器
5. 555定时器的 2脚、6脚接在一起构成( 5)。
基本RC触发器单稳态触发器施密特触发器多谐振荡器
6. 555定时器的TH端、TR端的电平分别大于2VDD/3和VDD/3时定时器的输出状态是(6 )。
0 1 原状态不确定
7. 555定时器的TH端、TR端的电平分别小于2VDD/3和VDD/3时定时器的输出状态是(7 )。
0 1 原状态不确定
8.单稳态触发器具有（8 ）功能。
计数定时、延时整形定时、延时、整形
9.由555定时器构成的单稳态触发器的触发电压ul应满足(（9）。
uI> VDD/3 uI> 2VDD/3 ul<VDD/3 ul<2VDD/3
10设多谐振荡器的脉冲宽度和脉冲间隔分别为TH和TL，则脉冲波形的占空比为（10）。
TH/( TH+ TL) TL/TH+ TL) TH/TL TL/TH。
脉冲电路的产生和整形电路
2
3.几种常见的脉冲波形
常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。
3
如何获得矩形脉冲信号？ （1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号 进行整形；
（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
矩形脉冲的特性： 为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。
2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0， uc 仍为0， ∴ uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。
3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时， ui负脉冲已消 失ui =1， ∴输出uo＝0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。
VCC
ui
0 twH twL
t
电路
工作波形
接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0， T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0 变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在 输出端uo产生了连续的矩形脉冲。
2.电路组成、工作原理
振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化， 是无稳态电路。
属于脉冲产生电路。
二.电路组成、工作原理
1、方法
①先构成施密特触发器; ②加R2在VI和VO之间，VI 和地之间接C;
2.电路组成、工作原理
VCC
uc
R1
84
2VCC/3
7
3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1
0.01μF
数字电子技术课后习题答案
ABACBC
BC
A
00 01 11 10
00
1
0
1
11
0
1
0
Y ABC
❖ 3.13某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有 呼叫按钮，同时在护士值班室内对应的装有一号、 二号、三号、四号4个指示灯。
❖ 现要求当一号病室的按钮按下时，无论其它病室的 按钮是否按下，只有一号灯亮。当一号病室的按钮 没有按下而二号病室的按钮按下时，无论三、四号 病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一、二号 病室的按钮都未按下而三号病室的按钮按下时，无 论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有 在一、二、三号病室的按钮均未按下四号病室的按 钮时，四号灯才亮。试用优先编码器74148和门电路 设计满足上述控制要求的逻辑电路，给出控制四个 指示灯状态的高、低电平信号。
HP RI/BIN
I0
0/ Z1 0 10 ≥1
I1
1/ Z1 1 11
I2
2/ Z1 2 12 18
YS
I3
3/ Z1 3 13
I4
4/ Z1 4 14
YEX
I5
5/ Z1 5 15
I6
6/ Z1 6 16
I7
7/ Z1 7 17
Y0
V18
Y1
ST
E N
Y2
(b)
74148
(a)引脚图;(b)逻辑符号
A
00 01 11 10
00
0
0
1
11
1
0
1
Y AB BC AC
由于存在AC 项，不存在相切的圈，故无冒险。
❖ 4.1在用或非门组成的基本RS触发器中，已知 输入SD 、RD的波形图如下，试画出输出Q, Q
几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
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。
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。
数字电子技术脉冲波形的产生和整形
数字电子技术脉冲波形的产生和整形数字电子技术在现代电子领域中扮演着重要的角色。
脉冲波形的产生和整形是数字电子技术中的一项基础技术，它在数字信号处理、通信系统、计算机科学等领域中得到广泛应用。
本文将探讨数字电子技术脉冲波形的产生和整形的原理、方法以及应用。
一、数字电子技术脉冲波形的产生原理数字电子技术脉冲波形的产生基于逻辑门电路的输出状态变化。
逻辑门电路由多个逻辑门组成，逻辑门的输入和输出可以是0或1。
