第六章 脉冲产生与波形转换
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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
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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。
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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
脉冲波形的产生与变换60页PPT
脉冲波形的产生与变换
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— 。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— 。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
脉冲波形的产生与变换
脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法：一是利用振荡电路 直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器；二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC 电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1 门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL 门电路和CMOS 门电路组成。
由于TTL 门电路的速度比CMOS 门电路的速度快, 故TTL 门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS 门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL 门电路组成的多谐振荡器由TTL 门电路组成的多谐振荡器有两种形式：一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器；二是由非门和RC 延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
① 简单环形多谐振荡器(a) (b)uo图9－1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9－1（ａ）为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9－1（ｂ）为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
第六章 脉冲产生与波形转换
第六 章 脉冲波形的产生和整形
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器 5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触
＋UODOD
R（外 部 复 位 端 ）
(高 电 平 触 发 端 )
0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre
暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放V完I ，使电路恢复到初始状态。
（3）最高工作频率 fma<x
1
设触发信号VI的时tp间o + t间re 隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
第一节.概述
脉冲整形电路——施密特触发器和单稳态触发器 脉冲产生电路——多谐振荡器
多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器
环形多谐振荡器
施密特触发器构成的多谐振荡器
在本章里主要介绍555电路以及由555电路构成的施密特、 单稳和杜谐振荡器。
第二节.施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形变换电路，在性能上有两个特点：
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器 5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触
＋UODOD
R（外 部 复 位 端 ）
(高 电 平 触 发 端 )
0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre
暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放V完I ，使电路恢复到初始状态。
（3）最高工作频率 fma<x
1
