第七章脉冲波形的产生与完整
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第7章脉冲波形
1、组成
1 UO1 1 UO2 1 UO3
利用门电路的传输延迟时间tpd ， G1
G2
G3
将奇数个反相器首尾相接。
2、工作波形
UO1 tpd
3、计算
TW = ntpd ；
UO2
t
n是门的数目。
UO3
t
T=2TW ； f =1/T
TW
一般，tpd =
TTL类几十 ns CMOS类几百ns
（所以，环形振荡器 t 的振荡频率f 特别高）
vO VOH
VOL
0
VT-
VT+
vI
图7.5 施密特触发器的传输特性和电路符号
7-3-1 用门电路构成施密特触发器
一、构成（用CMOS非门）
R1
二、工作原理
UI
R2
G1
1
UI’
UO1
G2 1
UO
UI =0 UI上升 过程中
UI下降 过程中
UI
0
<VT+ =>VT+ =VT+ >VT+
>VT=>VT=VT<VT-
A1 (3)
A2 (4)
1
B (5)
RINT (9) CEXT (10)
REXT/CEXT (11)
(6)
Q
TR_A (3) ≥1 & 1
TR_B (4)
(6) Q
TR+ (5)
RINT (9)
(1)
Q
RI
CEXT (10)
CX
REXT/CEXT (11) RI/ CX
(1)
Q
7-4-4 单稳态触发器的应用
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
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。
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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。
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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。
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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。
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图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
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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
《电子线路》教案——第七章 脉冲波形的产生和变换
课题：ξ13 脉冲波形的产生的整形ξ7-1 脉冲的基本概念教学目的：让学生了解脉冲的基本概念与主要参数教学重点：脉冲的基本概念及主要参数教学难点：脉冲的主要参数教学方法：讲授法教学过程：一、复习引入：时序逻辑电路有何应用？二、新授：在数字电路中，常常需要各种不同频率的矩形脉冲。
获得矩形脉冲的方法一般有两种：一种是通过方波振荡器产生；另一种是利用整形电路，将一个已有的波形整形成理想的矩形（一）脉冲的概念及其波形1．脉冲的概念脉冲技术是电子技术的重要组成部分，应用广泛。
脉冲：是指瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。
2．常见的几种脉冲波形如图7-2所示。
有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯3、矩形脉冲波（1）．矩形脉冲波的主要参数脉冲技术最常用的波形是矩形波、方波。
理想的矩形波如图（1）所示：上升沿、下降沿陡直；顶部平坦。
(3) 下降时间t f ——脉冲从幅度的90% 处下降到幅度的10%处所需的时间。
(4) 脉冲宽度t p —— 定义为前沿和后沿幅度为50%处的宽度。
(5) 脉冲周期T —— 对周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点间相隔的时间。
周期的倒数为脉Tf 1小结：获得矩形脉冲的途径及的矩形脉冲主要参数课题：ξ13 脉冲波形的产生的整形ξ7-2 RC微分电路教学目的：让学生掌握微分电路工作条件和作用。
教学重点：微分电路的的工作原理及工作波形分析教学难点：微分电路的组成条件及RC电路的过渡过程教学方法：讲授法教学过程：一、复习引入：1、脉冲的概念是什么？2、获得矩形波的途径有几条？二、新授：一、RC电路：1、电阻R和电容器C构成的简单电路。
是脉冲电路的基础。
2、RC电路过渡过程：所谓的过渡过程是指电路从一个稳定状态变化到另一个稳定状态所经历C两端电压不能突变，所以在充、放电时必须经历一个过渡过程。
注意：纯电阻电路不需要过渡过程。
因为它从一种稳态到另一种稳态不需要时间过程。
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
脉冲波形的产生
在通信系统中，梯形脉冲常被用作数字信号的编码方式，如曼彻斯特编码。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
第七章脉冲波形的产生和整形备课讲稿
(3)当VI2充至VTH时，再将起引起如下正反馈： VI2 VO2 VI1 VO1
使VO1迅速跳变为高，而VO2迅速跳变为低。 电路进入第二个暂稳态,C2开始充电，C1开始放电。
二、电压波形
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， 而只能在两个暂稳态之间往复振荡。
V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T? V I ,使 电 路 状 态 发 生 转 变 的 值 V T?
