脉冲产生和整形

脉冲产生和整形脉冲产生和整形第1页

数字电路经常需要用到各种幅度、宽度以及含有陡峭边缘脉冲信号，如触发器就需要时钟脉冲（CP）。脉冲信号产生要用多谐振荡器。

本章将介绍常见施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，同时介绍一个多用途定时电路——555定时器。

获取这些脉冲信号方法通常有两种：①直接产生；②利用已经有信号整形或变换得到。

脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器本章基础内容

脉冲产生和整形第2页概述(1)一、脉冲信号定义及参数（不对称方波）

三角波：

锯齿波：

微分窄脉冲：

按非正弦规律改变信号均可称脉冲信号。方波：（对称方波）脉冲产生和整形第3页概述(2)

脉冲信号参数

q=TW/T

占空比TwTVmv0tT

脉冲周期f=1/T

频率Tw脉冲宽度Vm幅值脉冲产生和整形第4页概述(3)二、微分电路（高通滤波电路）

脉冲产生和整形第5页概述(4)

当微分电路输入方波信号时，输出波形应怎样？设RC＜＜TW

脉冲产生和整形第6页概述(5)三、积分电路脉冲产生和整形第7页施密特触发器（1）

问题提出——电冰箱温控系统输入输出波形实际温控波形脉冲产生和整形第8页施密特触发器（2）

施密特触发器是含有滞后特征数字传输门。

什么是施密特触发器？逻辑符号输入输出波形

思索：施密特触发器有什么特点？脉冲产生和整形第9页施密特触发器（3）

施密特触发器特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；

（2）输入采取电平触发（输入为模拟信号）；（3）对于正向和负向增加输入信号，电路有不一样阈值电平（VT+和VT-）。采取施密特触发器后实际温控波形脉冲产生和整形第10页施密特触发器（4）

施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路

施密特触发器电压传输特征脉冲产生和整形第11页由门电路组成施密特触发器

（1）G1、G2为CMOS门电路，其阈值电压为1/2VDD。电路中要求R1＜R2。

电路组成

工作原理分析（教材P310）（1）

当vI=0V时，vO1≈

VDD，

vO≈

0V，

vI＇≈

0V；0100脉冲产生和整形第12页由门电路组成施密特触发器

（2）（2）当vI升高时，vI’也升高。当vI’到达1/2VDD时，G1、G2输出状态将发生翻转。此时对应vI值称为VT+。（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1≈0V，vO≈VDD

。

VT+=1/2VDD→0→1↑↑0100作用：改进vO1、

vO边缘。

这里有一正反馈现象：vIvI’vO1vO脉冲产生和整形第13页由门电路组成施密特触发器

（3）（4）当vI由高变低时，vI’

也由高变低。当vI’≤1/2VDD时，电路又将发生转换。此时对应vI称为VT－。（5）当vI小于VT－时，电路转到另一稳态：vO1≈VDD，vO≈

0V。

01↓↓→1→0VT－=1/2VDD作用：改进vO1、

vO边缘。

这里也有一正反馈现象：vIvI’vO1vO脉冲产生和整形第14页

工作波形vIVT+VT-0t0tvO10tvO由门电路组成施密特触发器

（4）脉冲产生和整形第15页应用---波形变换用作接口电路，将迟缓改变正弦信号矩形脉冲施密特触发器应用举例

（1）脉冲产生和整形第16页施密特触发器应用举例

（2）

应用----脉冲整形不规则信号矩形脉冲脉冲产生和整形第17页应用----幅度判别从一系列幅度不一样脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+输入脉冲。