设触发信号VI的时tp间o + t间re 隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1. 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
1．电路组成
VCC
VO1
VO2
C G1 &
R1
第六章 脉冲的产生与原理及原理的应用
2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 熟悉施密特触发器的构成。 (3) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。
第6章脉冲波形的产生与整形
3. 实训设备及元器件 (1) 实训设备： 双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示 波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表(数字表、指针表 各1块)。 (2) 实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块 NE555。 4. 测试内容 1) 测试电路 测试电路如图6.9所示。 2) 测试步骤 (1) 按图6.9所示接好电路，在输入端接入信号发生器，并用 示波器分别观测输入端和输出端的波形
1. 实训任务 (1) 用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。 (2) 分析和仿真555定时器的逻辑功能。 (3) 记录并比较测试结果。 2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。 3. 实训设备及元器件 (1)实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万 用表(数字表、指针表各1块)。 (2)实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块NE555。
第6章脉冲波形的产生与整形
NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，它主要由3个电阻
R组成的分压器、两个高精度电压比较器C1和C2、一个基本RS
触发器、一个作为放电的三极管VT及输出驱动G3组成。
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.1 NE555集成定时器内部电路
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.2所示为555定时器的逻辑符号 和引脚排列。
t RC ln uC () uC (0) uC () UD
(6-2)
第6章脉冲波形的产生与整形
第6章脉冲波形的产生与整形
3. 实训设备及元器件 (1) 实训设备： 双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示 波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表(数字表、指针表 各1块)。 (2) 实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块 NE555。 4. 测试内容 1) 测试电路 测试电路如图6.9所示。 2) 测试步骤 (1) 按图6.9所示接好电路，在输入端接入信号发生器，并用 示波器分别观测输入端和输出端的波形
1. 实训任务 (1) 用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。 (2) 分析和仿真555定时器的逻辑功能。 (3) 记录并比较测试结果。 2. 实训要求 (1) 熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。 (2) 小组之间相互学习和交流，比较实训结果。 3. 实训设备及元器件 (1)实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万 用表(数字表、指针表各1块)。 (2)实训器件：一只0.01mF的电容、一只1k的电阻、一块NE555。
第6章脉冲波形的产生与整形
NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，它主要由3个电阻
R组成的分压器、两个高精度电压比较器C1和C2、一个基本RS
触发器、一个作为放电的三极管VT及输出驱动G3组成。
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.1 NE555集成定时器内部电路
第6章脉冲波形的产生与整形
图6.2所示为555定时器的逻辑符号 和引脚排列。
t RC ln uC () uC (0) uC () UD
(6-2)
第6章脉冲波形的产生与整形
脉冲的产生与波形
要点二
详细描述
脉冲宽度定义为高电平持续的时间，通常以时间单位（如 秒、毫秒等）表示。在数字电路中，脉冲宽度是一个关键 参数，因为它决定了信号的逻辑状态和传输速率。较窄的 脉冲宽度可能导致信号的逻辑状态不稳定，而较宽的脉冲 宽度则可能使信号在传输过程中发生畸变。因此，选择合 适的脉冲宽度对于确保信号的正确传输和识别至关重要。
脉冲幅度
总结词
