第六章 脉冲的产生与原理及原理的应用
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六章节脉冲波形产生和整形000002
C1充电： G2 VCC
UOL1 UI2
-+
C1
R1
UOH2
RF2
C1充电等效回路： UOH2 →RE1 → C1 → UOL1
（RE1=RF2∥R1） C1充电使UI2↑。
由于RE1 < RF1（当电路对称时），所以，充电比放电快。
C1充电→ UI2 = VTH 时→ G2导通→ UO2=0
暂态Ⅱ： UO1=1、 UO2=0
<VTH =>VTH =VTH >VTH >VTH =>VTH =VTH <VTH
UO1 UO
10 10 10 01 01 01 01 10 10
说明 同相施密特触发器
G1、G2门将要翻转 UO突变
G1、G2门将要翻转 UO突变
三、举例
设UI为缓慢变化的三角波： UI VT+ VT-
UO UOH
UOL
3、暂态维持时间的长短，只和电路参数有关， 与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。
二、用途
1、整形→输出矩形波。 2、定时→输出一定宽度的矩形波。 3、延时→将输入信号延长一定时间后输出。
6-3-2 用门电路组成单稳态触发器 VDD
一、微分型单稳态触发器
UI
1、组成（用CMOS或非门） UI，
2、工作原理（用正窄脉冲触发）
放电回路
当D1的等效电阻rD远远小于RON
和R时，
（D1是G2 门输入保护 电路中的二极管。）
Tre =T放 ≈ (3~5)RON C
二、积分型单稳态触发器
1、组成
可用TTL与非门组成，
UI
门之间用RC积分电路耦合。
&R G1 UO1 C
第6章脉冲波形产生和整形
第6章脉冲波形产生和整形
一、555定时器构成的多谐振荡器
1. 电路结构
将555定时器的TH端和端连在一起再外接电阻R1、R2和 电容C，便构成了多谐振荡器，如图6-8（a）所示。该电路不
需要外加触发信号，加电后就能产生周期性的矩形脉冲或方 波。
第6章脉冲波形产生和整形
2. 工作原理
接通电源，设电容电压uC = 0，而两个电压比较器的阈值 电压分别为2VCC/3和VCC/3，所以UTH = U TR = 0＜VCC/3，根 据表6.1，uo = UOH，且D关断。电源对电容C充电，充电回路
C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不
变，因此 uo 、TD也保持原来状态不变。 R = 1、UTH＜2VCC/3、＜VCC/3时，C1输出高
电平，C2输出低电平， Q = 0，Q = 1，uo = UOH，
TD截止。 了解了555定时器的结构和基本功能后，下面重
点讨论它的应用，即组成各种结构简单、工作可靠的
2VCC/3、置位电平为VCC/3、可通过 R 端直接从外部进行 置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器Q
端控制的晶体管开关，因此使用起来非常灵活。
第6章脉冲波形产生和整形
二、基本功能 表6-1所列是555定时器的功能表，它全面反映
了555定时器的基本功能。该表是后面分析555定时 器各种应用电路的重要理论依据。
触发器的延时作用，如图6-6所示。 （2）定时
在图6-6中，单稳态触发器的输出uo/送给与门做为定时 控制信号，当uo/ = UOH时，与门打开，uo = uF，当uo/ = UOL时，与门关闭，uo = UOL。显然，与门打开的时间是恒 定不变的，就是单稳态触发器输出脉冲uo/的宽度tW。
一、555定时器构成的多谐振荡器
1. 电路结构
将555定时器的TH端和端连在一起再外接电阻R1、R2和 电容C，便构成了多谐振荡器，如图6-8（a）所示。该电路不
需要外加触发信号，加电后就能产生周期性的矩形脉冲或方 波。
第6章脉冲波形产生和整形
2. 工作原理
接通电源，设电容电压uC = 0，而两个电压比较器的阈值 电压分别为2VCC/3和VCC/3，所以UTH = U TR = 0＜VCC/3，根 据表6.1，uo = UOH，且D关断。电源对电容C充电，充电回路
C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不
变，因此 uo 、TD也保持原来状态不变。 R = 1、UTH＜2VCC/3、＜VCC/3时，C1输出高
