脉冲波形产生和整形
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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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脉冲波形的产生和整形电路
脉冲波形发生器与整形电路
2.3.2 RC电路的零状态响应
动态元件的初始储能为零的状态叫零状态。零状态的
电路由外施激励引起的响应，称为零状态响应。外施激励
可以是恒定的电压或电流，也可以是变化的电压或电流。
这里只讨论直流激励引起的响应。
脉冲波形发生器与整形电路
图2.13（a）所示电路，开关S原来与“1”闭合已久，
其电压uC从0按指数规律上升到稳态值US；而电阻电压则 从0跃变到最大值US后，按指数规律衰减到0；电路中的电 流也是从0跃变到最大值 后按指数规律衰减到0。电压、
电流变化的快慢仍然取决于电路的时间U常S 数τ的大小。
R
脉冲波形发生器与整形电路
τ越大，uC上升越慢，暂态过程越长；反之，τ越小， uC上升越快，暂态过程越短。
脉冲波形发生器与整形电路
RC称为电路的时间常数，单位是秒 （s），用τ来表示，即τ=RC。
引入时间常数τ后，电压、电流的响应可 分别写成
t
uC U 0e (t≥0)
i
U0
t
e
R
(t≥0)
脉冲波形发生器与整形电路
uC衰减的快慢只与电路的时间常数τ有关，与初始储能
无关。图2.11示出了电容C在三个不同时间常数的放电电路
图2.10 RC电路的零输入响应曲线
2.时间常数
脉冲波形发生器与整形电路
从uC和i的表达式可以看出它们衰减的快慢取决于指数
中 的大小，也就是取决于1电路参数R和C的乘积，RC越
大，衰减越慢，过渡过程持RC续的时间越长；反之，RC值越
小，衰减越快，过渡过程持续的时间越短。因此，电容电
压和电流衰减的快慢，取决于电路中电阻R和电容C的乘积。
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。
脉冲波形的产生与整形详解
④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖 峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电 流高达300~400mA。 ⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高 出几个数量级，高达1010Ω。 ⑥CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅 为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA.
一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场 合宜选用CMOS型555；而在负载重、要求驱动电流 大、电压高的场合，宜选用双极型的555。
二、用门电路组成的施密特触发器
将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的 电压反馈到输入端，就构成了施密特触发器电路。 CMOS门，阈值电压
1 VTH VDD，且R1 R2 2
R2
vI
R1
1
v O1
1 G2
vO
' vO
v 'I
G1
6.3.3 用CMOS反相器构成的施密特触发器
6.3.4 图6.3.3电路的电压传输特性 (a)同相输出 (b)反相输出
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点： （1）电路在无外加触发信号作用期间，处于稳态； （2）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； （3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 （阈值电压及外接R、C），与触发脉冲的宽度和 幅度无关。
§6.3
施密特触发器
Schmitt Trigger
施密特触发器（电路）是一种特殊的双稳态时序 电路，与一般双稳态电路比较，它具有两个明显的特点： 1.施密特触发器是一种优良的波形整形电路， 只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会从一 个稳态转变到另一个稳态，且通过电路内部的正反馈 过程可使输出电压的波形变得很陡。 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。
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。
脉冲波形的产生和整形
第十章脉冲波形的产生和整形内容提要本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。
在矩形波产生电路中介绍几种常用的多谐振荡器－对称式和非对称多谐振荡器、环形振荡器以及用施密特触发器和555定时器构成的多谐振荡器等。
此外对几种不同类型的压控振荡器也做了介绍。
在整形电路中，介绍了施密特触发器和单稳态触发器。
本章也讨论了最常用的555定时器及其所构成的施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
本章内容10.4 多谐振荡器10.5 555定时器及其应用一、产生矩形脉冲的途径形如图10.1.1所示。
其中：图10.1.1脉冲周期T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。
有时也用频率f＝1/ T表示单位时间内脉冲重复的次数上升时间t r ：脉冲上升沿从0.1V m 上升到 0.9V m 所需要的时间图10.1.1W ：从脉冲前沿到达0.5V m 起，到脉冲后沿到达0.5V m 为止的一段时间。