V CO
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
3
vo
2 555 5
C
C
1
0.01F
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，
VOH
VDD，VOL
0，VTH
1 2
VDD，且R1
R2
当 VI 0时 ， VO0。
当 VI 至 VAVTH时 ， 进 入 传 输 特 性 的 放 大 区 ， 故
VI VO 1 VO
使 电 路 迅 速 跳 变 到 V O V O H
V A V T H R 1 R 2 R 2V I V I V T (1 R R 1 2)V T H
2
15
RL
C1 0 .0 1 μ
该触摸开关可用于夜间定时照明， 定时时间可由RC参数调节。
4. 触摸、声控双功能延时灯
VDD （ +6V）
1N4004
第七章 脉冲信号的产生和变换
第七章 脉冲信号的产生和变换
7.1 概述 脉冲是脉动 短促的意思 凡是具有不连续波形 脉动和 的意思， 脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形 的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦周 的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦周 期信号都是脉冲信号 都是脉冲信号。 期信号都是脉冲信号。
图 7.1.1 常见脉冲波形
说明：在数字技术中， 越小越好， 说明：在数字技术中，tr和tf越小越好，但实际的 脉冲不仅有t 还会出现上冲、 脉冲不仅有tr和tf，还会出现上冲、下冲和平顶倾 斜。
7.2 集成定时器
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集 定时器是一种多用途的数字 模拟混合集 定时器是一种多用途的数字 成电路，可以方便地构成多谐振荡器， 成电路，可以方便地构成多谐振荡器，施密特触 发器和单稳态触发器。 发器和单稳态触发器。 双极型产品型号最后数码为 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产 产品型号最后数码为 ， 型 品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列 品型号最后数码为 。 完全相同。 完全相同。
在数字系统中常常需要用到各种幅度、 在数字系统中常常需要用到 各种幅度、宽度以 各种幅度 及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号， 及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号 ， 如触发器的时 钟脉冲（CP）。 钟脉冲（ ） 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生； ①脉冲产生电路直接产生； 利用已有的周期信号整形、变换得到。 ②利用已有的周期信号整形、变换得到。 脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 脉冲整形、变换电路 单稳态触发器 施密特触发器； 施密特触发器； 多谐振荡器； 脉冲产生电路——多谐振荡器； 脉冲产生电路 多谐振荡器 多用途的定时电路——555定时器。 定时器。 多用途的定时电路 定时器
7.1 概述 脉冲是脉动 短促的意思 凡是具有不连续波形 脉动和 的意思， 脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形 的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦周 的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦周 期信号都是脉冲信号 都是脉冲信号。 期信号都是脉冲信号。
图 7.1.1 常见脉冲波形
说明：在数字技术中， 越小越好， 说明：在数字技术中，tr和tf越小越好，但实际的 脉冲不仅有t 还会出现上冲、 脉冲不仅有tr和tf，还会出现上冲、下冲和平顶倾 斜。
7.2 集成定时器
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集 定时器是一种多用途的数字 模拟混合集 定时器是一种多用途的数字 成电路，可以方便地构成多谐振荡器， 成电路，可以方便地构成多谐振荡器，施密特触 发器和单稳态触发器。 发器和单稳态触发器。 双极型产品型号最后数码为 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产 产品型号最后数码为 ， 型 品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列 品型号最后数码为 。 完全相同。 完全相同。
在数字系统中常常需要用到各种幅度、 在数字系统中常常需要用到 各种幅度、宽度以 各种幅度 及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号， 及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号 ， 如触发器的时 钟脉冲（CP）。 钟脉冲（ ） 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生； ①脉冲产生电路直接产生； 利用已有的周期信号整形、变换得到。 ②利用已有的周期信号整形、变换得到。 脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 脉冲整形、变换电路 单稳态触发器 施密特触发器； 施密特触发器； 多谐振荡器； 脉冲产生电路——多谐振荡器； 脉冲产生电路 多谐振荡器 多用途的定时电路——555定时器。 定时器。 多用途的定时电路 定时器
脉冲波形的产生与整形(全)
2020/8/16
湘潭大学信息工程学院
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8.1.2 集成555定时器的应用
➢ 多谐振荡器 ➢ 单稳态触发器 ➢ 施密特触发器
2020/8/16
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(一) 多谐振荡器
➢ 多谐振荡器是一种产生矩形脉冲波的自激 振荡器。由于矩形波含有丰富的高次谐波， 所以矩形波振荡器又称为多谐振荡器。多 谐振荡器没有稳态，不需外加触发信号， 当接通电源后，便可以自动地周而复始地 产生矩形波输出。
8
5 R1 5k Ω
V-C TH 6
VR1
+ - C1
R2 5k Ω
2
TL
+
VR2 - C2
R3 5k Ω
4R
R
1
VC1(VR)
Q 3
3 v0
S VC1(VS)
7
2Q
D
T R
1
图8-1集成5G555定时器原理图 7
1、555定时器基本结构
基本RS触发器 电源端
电阻分压器
8
电压控制端 5 R1 5k Ω
VCC时，
比较器C1输出低电平， 比较器C2输出低电平，
输出端v0为高电平， 放电三极管TD截止。
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5G555定时器的功能表。如表8-1所示。
表8-1 5G555定时器的功能表
TH
× ＞2VCC/3 ＜2VCC/3 ＜2VCC/3
TL
× × ＞VCC/3 ＜VCC/3
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施密 特触发器 。