脉冲幅度是衡量脉冲电压或电流高低的标准，它决定了信号的能量和强度。
详细描述
脉冲幅度定义为脉冲的最大电压或电流值，通常以伏特或安培表示。在电子设备和系统中，脉冲幅度对于信号的 传输质量和系统性能具有重要影响。较大的脉冲幅度意味着更高的能量和更强的信号，但同时也可能导致信号失 真和干扰。因此，选择合适的脉冲幅度需要根据具体的应用需求和系统限制进行权衡。
电子脉冲
电子脉冲是由电子设备产生的。当电子设备中的电路状态发生变化时，会产生电 流的突然变化，形成脉冲。
电子脉冲通常用于控制和驱动各种电子设备，如计算机、电视、音响等。它们在 通信、数据处理、控制系统中也有广泛应用，如数字信号传输、开关电源控制等 。
03
脉冲的波形
矩形波
矩形波是一种常见的脉冲波形， 其特点是具有明确的上升沿和 下降沿，以及相对平坦的顶部 和底部。
脉冲频率
总结词
脉冲频率是衡量单位时间内脉冲数量的参数 ，它决定了信号的速度和动态特性。
详细描述
脉冲频率定义为单位时间内脉冲重复的次数， 通常以赫兹（Hz）表示。在通信和控制系统 等应用中，脉冲频率是关键参数之一。较高 的脉冲频率意味着更快的传输速度和更高的 响应能力，但同时也可能增加信号的噪声和 干扰。因此，选择合适的脉冲频率需要根据 实际应用的需求和限制进行优化。
脉冲波形产生与变换
随着技术的不断发展，对高速脉冲波形的 处理能力要求也越来越高，需要开发更高 效、高速的信号处理方法。
波形转换效率
波形产生与变换的集成化
在将一种脉冲波形转换为另一种脉冲波形 时，需要提高转换效率，以减少能量损失 和信号失真。
为了实现更小体积、更低成本的应用，需 要将脉冲波形产生与变换集成在一个小型 化、便携式的设备中。
脉冲波形的应用领域
01
02
03
04
通信
脉冲波形在数字通信中用于传 输数据，如脉冲编码调制 （PCM）和脉冲位置调制 （PPM）。
测量
利用脉冲波形进行时间、速度 、距离等物理量的测量，如雷
达测速仪和激光测距仪。
控制
脉冲波形用于控制各种电子设 备和系统，如电机驱动、开关
电源和自动控制系统。
医学成像
超声成像和核磁共振成像等医 学成像技术中，脉冲波形用于
缩小脉冲
通过减小脉冲的幅度，使其在幅度上 得到缩小。
脉冲的平移与翻转
平移脉冲
通过改变脉冲的时间位置，使其在时 间上得到平移。
翻转脉冲
通过改变脉冲的极性，使其在波形上 得到翻转。
脉冲的调制与解调
调制脉冲
通过将一个信号（如音频信号或视频信号）附加到脉冲上，使其在频率、相位或幅度上得到调制。
解调脉冲
通过将调制信号分离出来，还原出原始信号。
三角脉冲的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调 节，以满足不同的应用需求。
锯齿波的产生
锯齿波是一种特殊的脉冲波形，其特点是幅值从零线性增 加到最大值，然后又线性减小到零。与三角脉冲不同的是 ，锯齿波的上升沿和下降沿不光滑，呈现出锯齿状。
锯齿波可以通过模拟电路或数字电路等电子元件产生。锯 齿波的幅度和频率可以通过调节电子元件的参数进行调节 ，以满足不同的应用需求。
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VI VT+ V1TV2TO V1O t
t O V2O t O
脉冲整形
第三节.单稳态触发器
单稳态触发器是数字系统中又一种常用的脉冲整形电路。它的特点是： 只有一个稳态，另外还有一个暂稳态。
在单稳态触发器中，在没有外加触发信号作用时，电路始终处于稳态； 只有在外加触发信号的作用下，电路能从稳态转换到暂稳态，经过一段 时间后，又能自动回到稳态。电路处于暂稳态的时间长短通常取决于电 路中电容的充电和放电时间，这个时间是单稳态触发器的输出脉冲宽度 tPO。
此特性又称回差特性。
VO VOH
VOL O
定性符号
VTVT+ VI
滞后电压传输特性
1．用CMOS门电路组成的施密特触发器 R2 VI R1 VI ' 1 G1 VO1 VO G2 V'O
VI VI
VO
V'O
1
G1G2为CMOS门，输出VOH=VDD。VTH=1/2VDD R2 R1 VI=0 1 VO1 VO=VOL V'O VI'↑→VO1↓→VO↑
第五节. 555定时器的基本应用电路
1. 施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲号变换电路，用来实现整形和鉴波。 它可以将符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波，这个特定
条件是：输入信号的最大幅度Umax要大于施密特触发器中555定
时器的参考电压UR1。当定时器控制端S悬空或通过电容接地时， UR1=2/3VDD ；当定时器控制端S外接控制电压US时，则UR1=US。
US 2
2. 比较器
比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成。A1用来比较参 考电压UR1和高电平触发端电压UTH: 当UTH> UR1，集成运放A1输出 Uo1=0; 当UTH<UR1，集成运放A1输出Uo1=1。 A2用来比较参考电压UR2和低电平触发端电压 U Uo2=0。
TR
当VI继续下降达到VI'≤VT时，门G1截止 ，门G2导通，输出VO=0，电路 又一次翻转。此时，VI' 称为施密特触发器的下限转换电平VT-，也称为 负向阈值电压。 R1 (V DD v I ) v I ≤VT R1 R2 可求得 R R R R VT- = 1 2 VT 1 VDD (1 H