通过逻辑门的组合和控制，可以产生各种复杂的波形。
例如，当使用非门电路时，其输出与输入相反。
如果输入为0，则输出为1；如果输入为1，则输出为0。
通过在非门电路后面串联非门电路，可以得到一个稳定的高电平或低电平信号。
通过适当的时钟控制和信号切换，可以产生各种脉冲波形。
二、数字电子技术脉冲波形的整形方法1. 单稳态整形电路单稳态整形电路可将输入的窄脉冲波形整形为较宽的方波信号，以确保输入脉冲的稳定性和准确性。
单稳态整形电路的核心是单稳态多谐振器，其通过一个触发器和适当的电容电阻网络实现。
输入脉冲触发触发器，逐渐充放电电容，最终输出一个较宽的方波脉冲。
2. 升降沿整形电路升降沿整形电路能够将输入脉冲波形的上升沿和下降沿进行整形，使其变得更为陡峭和准确。
升降沿整形电路由施密特触发器、比较器和延时电路等组成。
在输入脉冲波形的上升或下降沿触发触发器，输出经过比较器和延时电路后得到整形后的脉冲波形。
三、数字电子技术脉冲波形的应用1. 数字信号处理数字信号处理是数字电子技术的重要应用领域之一。
脉冲波形的产生和整形技术在数字信号处理中起到至关重要的作用。
通过产生和整形不同的脉冲波形，可以实现信号滤波、频率分析、解调等功能。
2. 通信系统在通信系统中，数字电子技术脉冲波形的产生和整形对信号的传输和接收起着重要作用。
通过产生和整形不同的脉冲波形，可以实现数据的编码、解码、调制和解调等功能，提高信号传输的可靠性和效率。
3. 计算机科学在计算机科学领域，数字电子技术脉冲波形的产生和整形广泛应用于时序控制、时钟信号生成、数据同步等方面。
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振荡周期的估算
UOH
取
RF1 = RF2 = RF，C1 = C2 = C， UTH = 1.4 V，UOH = 3.6 V，
UOL O uI1
UOL = 0.3 V
则可输出占空比 50% 的矩形波。 UTH
T = 2tW 1.4 RFC
O
脉冲宽度
t
t t
t EXIT
脉冲信号的产生与整形
(三)施密特触发器组成的多谐振荡器
TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时 器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555， 双定时器的为 7556。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
555 定时器的电路结构与符号
电电源源端端 直直接接置置00端端 构成基本 RS 触发
VVCCCC
RRDD器，决定电路输出。
发可
暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽
器
重 复
度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tW 。
触 发 uI 型
限定符号“ ”表 uO 示可重复触发型单稳态
触发器。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
uI
输入波形
不可重复触发型 可重复触发型 单稳输出波形 单稳输出波形
暂稳态期间
单
不能再次触发。
稳
下O面通过工作波形的分析来说t 明可
EXIT
脉冲信号的产生与整形
(四)石英晶体多谐振荡器
振荡频率稳定
RF
通常取 5 ~ 10 M，使 G1 门工作在电压传输特性的转折
G1
G2
区，使 G1 门放大工作。
uO
采用 CMOS 门
改善输出波形的前沿和后
沿，使输出较理想矩形波。
C1
C2
并联石英晶体多谐振荡器
振荡频率 晶体频率
振荡产生电路 选频和形成正反馈。
调节 C1 可微调振荡频率； 调节 C1、C2 比值可调节反馈系数。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
四、单稳态触发器 monostable flip-flop
(一)工作特点与电路符号
工
有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲
作
输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下， 电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，
G
uO
EXIT
脉冲信号的产生与整形
(二)对称多谐振荡器
uO2 工作波形
合理取值，使 G1、G2 门工 作在电压传输特性的转折区，使
两个反相器都工作于放大状态。
UOH UOL
O uI2
t 输出波形
RF1
RF2
uI1
G1
G2 C1
uO1 uI2
uO2 uO
UTH
O uO1 UOH
t
C2 形成正反馈回路 通过 RC 电路的充放电作用自
一、脉冲信号产生与整形的方法
获取脉冲信 号的方法
用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。
施密特触发器常用的非有矩施主形密要脉特用冲触以变发换将器成缓和陡慢单峭变稳化的态或矩触快形发速脉器变冲。化的
单稳态触发器
主要用以将宽度不符合要求的脉 冲变换成符合要求的矩形脉冲。
脉冲信号产生与 整形电路的实现
脉冲信号的产生与整形
第 7 章 脉冲信号的 产生与整形
概述 555 定时器及其应用 本章小结
EXIT
脉冲信号的产生与整形
7.1 概 述
主要要求：
了解脉冲信号产生与整形的方法。 了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。 了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑 功能、工作特点和典型应用。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