幅度大于信号保留幅度小于信号滤除施密特触发器应用举例

（3）脉冲产生和整形第18页单稳态触发器（1）

有两种状态：0态和1态，但只有一个状态能长久保持，故名单稳态触发器。

例子——楼道灯控制系统

单稳态触发器特点：

（1）有稳态和暂稳态两种状态；

（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；

（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。

什么是单稳态触发器？脉冲产生和整形第19页单稳态触发器（2）单稳态触发器主要有以下三类：（1）微分型单稳态触发器（2）积分型单稳态触发器（3）集成单稳态触发器

脉冲产生和整形第20页门电路+RC微分电路→微分型单稳态触发器

G1、G2为CMOS门电路，设VOH=VDD、VOL=0，VTH=2/1VDD；

vO1、vO分别为G1、G2输出，vI2为G2输入。

电路结构（教材P319）RC微分电路触发脉冲微分型单稳态触发器（1）脉冲产生和整形第21页微分型单稳态触发器（1）1.单稳态触发器稳态

∴触发器稳态为vO1≈

VDD，vO≈

0V。此时，电容两端电压相等，无充放电。

工作原理分析

稳态时，无触发脉冲输入，vI

为低电平，C没有充放电，相当于断开。01001脉冲产生和整形第22页作用：改进vO1、

vO边缘。

11001暂稳态：vO1=≈0V，vO≈

VDD2.当vI加一正脉冲时，由稳态进入暂稳态。这里有一正反馈现象：

工作原理分析（续）01001vIvO1vI2vO微分型单稳态触发器（2）脉冲产生和整形第23页3.暂稳态自动回到稳态

作用：改进vO1、

vO边缘。

伴随VDD经过电阻向电容C充电，vI2逐步上升，当vI2

上升到VT时，vO

≈0V

，vO1≈

VDD，电路回到稳态。

正反馈现象：

010VT00110

工作原理分析（续）vO1vI2vO微分型单稳态触发器（3）脉冲产生和整形第24页

工作波形分析VT微分型单稳态触发器（4）脉冲产生和整形第25页1.暂稳态维持时间Tw

电容C充电电压方程：

参数计算将VC（0）≈0V，VC（∞）≈VDD，T=RC代入上式得：当vC（t）=VT=1/2VDD时，t=Tw，代入上式可求得：VTTwTre微分型单稳态触发器（5）脉冲产生和整形第26页2.恢复时间TreTre≈（3～5）RONC

3.最高工作效率fmaxTd=Tw+Trefmax=

在暂稳态期间Tw和恢复时间Tre内，电路不得响应触发信号。所以，2个触发信号之间最小时间间隔为：

参数计算（续）微分型单稳态触发器（6）脉冲产生和整形第27页

思索题

若触发脉冲宽度大于TW时，电路能否正常工作？怎样处理？

静态时a、b、d、e各点电位怎样？微分型单稳态触发器（7）脉冲产生和整形第28页

控制电路用于产生窄脉冲。当输入满足以下条件时，控制电路产生窄脉冲：（1）若A1、A2中最少有一个为0时，B由0↗1(正脉冲触发）；

74LS121原理框图(324)微分型单稳态触发器输出缓冲（2）若B=1，A1、A2中最少有一个由1↗0（负脉冲触发）。

集成单稳态触发器（1）脉冲产生和整形第29页

74LS121内部结构和引脚图：

集成单稳态触发器（2）脉冲产生和整形第30页

74LS121功效表（教材P325）集成单稳态触发器（3）脉冲产生和整形第31页

两种不一样接法（教材P326）正脉冲触发负脉冲触发集成单稳态触发器（4）脉冲产生和整形第32页

用于定时单稳态触发器应用（1）vovo脉冲产生和整形第33页单稳态触发器应用（2）

用于延时图单稳态触发器脉冲延迟应用(a)电路图；(b)波形图

在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为T0信号延迟一段时间T1后再输出。脉冲产生和整形第34页单稳态触发器应用（3）波形图T1=TW1≈0.7R1C1，T0=TW2≈0.7R2C2脉冲产生和整形第35页

用于整形单稳vOvItt00vOvI单稳态触发器应用（4）脉冲产生和整形第36页

多谐振荡器就是方波发生器。因为方波中除基波外还包含了许多高次谐波，所以，又称为多谐振荡器。

什么是多谐振荡器？

多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。多谐振荡器（1）（也就是电路有两个暂稳态）脉冲产生和整形第37页

电路组成及工作原理(P332)11G2G1RCvO1vO2vI1（1）设电路初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持；1001（2）经过vO1→R→C→vO2向C充电，使vI1不停上升；（3）当vI1＞VT时，G1输出低电平，G2输出高电平，即vO1=0，

vO2=1。由门电路组成多谐振荡器（1）脉冲产生和整形第38页

工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4）vO1=0，

vO2=1这个状态也不能持久；1001（5）C经过vO2→C→R→vO1放电，vI1逐步降低；（6）当vI1＜VT时，G1输出高电平，G2输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0状态。（7）周而复始产生方波。由门电路组成多谐振荡器（2）脉冲产生和整形第39页

工作波形11G2G1RCvO1vO2vI1T1T2tvO10tvO20vI1t0T1、T2计算公式请同学自己推导。由门电路组成多谐振荡器（3）脉冲产生和整形第40页

环形多谐振荡器

石英晶体多谐振荡器其它形式多谐振荡器（1）

对称式多谐振荡器脉冲产生和整形第41页

由施密特触发器组成多谐振荡器电容无初始储能，即

设施密特触发器上、下限阈值电压为、“0”“1”电容充电“1”“0”电容放电矩形脉冲周期

T21TT+=其它形式多谐振荡器（2）脉冲产生和整形第42页555定时器

一个多用途数字-模拟混合单片集成电路，外接少数R、C元件可组成各种功效电路：施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器。