反相输出
VDD
VI
2．用TTL门电路组成的施密特触发器
R2 VI R1 VI '
&
G1
VO1
1 G2
VO V'O
假定门电路的阈值电压为VTH，输出的低电平VOL=０，当VI从０逐步 上升至VTH时，由于门G1的另一个输入端的电平VI'仍低于VTH，因此电路 状态并不改变。当VI继续升高，并使VI'＝VTH时，门G1由截止转为导通， 而且由于G1、G2间存在着正反馈，所以电路迅速转换为G1导通，G2截 止的状态，使VO=VOH。触发器发生一次翻转，此时对应的输入电平就 是VT+。如果忽略VI'＝VTH时，门G1的输入电流，则可得到 VI'=VTH=（VT+ - VT-）
：当
U TR＞UR2，集成运放A2输出Uo2=1；当 U TR＜UR2， 集成运放A2输出
3. 基本RS触发器
当RS=01时，Q=0， Q =1;当RS=10时，Q=1， Q =0。
4. 开关及输出
放电开关由一个晶体三极管组成，其基极受基本RS触发器输 出端
Q 控制。当 Q =1时，三极管导通，放电端D通过导通的 Q =0， 三极管截止，放电
一、555定时器分类
555定时器又称时基电路。 555定时器按照内部元件为双极型
（又称TTL型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型
内部采用的则是场效应管。 555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为单时基定时器和
双时基定时器。
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器
一. 电路结构
由555定时器构成的施密特触发器如图所示, VI由低逐渐升高
R2 R2 R2
可知：
R VT VT (1 1 )VTH (1 R2
R1 R )VTH 2 1 VTH R2 R2
我们将VT+与VT- 之差定义为回差电压Δ VT，即： Δ VT= VT+ - VT-
VO
VOH
(2R1/R2)VTH
VO
(2R2/R1)VTH
O
VTH
2 U DD 3
TTL型 5G555 4.5~16 10 1
2 U DD 3
高电平触发断电压UTH
高电平触发端电流IU TH 低电平触发端电压
TR
V
uA V
0· 000 05
1 U DD 3
0· 1
1 U DD 3
续表（2）
参数 复位端复位电压 单位 V CMOS型 CC7555 1 TTL型 5G555 1
因而加快了电路进入暂稳态的过程
在暂稳态期间，即使输入端的VI负脉冲消失门G1输出VO1也可维持在 高电平。暂稳态是一个不能长期保持的状态。随着C的充电VI2的电位 会逐渐下降，暂稳态期间的充电回路是经电容C、电阻R到地，充电时 间常数τ1 = RC（忽略与非门输出电阻）按指数曲线下降，当VI2下降到 门坎电平VT=1.4V时，产生正反馈过程（注意：此时VI输入端的负脉冲 必须消失）： VI2↓→VO2↑→VO1↓
当正反馈过程结束时，电路的输出也自动返回初始状态，VO1 = 0， VO2 =1即稳态。自动返回后，输出虽回到了稳态，但由于在正反馈过程 中，电容C两端电压 VC 不会发生突变，因此，VO1 负跳后，VI2 也产生 负跳变 ，其结果使 VI2 比稳态值要低得多 ，所以需要通过 RC的充放电 回路，使 VI2 经过时间常数τ2=(R1∥R)C，恢复到稳态时的初值，通常将 这个阶段称为恢复阶段。
三极管为外电路提供放电的通路；当
通路被截断。
三、 555定时器的功能
以单时基双极型国产5G555定时器为例，其功能如表所示。
5G555定时器功能表 RU 0 1 UTH × > 2U DD
3 2 U DD 3 2 U DD 3
U TR
× >1 U DD
3
3
OUT 0 0
放电路D 与地导通 与地导通
R1 R2
VTH + VD
3.施密特触发器的应用
(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号 变为对应的矩形波输出信号。 (2)幅度鉴别。 (3)脉冲整形。
VT+ VT+ O
t
VO
O
波形变换
t
ui UT H UT R o uo
干扰
ui UT H
t
o uo t
o
t
o
t
脉冲整形
幅度鉴别
有些测量装置输出信号经放大后，可能是不规则的波形，如图所示，将它 接在施密特电路的输入端，如果电路的回差较小，为如图中V10所示电路的 回差为ΔV= VT+ - V1T-时，输出波形如图所示。若输入波形顶部的脉动是由 干扰造成的，则会产生不良的后果，输出信号就变成了三个脉冲。若适当的 增加电路的回差，即ΔV= VT+ - V2T-，输出波形为图V20所示，实现了整形 作用，因此在这种情况下，适当的增加回差，可以提高电路的抗干扰能力。
各点的波形如图
VO1 C VO1 VO2
VI1
G1
&
1 G2 VI2 R
VI2
VTH VOH-VOL
VI1
VO2
tPO
3．主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tPO 输出脉冲宽度tPO是指输出VO脉冲上升沿0.5Vm处至下降沿 0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre 暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放完，使电路恢复到初始状态。 V