电平，C2输出低电平， Q = 0，Q = 1，uo = UOH，
TD截止。 了解了555定时器的结构和基本功能后，下面重
点讨论它的应用，即组成各种结构简单、工作可靠的
2VCC/3、置位电平为VCC/3、可通过 R 端直接从外部进行 置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器Q
端控制的晶体管开关，因此使用起来非常灵活。
第6章脉冲波形产生和整形
二、基本功能 表6-1所列是555定时器的功能表，它全面反映
了555定时器的基本功能。该表是后面分析555定时 器各种应用电路的重要理论依据。
触发器的延时作用，如图6-6所示。 （2）定时
在图6-6中，单稳态触发器的输出uo/送给与门做为定时 控制信号，当uo/ = UOH时，与门打开，uo = uF，当uo/ = UOL时，与门关闭，uo = UOL。显然，与门打开的时间是恒 定不变的，就是单稳态触发器输出脉冲uo/的宽度tW。
6第六章脉冲波形的产生和整形
VCC
RD
8
4
R
TH CO
6
+ 5 R A1
RQ
TR
2
+ -
R A2
SQ
D7
T
1
附录:
RS 触发器功能表
RS Q Q
3 uo 1 0 0 1
01 1 0
0 0 保持 保持 1 1 禁止 禁止
R S Q 晶体管T uo
1 0 1 导通 0 0 1 0 截止 1 0 0 保持 保持 保持
（6-39）
综合以上的 分析结果,便可得 到555的功能表:
uo
uo1
uo2
A RS
1
2
3
100 R
uo
C
0
uo1
0
uo2
输出信号的周 期近似为:
T = 2.2 RC
0
uA
UT 0U
T
t t t t
（6-15）
6.3.2 RC耦合式振荡器
uo1
uR1
uo1 uR2
1 C1 R1
C2
2 R2
uo2
0
uR2
UT
0
uo1 C2
1 uR1
R1
C1 uo2
uo2
uo2
C1
2
R2
R1
R2
C2
1
2
uo
( b)
石英晶体 C1 ( c)
（6-18）
§6.4 单稳态触发器 单稳态触发器简称单稳。
它的突出特点是: 输出端只有一个稳定 状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信 号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。
精选第6章脉冲波形的产生与整形资料
TW
T
•脉冲宽度Tw: 从上升沿上升到0.5Vm起到下降沿下降到0.5Vm之间的时间。
•脉冲周期T: 周期性重复的脉冲序列中，相邻两个脉冲间的时间间隔。
•占空比: q= tw /T,即脉冲宽度tw与脉冲周期T之比
6.2 施密特触发器
以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换电路： 1.施密特触发器：
& Y
D
VT+ VT-
幅度鉴别波形
6.3 单稳态触发器
单稳态触发器的特点:
(1) 仅有一个稳态,另一个暂稳态 (2) 在外加触发脉冲的作用下,电路才能从稳态翻转到暂稳态，而暂 稳态不能长久保持,保持一段时间后又自动返回原来的稳态 (3) 暂稳态保持的时间取决于电路本身的参数,而与外加触发信号无关
6.3.1 用门电路构成的单稳态触发器
R
1
VI
VO
C
vI
VT+
R
VT-
t
1
vO
VI
VO
C
T2
T1
工作波形图
t
• 接通电源瞬间，电容C上的电压为0， Vi为低电平，则VO为高电平。
•VO通过电阻R对电容C充电，直到 Vi达到VT+，电路翻转，VO变成低电平。而 后电容C又通过电阻R放电，直到Vi降到VT－，电路翻转，VO又恢复高电平。
•如此往复循环，电路无需外加信号便实现了多谐振荡。
VI
1 VO
（b）逻辑符号
2.工作原理
vI
R2
VI R1 VI1 1 Vo1 1
Vo
t
G1
G2
Vo
(1)工作过程 设CMOS反相器的阈值电压Vth=VDD/2，VOH=VDD ,VOL=0 输入信号vI为三角波。
脉冲的原理与作用
脉冲的原理与作用脉冲的原理与作用脉冲是指在一定时间内突然产生的连续波或单个波形，其波形通常呈现出尖峰和急剧变化的特征。
脉冲的产生原理涉及到不同物理学领域的知识，包括电子学、光学、声学等。
脉冲在各个领域中都有着广泛的应用和作用。
脉冲的产生原理可以从电子学的角度解释。
