脉冲波形的产生和整形
【本章主要内容】本章主要介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路。在脉冲整形电路中，介绍两类最常用两类整形电路─施密特触发器和单稳态触发器；在脉冲振荡电路中，介绍多谐振荡电路。上述电路可以采用门电路构成，也可以采用555集成定时器构成。重点讨论555集成定时器的工作原理及其应用。
【本章学时分配】本章共分2讲，每讲2学时。
第二十八讲用门电路组成的脉冲波形产生与整形电路
一、主要内容
1、基础知识
脉冲在数字电路中应用极为普遍，它的获取和分析是数字电路的一个组成部分。
1）矩形脉冲的获取方法
a.利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲；
b.通过各种整形电路把已有的周性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。
2）矩形脉冲的主要参数
为了定量描述矩形脉冲的特性，通常为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出P308图9.1中所标注的几个主要参数。这些参数是：
脉冲周期T—周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。有时也使用频率f=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。
脉冲幅度V m—脉冲电压的最大变化幅度。
脉冲宽度t w—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。
上升时间t r——脉冲上升沿从0.1V m升到0.9V m所需要的时间。
t f——脉冲下降沿从0.9V m下降到0.1V m所需要的时间。
下降时间
t w／T。
占空比q——脉冲宽度与脉冲周期的比值，亦即q＝
2、用门电路组成的施密特触发器
1）施密特触发器的工作特点
a.输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。电路有不同的阈值电压，即具有滞后的电压传输特性。
b.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。
利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的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脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
2）滞后的电压传输特性
滞后的电压传输特性，即输入电压上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入电压的下降过程中对应的输入转换电平不同（阈值电平不同），这是施密特触发器固有的特性。
上升时的阈值电压V T+称为正向阈值电压，下降时的阈值电压V T—称为负向阈值电压，它
们之间的差值称为回差电压△V T。
3）用门电路组成的施密特触发器的工作原理
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P309图9.2（a）所示的施密特触发器电路。
a.分析v I从0逐渐升高并达到v’I=V T+引发的正反馈过程；
b.分析v I从高电平V DD逐渐下降并达到v’I=V T—引发的正反馈过程；
c.计算V T+、V T—和回差电压；
d.绘制同相施密特和反相施密特的电压传输特性。
4)施密特触发器的应用
a.用于波形变换
利用施密触触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
b.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，可以通过用施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。
c.用于脉冲鉴幅
由P313图9.7可见，若将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些幅度大于V T+的脉冲才会在输出端产生输出信号。因此，施密特触发器能将幅度大于V T+的脉冲选出，具有脉冲鉴幅的能力
3、用门电路组成的单稳态触发器
1）单稳态触发器的工作特点
a.它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；
b.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；
c.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于具备这些特点．单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时(产生滞后于触发脉冲的输出脉冲)以及定时(产生固定时间宽度的脉冲信号)等。