I
（3）最高工作频率 f m ax < 设触发信号VI的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1 t po + t re
1 fmax Tmin t po tre
1
第四节. 555定时器
1
Vi
'
R2 (VI VOL ) VOL R R1 2
当Vi上升到使Vi’=VTH时，电路输出迅速的VO=VOH≈ VDD，此时Vi 就是VT+则可以求出Vi为： 由
i' VTH
R1 VT R1 R2
R1 V ( 1 )VTH 得： T R2
VT+ 称为正向阈值电压 反过来，若Vi从高电平缓慢下降，同样存在一个正反馈过程
5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触 发器和开关及输出等四部分组成。
＋UD OD O ⑧ (高电平触发端) TH (控制端) S 5 k ⑥ ⑤ 5 k UR 2 5 k (放电端) D ⑦ 1 00 ① － ∞ U o2 A2 ＋ （S ） ＋ & G2 Q ③ OUT UR 1 － ∞ （R） A1 ＋ Uo 1 ＋ & G1 Q ④ R（外部复位端）
1. 由门电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。
t O V2O t O
脉冲整形
第三节.单稳态触发器
单稳态触发器是数字系统中又一种常用的脉冲整形电路。它的特点是： 只有一个稳态，另外还有一个暂稳态。
在单稳态触发器中，在没有外加触发信号作用时，电路始终处于稳态； 只有在外加触发信号的作用下，电路能从稳态转换到暂稳态，经过一段 时间后，又能自动回到稳态。电路处于暂稳态的时间长短通常取决于电 路中电容的充电和放电时间，这个时间是单稳态触发器的输出脉冲宽度 tPO。
此特性又称回差特性。
VO VOH
VOL O
定性符号
VTVT+ VI
滞后电压传输特性
1．用CMOS门电路组成的施密特触发器 R2 VI R1 VI ' 1 G1 VO1 VO G2 V'O
VI VI
VO
V'O
1
G1G2为CMOS门，输出VOH=VDD。VTH=1/2VDD R2 R1 VI=0 1 VO1 VO=VOL V'O VI'↑→VO1↓→VO↑
第五节. 555定时器的基本应用电路
1. 施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲号变换电路，用来实现整形和鉴波。 它可以将符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波，这个特定
条件是：输入信号的最大幅度Umax要大于施密特触发器中555定
时器的参考电压UR1。当定时器控制端S悬空或通过电容接地时， UR1=2/3VDD ；当定时器控制端S外接控制电压US时，则UR1=US。
US 2
2. 比较器
比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成。A1用来比较参 考电压UR1和高电平触发端电压UTH: 当UTH> UR1，集成运放A1输出 Uo1=0; 当UTH<UR1，集成运放A1输出Uo1=1。 A2用来比较参考电压UR2和低电平触发端电压 U Uo2=0。
TR
当VI继续下降达到VI'≤VT时，门G1截止 ，门G2导通，输出VO=0，电路 又一次翻转。此时，VI' 称为施密特触发器的下限转换电平VT-，也称为 负向阈值电压。 R1 (V DD v I ) v I ≤VT R1 R2 可求得 R R R R VT- = 1 2 VT 1 VDD (1 H
反相输出
VDD
VI
2．用TTL门电路组成的施密特触发器
R2 VI R1 VI '
&
G1
VO1
1 G2
VO V'O
假定门电路的阈值电压为VTH，输出的低电平VOL=０，当VI从０逐步 上升至VTH时，由于门G1的另一个输入端的电平VI'仍低于VTH，因此电路 状态并不改变。当VI继续升高，并使VI'＝VTH时，门G1由截止转为导通， 而且由于G1、G2间存在着正反馈，所以电路迅速转换为G1导通，G2截 止的状态，使VO=VOH。触发器发生一次翻转，此时对应的输入电平就 是VT+。如果忽略VI'＝VTH时，门G1的输入电流，则可得到 VI'=VTH=（VT+ - VT-）
：当
U TR＞UR2，集成运放A2输出Uo2=1；当 U TR＜UR2， 集成运放A2输出
3. 基本RS触发器
当RS=01时，Q=0， Q =1;当RS=10时，Q=1， Q =0。
4. 开关及输出
放电开关由一个晶体三极管组成，其基极受基本RS触发器输 出端
Q 控制。当 Q =1时，三极管导通，放电端D通过导通的 Q =0， 三极管截止，放电
一、555定时器分类
555定时器又称时基电路。 555定时器按照内部元件为双极型
（又称TTL型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型
内部采用的则是场效应管。 555定时器按单片电路中包括定时器的个数分为单时基定时器和
双时基定时器。
常用的单时基定时器有双极型定时器5G555(其管脚排列如图 7.2所示)和单极型定时器CC7555。双时基定时器有双极型定时器
一. 电路结构