下降时间t ：脉冲下降沿从图10.1.1占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q ＝t w 注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度的稳定性10.2 施密特触发器（Schmitt Trigger）换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
图10.2.111I v 1R 2R I v ′o v 1o v ov ′G 1G 2图6.2.1 用C M O S 反相器构成的施密特触发器（a ）电路I v v ′I v o v 设反相器G 1和G 2均为CMOS 门，其阈值电压为＝011≈+=v R R v A ①当v I ＝0时， v o1＝ V OH ， v o ＝ V OL ≈0，此时G 1门的输入电压为逐渐升高到使得v A＝时，反相器进入电压传输特性的放大区（转折区），故v A的增加，会引起下面的正反馈，即v1o v vA设施密特触发器在输入信号v I 正向增加时的门槛电T ＋，称为正向阈值电压，此时v o ＝0， G 1门的输入电压为++=T 212TH V V R R R v A ＝121T V V R R R R ++＝于也存在正反馈，即ov 使电路迅速跳变到v o ＝V OL ≈ 0此时施密特触发器在v I 下降时对应输出电压由高电平转为低电平时的输入电压为DD 211T 2120211I 212TH V V V R R R R R R v R R R v R R R v A ++++++=－＝＝TH21T V )1V R R −＝（－由于V TH ＝ V DD / 2，故只要v ITH21T T T V 2V V V R R =∆－＋－＝THT I V R R V V )(211+==+THT I V R R V V )(211−==−施密特触发器的电压传输特性为图10.2.2所示图10.2.2TH V DDV Iv ov V O L＋T V －T V TV ∆TH V DD V Iv Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出V O HV O LV O H用门电路组成的施密特触发器TH DDV Iv ＋T －T TH V V Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出图100..2.3由C M OS 反相器构成的施密特触发器的电压传输特性V O LV O H图10.2.3(a)是以v o 做为输出的， v o 和v I 同相位；而图10.2.3(b)是以v ′A 做为输出的，利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲DD V I v ＋（b ）反相输出反相器构成的施密特触发器的电压传输特性利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压的幅度鉴别出来。
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
第六章脉冲波形的产生与整形
① 可将叠加在矩形 脉冲高、低电平上 的噪声有效滤除；
② 可以将边沿变 化缓慢的信号波形 整形为边沿陡峭的 矩形波。
5
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器
VOH
VDD，VOL
0，VTH
1 2
V
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，
DD
且R1
R2
分压电阻
同相输出端
反相器
反相器
反相输出端
结构：将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端 的电压反馈到输入端，从而构成施密特触发器。
6
如何计算？
vI
vI R1
vo R2
R2
vo
R2 R1 R2
vI
R1 R1 R2
vo
(一)VI上升阶段分析：
①
当vI=0时，有：
vI
R1 R1 R2
vo
无论vo是高电平还是低电平，都使得
vI VTH， 所12 VDD
以G1门输出高电平，G2门输出低电平，即vo1=VDD，vo=0
② 当vI从0逐渐升高时，考虑到此过程同相输出端状态尚未翻
脉冲周期
占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值:q=TW/T
3
6.2 施密特触发器 6.3 单稳触发器 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用
4
6.2 施密特触发器 (P309页)
施密特触发器的主要特点：
① 输入信号在上升和下降 过程中，电路状态转换所 对应的输入电平不同。
② 在电路状态转换时，通 过电路内部的正反馈过程， 可以使输出电压波形的边 沿变陡。
第六章 脉冲波形的产生和整形
引言： 在第四章和第五章时序逻辑电路中讲到的触发器状态的翻
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脉冲波形产生和整形
二、功能表（输出与输入的关系） 输 入
输出
RD V I 1 V I 2
VO
0X X 0
TD
导通
1 2VCC 3 VCC 3 0 1 2VCC 3 VCC 3 不变 1 2VCC 3 VCC 3 1 1 2VCC 3 VCC 3 1
导通 不变 截止 截止
脉冲波形产生和整形
tw
RC ln
VCC 0
VCC
2 3
VCC
RCln 3
对VI的宽度有何要求？
若VI的宽度过宽？
脉冲波形产生和整形
是否可以重复触发？
稳 态 ： V I 1 ,V O 0 ,T D 导 通 触 发 时 V I 只 要 V I降 至 1 3V C C,则 V V C C 2 1 1 脉0冲 波形Q 产生 和1 整,T 形D 截 止 C 开 始 充 电
脉冲波形产生和整形
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。
巴黎广播电台首先用严济慈 制作的石英振荡片实现了无线 电播音中的稳频，随后各国相 继采用，使无线广播振荡电磁 回路稳频成为压电晶体的最重 要应用之一。
脉冲波形产生和整形