在电子学中，脉冲的产生通常是通过一个电压或电流突然地从低到高或从高到低的变化。
这种突然变化可以是由外部电路的干扰、电压源的开关等引起的。
一般来说，脉冲的产生是瞬时的，持续的时间很短。
脉冲的作用在各个领域中也各有不同。
在电子学中，脉冲通常被用作信号传输中的一种方式。
脉冲信号可以有效地传输信息，尤其适用于需要快速传输大量数据的场合。
脉冲信号的特点是幅度大、持续时间短，可以在较长距离上传输信息而不会被信号衰减所影响。
脉冲信号在电子通信、计算机网络等有着重要的应用。
在光学中，脉冲通常是激光脉冲。
激光脉冲是由激光器产生的一种非常短暂的激光光束。
激光脉冲的特点是能量集中、时间很短，能够集中地传递能量和信息。
激光脉冲在激光切割、激光打标、激光医疗等领域中有着广泛的应用。
在声学中，脉冲通常是指短暂而强烈的声波。
脉冲声波具有明显的尖峰和急速变化的特点，常常是由突然的震动或冲击产生的。
脉冲声波在声纳、超声波检测等领域中有着重要的应用，例如用于水下探测、医学超声诊断等。
此外，脉冲还在其他领域中有着一些特殊的应用和作用。
例如在神经科学中，神经脉冲是人体神经系统中传递信号的基本单位，控制和调节身体各种功能。
宇航科学中，脉冲推进器是一种将物质在极短时间内喷射发射出去的推进器，用于航天器的姿态调整和轨道变更。
总之，脉冲的原理是突然的变化产生特定的波形，脉冲的作用在不同的领域中有不同的应用。
无论是在电子学、光学、声学，还是在神经科学、宇航科学等领域中，脉冲都发挥着重要的作用。
脉冲信号的独特特性使其在信息传输、能量传递等方面具有特殊的优势，有助于推动科学技术的发展和应用的创新。
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
第6章 脉冲信号的产生与整形
（2）ui＝UD＝0.7V 时，R 1，S 1 ，RS触发器不翻转，uo仍
为高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（3）ui继续上升到UT+＝1.4V 时，R 0，S 1，RS触发器翻转
，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui 再上升，电 路状态不变。
（4）ui继续上升到最大值下降时，若ui下降到UT+ ，R 1，S 1
③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T 状态不变。
8 +VCC
4R 1
CO 5 TH 6
＜2VCC/3
TR 2
＜VCC/3
5kΩ + C1 1 -R
5kΩ +0 - C2 S
5kΩ
G1
G3
Q
&
1
0
3
1 uO
1 &Q
G2
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T 饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，
+VCC
+VCC1
ui
84
R
UT+
6
7
uo1
UT-
0
ui
555 3
uo
uo
2VCC/3 VCC/3
t
2
5
uCO
1
控制电压
调节回差
0
（a）电路
（b）工作波形
t
(1)当ui=0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q=1、Q=0， uo1=uo =1。ui 升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1=uo=1的状态不会改变。
为高电平，电路仍维持在第一种稳态。
（3）ui继续上升到UT+＝1.4V 时，R 0，S 1，RS触发器翻转
，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui 再上升，电 路状态不变。
（4）ui继续上升到最大值下降时，若ui下降到UT+ ，R 1，S 1
③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T 状态不变。
8 +VCC
4R 1
CO 5 TH 6
＜2VCC/3
TR 2
＜VCC/3
5kΩ + C1 1 -R
5kΩ +0 - C2 S
5kΩ
G1
G3
Q
&
1
0
3
1 uO
1 &Q
G2