2)单稳态触发器的工作原理
单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。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)，又把单稳态触发器分为微分型和积分型两种。
a.微分型单稳态触发器
P314 图9.8是用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触发器。其工作原理如下：
稳态：没有触发电平，v I为低电平，v O为低电平，v O1为高电平，电容C上没有电压。
稳态至暂稳态：当v I正跳变，v O1由高电平到低电平，v I2为低电平，于是v O为高电平。即使v I触发信号撤除，由于v O的作用，v O1仍然为低电平。
暂稳态至稳态：暂稳态期间，电容C充电，v I2升高，当v I2=V TH时，v O下降，v O1上升，促使v I2进一步升高，最终v O1=1，v O=0。
电路的电压波形如P315图9.9所示。
主要参数：脉冲宽度
RC
RC
RC
V
V
V
t
TH
DD
DD
w
69
.0
2
ln
ln=
=
-
-
=
b.积分型单稳态触发器
P316图9.12是用TTL与非门和反相器以及RC积分电路组成的积分型单稳态触发器。其工作原理如下：
稳态：稳态下当v I=0，G1、G2同时截止，v O1、v A、v O均为高电平。当输入正脉冲后，G1导通，v O1产生负跳变，由于电容电压不能突变，G2导通，使v O= v O1，电路进入暂稳态。
暂稳态：在暂稳态随着电容放电，当v A=V TH时，G2截止，v O回到高电平，待输入信号回到低电平，G1又截止，电容又开始充电，经过恢复时间t re以后，电路达到稳态。
电路中各点电压的波形如P317图9.13所示。
4、多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
1）对称式多谐振荡器
P318图9.15所示电路是对称式多谐振荡器的典型电路，它是由两个反相器G 1、G 2经耦合电容C 1、C 2连接起来的正反馈振荡回路。
第一暂稳态：电路最初v O1
=0、v O2
=1，电容C 1
开始充电而C 2
开始放电，C 1
经R 1
和R F2
两条支路充电，所以充电速度较快。当v I2
=V TH
时，v O1
增大，v O2
减小，电路进入第二暂稳态。
第二暂稳态： v O1
=1、v O2
=0，电容C 2
开始充电而C 1
开始放电， 当v I1
=V TH
时，使v O1
减小，v
O2
增大，电路返回第一暂稳态。
P320图9.19为图9.15电路中各点电压的波形。 2）石英晶体多谐振荡器
当对频率稳定性有较高要求时，要采用石英晶体多谐振荡器。石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率f 0，而与外接电阻、电容无关，具有极高的频率稳定性。它的频率稳定度（△f 0/ f 0 ）可达10-10~10-11，足以满足大多数数字系统对频率稳定性的要求。
P322图9.20给出了石英晶体的符号和电抗的频率特性。把石英晶体和对称式多谐振荡器中的耦合电容串联起来，就组成了P322图9.21所示的石英晶体多谐振荡器。
二、本讲重点
1、脉冲数字电路的基础知识。
2、用门电路构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的特点与典型电路的工作原理。
三、本讲难点
各典型电路的工作原理：依赖于各电路的工作特点，采用反馈流程图和波形分析法，效果较好。
四、教学组织过程
由于本讲内容较多及采用波形分析法效果较好，所以本讲宜采用多媒体教学。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
第二十九讲 555定时器及其应用
一、主要内容
1、 555定时器的结构及工作原理 1）555定时器的电路结构
555定时器的型号和种类繁多，但它们的功能和外部引脚的排列基本相同。P323图9.23是国产双极型定时器CB555的电路结构图。它由比较器C1和C2、基本RS 触发器、集电极开路的放电三极管T D 和三个5k Ω电阻组成的分压器4个部分组成。
各管脚引线端的功能如下： 1为接地端。
8为电源端。可在5—16V 范围内使用。
5为控制电压输入端。当V CO 悬空时，比较器C 1和C 2的参考电压（电压比较的基准）
VR1和VR2由VCC 经三个5k Ω电阻分压给出，比较器C1的参考电压为32
V CC ，比较器C 2的
参考电压为31V CC ；如果V CO 外接固定电压，则V R1=V CO ，V R2=21
V CO 。V CO 端不用时，一般经
0.01μF 的电容接“地”，以防止干扰的引入。
3为输出端。输出电流可达200mA ，因此可直接驱动继电器，发光二极管扬声器，指
示灯等。