7.5 555定时器及其应用 7.5.1 555定时器 （数/模混合IC） 一、电路结构 电压比较器（C1,C2） 锁存器 输出缓冲器（G3,G4） 放电三极管（TD）
VI VT (1RR12)VTH
VI VT (1RR12)VTH
回差电压
VT VT VT
2
R1 R2
VTH
R1 R2
VDD
脉冲波形产生和整形
施密特触发器的主要特点： 输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入
电平不同 电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡
脉冲波形产生和整形
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
脉冲波形产生和整形
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
脉冲波形产生和整形
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
脉冲波形产生和整形
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，可脉以冲波改形产变生和振整形荡周期
VI VI VT
脉冲波形产生和整形
(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
)
R2 R1 R2
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
脉冲波形产生和整形
脉冲波形产生和整形
(2)由于“扰动”使VI
有微小
1
，则有：
VI1 VO! VI 2 VO2
使VO1迅速跳变为低，而VO
迅速跳变为高。
2
电路进入第一个暂稳态脉冲, C波形1开产生始和整充形 电，C2开始放电。
(3)当VI 2充至VTH时，再 将起引起如下正反馈： VI 2 VO2 VI1 VO1
7.5.4 用555接成多谐触发器
脉冲波形产生和整形
二、电压波形
脉冲波形产生和整形
7.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
脉冲波形产生和整形
二、实用的环形振荡器 （TTL）
第一步：增加RC积分 环节,加大tpd2。
第二步：为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
脉冲波形产生和整形
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
7.5.2 用555定时器接成施密特触发器 工作原理
V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T? V I ,使 电 路 状 态 脉冲发 波形产生 生和转 整形变 的 值 V T?
V CO
脉冲波形产生和整形
用555接成的施密特触发器 多谐振荡器（原理性电路）
R
R
VCC
8 47
6
输出脉冲占空比可调
T
T1
T2
V V DD T R C ln 2
V V 脉冲波形产D生D和整形 T
R1C
ln
VT VT
7.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号） 7.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡）时状态是不稳定的。
G1、G2工作在电压传输特性的转折区或线性区， 即工作在放大状态。
第七章 脉冲波形的产生和整形
• 7.1 概述 • 7.2 施密特触发器 • 7.3 单稳态触发器 • 7.4 多谐振荡器 • 7.5 555定时器及其应用
脉冲波形产生和整形
7.1 概述
一、获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形发生电路 2. 脉冲波形整形电路 二、描述矩形脉冲特性的主要参数
脉冲波形产生和整形
脉冲波形产生和整形
R
vC vI
C
84
7
3
6 555
2
5
1
VCC vO
0 .0 1 F
①没有触发信号时( V I )13电V路CC处于稳态，输出为0
②外加触发信号(下降沿)，电路转换到暂态，输出为1 ③触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0
脉冲波形产生和整形
性能参数： 暂稳态输出的宽度
3
vo
2 555 5
C
C
1
0.01F
脉冲波形产生和整形
7.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
单稳态触发器的特点： 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的内部参数。
脉冲波形产生和整形
用555定时器接成单稳态触发器
7.2 施密特触发器
7.2.1 用门电路组成的施密特触发器
VOH
V
，
DD
VOL
0，VTH
1 2
V
，且
DD
R1
R2
脉冲波形产生和整形
当VI 0时，VO 0。
当VI 至VA VTH时，进入传输特性的放大区，故
VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
使VO1迅速跳变为高，而VO
迅速跳变为低。
2
电路进入第二个暂稳态, C2开始充电，C1开始放电。 脉冲波形产生和整形
二、电压波形
脉冲波形生和整形
7.4.2 非对称式多谐振荡器
一、工作原理（CMOS）
把对称式多谐振荡器电路中的C1和RF2去掉， 只要在电路中保留C2， 电路就仍然没有稳定状态， 而只能在两个暂稳 脉冲态 波形之 产生间 和整往 形 复振荡。
二、功能表（输出与输入的关系） 输 入
输出
RD V I 1 V I 2
VO
0X X 0
TD
导通
1 2VCC 3 VCC 3 0 1 2VCC 3 VCC 3 不变 1 2VCC 3 VCC 3 1 1 2VCC 3 VCC 3 1
导通 不变 截止 截止
脉冲波形产生和整形
tw
RC ln
VCC 0
VCC
2 3
VCC
RCln 3
对VI的宽度有何要求？
若VI的宽度过宽？
脉冲波形产生和整形
是否可以重复触发？