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T 饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，
+VCC
+VCC1
ui
84
R
UT+
6
7
uo1
UT-
0
ui
555 3
uo
uo
2VCC/3 VCC/3
t
2
5
uCO
1
控制电压
调节回差
0
（a）电路
（b）工作波形
t
(1)当ui=0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q=1、Q=0， uo1=uo =1。ui 升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1=uo=1的状态不会改变。
数字电子技术基础第六章脉冲波形
UDD
2 3
UDD
0
Uo
t
2/3UDD
t
＝1.1RC
0
t
注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳t度W。
tw 的范围为几秒到几分钟。
第 27 页
2.3 多次触发时的情况
在充电过程中Ui 0←→1变化。 R=0,S=0/1,Q保持为1，电路状态不变，T截止，C保持充电状态。
+UDD Ui(S)
84 R1
破坏电路的稳态， 产生暂态。
控制暂稳态时间的 变化规律。
第5页
电容充放电知识复习
(1) 电容两端的电压不能突变，Vc（0＋）＝ Vc（0－）， 电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 τ＝RC有关，工程上取3~5τ。
（2）直流电路中，电容开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小， 相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗 很大，相当开路。
触发过程：
UI
a. UI=1,稳态→UO=0
b. UI=0,触发→UO=1
→进入暂态
UC
UDD
c. UI=1 →电容开始充电 UTH
d.UC>2/3UDD → Q=0,
→UO=0,恢复稳态，
→T导通,电容放电
UO
e.重复触发：
电容充电过程中UI=0, 电容放电，UI=1后，再次
tW
tW
充电→→实现可重复触发。
2.1 电路组成
UD
D
8
TH CO
6 5
R +–A
R
TR 2 D7
+–B R
T
1
RD 4 RQ
SQ
+UDD
[工学]第6章脉冲波形的产生和整形
③R=1、VTH < 2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。
h
11
CO
TH
＜2VCC/3
TL
＜VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
－
6
5kΩ
2
+0
－ C2
5kΩ
G1
G3
Q
&
&
0
3 uO
1
G2
& Q1
7D
T
⑤R =1、
VTH>2VCC/3、 VTL＜VCC/3时， C1=0、C2=0， Q=1、Q=1，
§6.3 施密特触发器
施密特触发器是波形变换电路。
施密特电路的特点: 有两个稳定状态
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
h
13
一、电路组成
h
14
二、工作原理
上限阈值电压VT+=（2/3）Vcc
下限阈值电压VT-=（1/3）
V回cc差电压
uo=0，T饱和导 通。
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、VTH＞2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
③R=1、VTH < 2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。 ④R=1、VTH < 2VCC/3、VTLh < VCC/3时，C1=1、C2=0， 12 Q=0、Q=1，uo=1，T截止。
h
11
CO
TH
＜2VCC/3
TL
＜VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
－
6
5kΩ
2
+0
－ C2
5kΩ
G1
G3
Q
&
&
0
3 uO
1
G2