广泛用于信号产生、整形、控制与检测，在工业控制、定时、电子乐器及防盗报警等方面应用很广。555定时器（1）脉冲产生和整形第43页555定时器工作原理（1）

555定时器内部结构及逻辑符号（教材P348）基础RS触发器①③⑤④⑥⑦⑧②RDVCCDiscVCOvSGNDQvR555R=5kΩ&&1控制输入阀值输入VTH触发输入VTR放电端输出电源端复位端12684357oV比较器COVRVSV2/3VCC1/3VCC脉冲产生和整形第44页

555定时器功效表－+C1R2/3VCCvR⑥－+C2S1/3VCCvS②

输入

输出RSQ(VO)T1××0

导通

101

截止

010

导通

11不变不变

×

×＜2/3VCC＜1/3VCC＞2/3VCC＞1/3VCC＜2/3VCC＞1/3VCC＞2/3VCC＜1/3VCC

0

1

1

1

1

001

截止RDvRvS555定时器工作原理（2）脉冲产生和整形第45页

电路结构符号CCVDRDISCRvSvCOVGNDQ5V+5551236748μF01.05OvIv用555定时器组成施密特触发器（1）脉冲产生和整形第46页－+C1R2/3VCCvI⑥－+C2S1/3VCCvI

②2/3VCC1/3VCCvI0tvO0t（1）当vI＜1/3VCC时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；（2）当1/3VCC＜vI＜2/3VCC时，R=1，S=1，Q=1，vO=1；（3）当vI＞2/3VCC时，R=0，S=1，Q=0，vO=0；（4）当1/3VCC＜vI＜2/3VCC时，R=1，S=1，Q=0，vO=0；（5）当vI＜1/3VCC时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；

原理分析用555定时器组成施密特触发器（2）CCVDRDISCRvSvCOVGNDQ5V+5551236748μF01.05OvIv脉冲产生和整形第47页

主要参数1.阀值电平VT+=2/3VCCVT-=1/3VCC2.回差电压=VT+－VT-=1/3VCC用555定时器组成施密特触发器（3）脉冲产生和整形第48页

电路结构（教材P353）CCVDRDISCRvSvCOVGNDQCCVC1R2R5551236748μF01.05OvCv用555定时器组成多谐振荡器（1）&&112684357vRvS脉冲产生和整形第49页

工作原理+-C1R2/3VCCvC⑥+-C2S1/3VCCvC②1.上电时，vC=0，得R=1，S=0，Q=1，T1管截止,vO=1。3.当vC

＞2/3VCC时，R=0，S=1，基础RS触发器被置0，Q=0，三极管T1管导通，vO=0。2.当VCC经过R1、R2向C充电，vC

逐步上升;CCVDRDISCRvSvCOVGNDQCCVC1R2R5551236748μF01.05OvCv用555定时器组成多谐振荡器（2）脉冲产生和整形第50页

工作原理（续）+-C1R2/3VCCvC⑥+-C2S1/3VCCvC②4.电容C将经过R2和T1管放电，vC逐步下降；用555定时器组成多谐振荡器（3）5.当vC<1/3VCC时，R=1，S=0，基础RS触发器被置1，Q=1，三极管T1管截止，vO=1。脉冲产生和整形第51页T1T2

工作波形

主要参数计算从占空比q表示式可知，占空比一直大于50﹪

。经过vC暂态方程，求得：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C

T1=0.7(R1+R2)C

T2=0.7R2C

用555定时器组成多谐振荡器（4）脉冲产生和整形第52页

占空比任意可调多谐振荡器

T1=0.7R1C

T2=0.7R2C

用555定时器组成多谐振荡器（5）脉冲产生和整形第53页输出脉冲周期，占空比各为多少？用555定时器组成多谐振荡器（6）脉冲产生和整形第54页

思索题如图所表示是一个由555定时器组成防盗报警电路，a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于偷窃者必经之路，当偷窃者闯进室内将铜丝碰断后，扬声器即发出报警声。说明本报警电路工作原理。用555定时器组成多谐振荡器（7）脉冲产生和整形第55页48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴就是经过改变R2阻值来改变输出方波周期,使外接喇叭发出不一样音调。

思索题：简易电子琴电路用555定时器组成多谐振荡器（8）脉冲产生和整形第56页

电路结构12684357RVSV-++∞1C-++∞2CR1S1RQ1OvRRRIv③④①⑥②⑧RC⑦VCC用555定时器组成单稳触发器（1）脉冲产生和整形第57页最终又回vO=0V。

10导通

工作原理分析接通电源，且vI（=1）没有触发电压时，R=1,S=1