稳 态 ： V I 1 ,V O 0 ,T D 导 通 触 发 时 V I 只 要 V I降 至 1 3V C C,则 V V C C 2 1 1 脉0冲 波形Q 产生 和1 整,T 形D 截 止 C 开 始 充 电
脉冲波形产生和整形
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。
巴黎广播电台首先用严济慈 制作的石英振荡片实现了无线 电播音中的稳频，随后各国相 继采用，使无线广播振荡电磁 回路稳频成为压电晶体的最重 要应用之一。
脉冲波形产生和整形
7.5 555定时器及其应用 7.5.1 555定时器 （数/模混合IC） 一、电路结构 电压比较器（C1,C2） 锁存器 输出缓冲器（G3,G4） 放电三极管（TD）
VI VT (1RR12)VTH
VI VT (1RR12)VTH
回差电压
VT VT VT
2
R1 R2
VTH
R1 R2
VDD
脉冲波形产生和整形
施密特触发器的主要特点： 输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入
电平不同 电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡
脉冲波形产生和整形
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
脉冲波形产生和整形
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
脉冲波形产生和整形
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
脉冲波形产生和整形
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，可脉以冲波改形产变生和振整形荡周期
VI VI VT
脉冲波形产生和整形
(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
)
R2 R1 R2
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
脉冲波形产生和整形
脉冲波形产生和整形
(2)由于“扰动”使VI
有微小
1
，则有：
VI1 VO! VI 2 VO2
使VO1迅速跳变为低，而VO
迅速跳变为高。
2
电路进入第一个暂稳态脉冲, C波形1开产生始和整充形 电，C2开始放电。
(3)当VI 2充至VTH时，再 将起引起如下正反馈： VI 2 VO2 VI1 VO1
7.5.4 用555接成多谐触发器
脉冲波形产生和整形
二、电压波形
脉冲波形产生和整形
7.4.3 环形振荡器 一、最简单的环形振荡器
脉冲波形产生和整形
二、实用的环形振荡器 （TTL）
第一步：增加RC积分 环节,加大tpd2。
第二步：为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
脉冲波形产生和整形
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
7.5.2 用555定时器接成施密特触发器 工作原理
V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T? V I ,使 电 路 状 态 脉冲发 波形产生 生和转 整形变 的 值 V T?
V CO
脉冲波形产生和整形
用555接成的施密特触发器 多谐振荡器（原理性电路）
R
R
VCC
8 47
6
输出脉冲占空比可调
T
T1
T2
V V DD T R C ln 2
V V 脉冲波形产D生D和整形 T
R1C
ln
VT VT
7.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号） 7.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡）时状态是不稳定的。
G1、G2工作在电压传输特性的转折区或线性区， 即工作在放大状态。
第七章 脉冲波形的产生和整形
• 7.1 概述 • 7.2 施密特触发器 • 7.3 单稳态触发器 • 7.4 多谐振荡器 • 7.5 555定时器及其应用
脉冲波形产生和整形
7.1 概述
一、获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形发生电路 2. 脉冲波形整形电路 二、描述矩形脉冲特性的主要参数
脉冲波形产生和整形
脉冲波形产生和整形
R
vC vI
C
84
7
3
6 555
2
5
1
VCC vO
0 .0 1 F
①没有触发信号时( V I )13电V路CC处于稳态，输出为0
②外加触发信号(下降沿)，电路转换到暂态，输出为1 ③触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0
脉冲波形产生和整形
性能参数： 暂稳态输出的宽度
3
vo
2 555 5
C
C
1
0.01F
脉冲波形产生和整形
7.5.3 用555定时器接成单稳态触发器
单稳态触发器的特点： 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的内部参数。
脉冲波形产生和整形
用555定时器接成单稳态触发器
7.2 施密特触发器
7.2.1 用门电路组成的施密特触发器
VOH
V
，
DD
VOL
0，VTH
1 2
V
，且
DD
R1
R2
脉冲波形产生和整形
当VI 0时，VO 0。
当VI 至VA VTH时，进入传输特性的放大区，故
VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
使VO1迅速跳变为高，而VO
迅速跳变为低。
2
电路进入第二个暂稳态, C2开始充电，C1开始放电。 脉冲波形产生和整形
二、电压波形
脉冲波形生和整形
7.4.2 非对称式多谐振荡器
一、工作原理（CMOS）
把对称式多谐振荡器电路中的C1和RF2去掉， 只要在电路中保留C2， 电路就仍然没有稳定状态， 而只能在两个暂稳 脉冲态 波形之 产生间 和整往 形 复振荡。