& Q1
7D
T
⑤R =1、
VTH>2VCC/3、 VTL＜VCC/3时， C1=0、C2=0， Q=1、Q=1，
§6.3 施密特触发器
施密特触发器是波形变换电路。
施密特电路的特点: 有两个稳定状态
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
h
13
一、电路组成
h
14
二、工作原理
上限阈值电压VT+=（2/3）Vcc
下限阈值电压VT-=（1/3）
V回cc差电压
uo=0，T饱和导 通。
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、VTH＞2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
③R=1、VTH < 2VCC/3、VTL＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。 ④R=1、VTH < 2VCC/3、VTLh < VCC/3时，C1=1、C2=0， 12 Q=0、Q=1，uo=1，T截止。
脉冲的产生与变换教学课件
处理高速、高频率的脉冲信号。
基于DSP的脉冲产生与变换
要点一
总结词
要点二
详细描述
数字信号处理能力强
DSP（数字信号处理器）是一种专门用于数字信号处理的 微处理器，具有强大的数字信号处理能力和高速的运算速 度。基于DSP的脉冲产生与变换，可以利用DSP的运算模 块和数字滤波器，对脉冲信号进行各种数字信号处理，如 滤波、调制和解调等。由于DSP的数字信号处理能力强， 因此这种方案适合于对脉冲信号进行复杂的数字信号处理 。
脉冲调制的变换是指通过改变脉冲的 幅度、宽度、相位等参数，将信息加 载到脉冲信号上的一种技术。
脉冲调制的变换方法包括脉幅调制、 脉宽调制、脉码调制等，广泛应用于 雷达、通信、测量等领域。
脉冲放大的变换
脉冲放大的变换是指通过放大脉冲信号的幅度，提高其能量 的一种技术。
脉冲放大的变换方法包括线性放大和开关放大等，广泛应用 于雷达发射机、激光器等领域。
利用可编程逻辑器件，如FPGA、CPLD等，通过编程配置内部逻辑资源来产生数 字脉冲。
模拟脉冲的产生
模拟电路
利用模拟电子元件，如电阻、电容、 电感等，通过模拟电路设计实现模拟 脉冲的产生。
波形合成
利用波形合成技术，通过模拟信号发 生器或波形合成器来产生模拟脉冲信 号。
03
脉冲的变换技术
脉冲调制的变换
脉冲整形的变换
脉冲整形的变换是指通过改变脉冲的形状，改善其波形质 量的一种技术。
脉冲整形的变换方法包括滤波整形、限幅整形、微分整形 等，广泛应用于信号处理、雷达、通信等领域。
脉冲多相制的变换
脉冲多相制的变换是指通过将多个不同相位或相位的脉冲信号合成在一起，形成 一种新的脉冲信号的一种技术。
基于DSP的脉冲产生与变换
要点一
总结词
要点二
详细描述
数字信号处理能力强
DSP（数字信号处理器）是一种专门用于数字信号处理的 微处理器，具有强大的数字信号处理能力和高速的运算速 度。基于DSP的脉冲产生与变换，可以利用DSP的运算模 块和数字滤波器，对脉冲信号进行各种数字信号处理，如 滤波、调制和解调等。由于DSP的数字信号处理能力强， 因此这种方案适合于对脉冲信号进行复杂的数字信号处理 。
脉冲调制的变换是指通过改变脉冲的 幅度、宽度、相位等参数，将信息加 载到脉冲信号上的一种技术。
脉冲调制的变换方法包括脉幅调制、 脉宽调制、脉码调制等，广泛应用于 雷达、通信、测量等领域。
脉冲放大的变换
脉冲放大的变换是指通过放大脉冲信号的幅度，提高其能量 的一种技术。
脉冲放大的变换方法包括线性放大和开关放大等，广泛应用 于雷达发射机、激光器等领域。
利用可编程逻辑器件，如FPGA、CPLD等，通过编程配置内部逻辑资源来产生数 字脉冲。
模拟脉冲的产生
模拟电路
利用模拟电子元件，如电阻、电容、 电感等，通过模拟电路设计实现模拟 脉冲的产生。
波形合成
利用波形合成技术，通过模拟信号发 生器或波形合成器来产生模拟脉冲信 号。
03
脉冲的变换技术
脉冲调制的变换
脉冲整形的变换
脉冲整形的变换是指通过改变脉冲的形状，改善其波形质 量的一种技术。
脉冲整形的变换方法包括滤波整形、限幅整形、微分整形 等，广泛应用于信号处理、雷达、通信等领域。
脉冲多相制的变换
脉冲多相制的变换是指通过将多个不同相位或相位的脉冲信号合成在一起，形成 一种新的脉冲信号的一种技术。