由555定时器构成的施密特触发器如图所示, VI由低逐渐升高
R2 R2 R2
可知：
R VT VT (1 1 )VTH (1 R2
R1 R )VTH 2 1 VTH R2 R2
我们将VT+与VT- 之差定义为回差电压Δ VT，即： Δ VT= VT+ - VT-
VO
VOH
(2R1/R2)VTH
VO
(2R2/R1)VTH
O
VTH
2 U DD 3
TTL型 5G555 4.5~16 10 1
2 U DD 3
高电平触发断电压UTH
高电平触发端电流IU TH 低电平触发端电压
TR
V
uA V
0· 000 05
1 U DD 3
0· 1
1 U DD 3
续表（2）
参数 复位端复位电压 单位 V CMOS型 CC7555 1 TTL型 5G555 1
因而加快了电路进入暂稳态的过程
在暂稳态期间，即使输入端的VI负脉冲消失门G1输出VO1也可维持在 高电平。暂稳态是一个不能长期保持的状态。随着C的充电VI2的电位 会逐渐下降，暂稳态期间的充电回路是经电容C、电阻R到地，充电时 间常数τ1 = RC（忽略与非门输出电阻）按指数曲线下降，当VI2下降到 门坎电平VT=1.4V时，产生正反馈过程（注意：此时VI输入端的负脉冲 必须消失）： VI2↓→VO2↑→VO1↓
当正反馈过程结束时，电路的输出也自动返回初始状态，VO1 = 0， VO2 =1即稳态。自动返回后，输出虽回到了稳态，但由于在正反馈过程 中，电容C两端电压 VC 不会发生突变，因此，VO1 负跳后，VI2 也产生 负跳变 ，其结果使 VI2 比稳态值要低得多 ，所以需要通过 RC的充放电 回路，使 VI2 经过时间常数τ2=(R1∥R)C，恢复到稳态时的初值，通常将 这个阶段称为恢复阶段。
三极管为外电路提供放电的通路；当
通路被截断。
三、 555定时器的功能
以单时基双极型国产5G555定时器为例，其功能如表所示。
5G555定时器功能表 RU 0 1 UTH × > 2U DD
3 2 U DD 3 2 U DD 3
U TR
× >1 U DD
3
3
OUT 0 0
放电路D 与地导通 与地导通
R1 R2
VTH + VD
3.施密特触发器的应用
(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号 变为对应的矩形波输出信号。 (2)幅度鉴别。 (3)脉冲整形。
VT+ VT+ O
t
VO
O
波形变换
t
ui UT H UT R o uo
干扰
ui UT H
t
o uo t
o
t
o
t
脉冲整形
幅度鉴别
有些测量装置输出信号经放大后，可能是不规则的波形，如图所示，将它 接在施密特电路的输入端，如果电路的回差较小，为如图中V10所示电路的 回差为ΔV= VT+ - V1T-时，输出波形如图所示。若输入波形顶部的脉动是由 干扰造成的，则会产生不良的后果，输出信号就变成了三个脉冲。若适当的 增加电路的回差，即ΔV= VT+ - V2T-，输出波形为图V20所示，实现了整形 作用，因此在这种情况下，适当的增加回差，可以提高电路的抗干扰能力。
各点的波形如图
VO1 C VO1 VO2
VI1
G1
&
1 G2 VI2 R
VI2
VTH VOH-VOL
VI1
VO2
tPO
3．主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tPO 输出脉冲宽度tPO是指输出VO脉冲上升沿0.5Vm处至下降沿 0.5Vm处之间的时间间隔 （2）恢复时间tre 暂稳态结束后，需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期 间所充的电荷放完，使电路恢复到初始状态。 V
I
（3）最高工作频率 f m ax < 设触发信号VI的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能正常地 工作，通常应满足：t>tPO+ tre 即最小时间间隔Tmin= tPO+tre ，因此单稳态触发器的最高工作频率为
1 t po + t re
1 fmax Tmin t po tre
1
第四节. 555定时器
1
Vi
'
R2 (VI VOL ) VOL R R1 2
当Vi上升到使Vi’=VTH时，电路输出迅速的VO=VOH≈ VDD，此时Vi 就是VT+则可以求出Vi为： 由
i' VTH
R1 VT R1 R2
R1 V ( 1 )VTH 得： T R2
VT+ 称为正向阈值电压 反过来，若Vi从高电平缓慢下降，同样存在一个正反馈过程
5G556和单极型定时器CC7556。
二、555定时器的电路组成
5G555定时器内部电路如图所示, 一般由分压器、比较器、触 发器和开关及输出等四部分组成。
＋UD OD O ⑧ (高电平触发端) TH (控制端) S 5 k ⑥ ⑤ 5 k UR 2 5 k (放电端) D ⑦ 1 00 ① － ∞ U o2 A2 ＋ （S ） ＋ & G2 Q ③ OUT UR 1 － ∞ （R） A1 ＋ Uo 1 ＋ & G1 Q ④ R（外部复位端）
1. 由门电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器的暂态通常是由RC电路的充放电过程 来决定的。根据RC电路的不同接法（即接成微分电路形 式或积分电路形式），把单稳态触发器又分为微分型电路 和积分型电路两种。