66 55kk 22
UURR22
55kk 77
集电极开路输出端
放电管，其输入为
构成电压比输输出出端端
CC22 较器，比较 T电H路符号
SS与 URQ1Q和TR 与8
4
URGG222的大6小T。HVCC
RD OUT
VV
RR QQ 2 TR 555
11
7 DIS
CO
GGNNDD接接地地端端
GND
3 5
Q，输出为开路集电极。
UOL O uI1
动控制 uI1、uI2 波形的变化，从而 控制 G1、G2 门交替开通和关闭， 使电路输出周期性的矩形脉冲。
UTH O
t
t EXIT
脉冲信号的产生与整形
(二)对称多谐振荡器
uO2
RF1
RF2
UOH UOL
uI1
G1
G2
C1
uO1 uI2
uO2
uO
O uI2 UTH
工作波形
O
C2
uO1
(二)集成单稳态触发器
1. TTL 不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号 外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输
触发信有入分号3 方脉个输便冲，的而正TR且跃-A工变作触稳发定，性又好可。用因负此跃应变单用触稳很发不的广，可限泛使重定。用复符十触号发型
入端，TR-A
TR-B
和 TR-B 用负 脉冲触发，
用门电路构成。 用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。
是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容 元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多 谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
二、施密特触发器
Schmitt Trigger
(一)施密特触发器的特性和符号
uO UOH
特 电路又自动返回到原来的稳态。
点
暂稳态时间长短取决于电路本 身的参数，与外加触发脉冲无关。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
不
暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时
可 间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发
单 重 开始计算。
稳
复 触
1
态 发 uI
限定符号“1 ” uO 表示不可重复触发型单稳
触型
态触发器。
有当 uI 上升到经过 UT+时， uO 才会发生跃变。
t
EXIT
脉冲整形
uI UT+ UT-
O uO
脉冲信号的产生与整形
将受到干扰的或不符合边沿要求 的信号整形成较好的矩形脉冲。
t
O
t
EXIT
脉冲幅度鉴别
uI UT+ UT-
O uO UOH
并取出幅度 大于 UT+ 的脉冲。 t
R
工作原理
uuCC≥≤EUUNTT++-0 uC- C
充充电电 UUUuOOOOHHL
设电容初始电压 uC(0) = 0。则接 通电源后 uO 输出高电平 UOH，输出端 通过 R 向电容 C 充电，使 uC 升高。
当 uC 上升到 UT+ 时，施密特触
UuCC
发器状态翻转，uO 跃变为低电平 UOL。
+VCC Cext
tW 0.7 RintCext
EXIT
脉冲信号的产生与整形
2. CT74121 逻辑功能的分析与应用
CT74121 的功能表
+VCC TR-A
输入
TR-A TR-B TR+ 0×1 ×0 1 ×× 0 1 1×
输出 QQ 01 01 01 01
T欲TRR-负那发+B 脉么信RI冲号CC触T应X7发如4R1X，何2/1C则加X的将呢触？QQ 触加发入脉，负冲而脉从T冲RT触+R接发-A1或应。用TR举-B例 +VCC
(3)有两个稳态。
EXIT
脉冲信号的产生与整形
(二)施密特触发器应用举例
波形变换 uI UT+ UT-
O uO UOH
UOL O
将三角波、正弦波和其它 不规则信号变换成矩形脉冲。
uI > UT+ 后，uO = UOL, 只有当 uI下降到经过 UT时，uO 才会发生跃变。
t uI < UT-后，uO = UOH只
EXIT
脉冲信号的产生与整形
555 定时器的工作原理与逻辑功能
定时器 5G555 的功能表
输入
输出
1
TH TR RD OUT = Q V 状态
0
0 × ×0
0 导通
10 导通
1
2 3VCC 32VCC
1
0 导通
1
1 截止
1 不变 不变
EXIT
工 作
重区复别触。uO发型和不可重复触发型触时发，器触输的出发翻脉转冲为到暂来
波 形 举 例
tW
tW
稳态，经暂稳态持
续时间 tW 后重新自
O
外触发脉冲未来 动t回到稳态。
uO 时，输出为稳态。
暂稳态期间能再 次触发。其输出脉宽
tW
tW
将在原暂稳态时间基 础上再展宽 tW 。
O
t
EXIT
脉冲信号的产生与整形
TR-A TR-B TR+
一般接法
Q
RI CX RX/CX
悬空不接 Cext
Rext
Q VCC
当输出脉宽很小时， 可用内部电阻 Rint = 2 k 取代 Rext ，接法如下：
TR-A
TR-B
Q
TR+
Q
RI CX RX/CX
tW 0.7 RextCext
通常取： Rext = 2 ~ 40 k， Cext = 10 pF ~ 10 F。
UOL
O
UT-
负向阈值电压
时使，输经出当经出过发u过发当生IU从U生T跃Tu大+跃-I处变处从减变才。才小小。u能能增I 使大输时，