6为比较器C 1的输入端（也称阈值端，用TH 标注）。当V I1＜V R1时，比较器C 1的输出V C1=1(高电平)；当V I1＞V R1时，V C1=0（低电平）。 2为比较器C 2的输入端（也称触发端，用TR 标注）。当V I2＜V R2时，比较器C 2的输出V C2=0；当V I2＞V R2时，V C2=1。
4为复位端。当R D =0时，使触发器及555定时器的输出直接复位（置“0”）。 7为放电端。当Q =0时，放电晶体管T D 导通，外接电容元件通过T D 进行放电。
2）555定时器的工作原理
2、 用555定时器接成的施密特触发器
将555定时器的v I1和v I2两个输入端连接在一起作为信号输入端，即可构成施密特触发器，如P325图9.24所示。其工作原理如下：
a.v I 从0逐渐升高的过程：
当v I <31
V CC 时，v C1=1、v C2=0，Q=1，故v O = V OH ； 当31V CC < v I <32
V CC 时，v C1=v C2=1，故v O = V OH 保持不变；
当v I >32V CC 以后，v C1=0、v C2=1，Q=0，故v O = V OL 。因此，V T+ =32
V CC 。
b.v I 从高于32
V CC 逐渐下降的过程：
当v I >32
V CC 时，v C1=0、v C2=1，Q=0，故v O = V OL 。
当31V CC < v I <32
V CC 时，v C1=v C2=1，故v O = V OL 保持不变；
当v I <31V CC 时，v C1=1、v C2=0，Q=1，故v O = V OH ；因此，V T — =31
V CC 。
电压传输特性如P325图9.25所示。回差电压为△V T = V T+—V T —=31
V CC 。
3、用555定时器接成的单稳态触发器
若以555定时器的v I2端作为触发信号的输入端，并将由T D 和R 组成的反相器输出电压v ’O 接至v I1端．同时在v I1对地接入电容C ，就构成了如P327图9.26所示的单稳态触发器。其工作原理分析与用门电路构成的单稳态触发器的工作原理相同，可以采用波形分析法。
现将这种分析方法的步骤归纳如下：
a.分析电路的工作过程．定性地画出电路中各点电压的波形，找出决定电路状态发生转换的控制电压。
b.画出控制电压充、放电的等效电路，并将得到的电路化简。
c.确定每个控制电压充、放电的起始值、终了值和转换值。 e ．计算充、放电时间，求出所需的计算结果。
4、用555定时器接成的多谐振荡器
先将555定时器接成施密持触发器，然后只要把施密持触发器的反相输出端经RC 积分电路接回到它的输入端，就构成了多谐振荡器。其原理图如P328图9.28所示。输出电压波形如图9.29。
电路的振荡周期为 2ln )2(21C T R R +=
占空比为 R R R R T T q 2121212++==
二、本讲重点
1、555定时器的电路结构与工作原理。
2、用555构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的特点与典型电路的工作原理。
三、本讲难点
555定时器的电路结构与工作原理分析。采用部分单元与整体分析相结合和列功能表的方法，效果较好。
四、教学组织过程
本讲555定时器的结构和工作原理采用多媒体教学，555定时器的应用采用讲述，并组织学生讨论施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的不同构成方法及其优缺点；讨论脉冲整形与脉冲振荡器的区别；讨论本章的多谐振荡器与集成运放构成的多谐振荡器的区别。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
【本章小结】 本章介绍产生矩形脉冲的各种电路─脉冲整形电路和脉冲振荡电路。
最常用的脉冲整形电路有施密特触发器和单稳态触发器。多谐振荡器是脉冲振荡器的一种。矩形脉冲的产生与整形有多种方法，这里主要介绍用门电路和用555集成定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。学生应重点掌握施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的特点及其构成方法，掌握555集成定时器的结构特点、工作原理及其应用。掌握
各种矩形脉冲产生电路的分析方法─波形分析法。了解石英多谐振荡器、非对称式多谐振荡器、压控振荡器、集成施密特触发器和集成单稳态触发器的工作原理。
自我检测题 1．集成单稳触发器，分为可重触发及不可重触发两类，其中可重触发指的是在 暂稳态期间，能够接收新的触发信号，重新开始暂稳态过程。 2．如图T6.2所示是用CMOS 或非门组成的单稳态触发器电路， v I 为输入触发脉冲。指出稳态时a 、b 、d 、 e 各点的电平高低；为加大输出脉冲宽度所采取的下列措施哪些是对的，哪些是错的。如果是对的，在（ ）内打√，如果是错的，在（ ）内打×。 （1）加大R d （ ）； （2）减小R （ ）； （3）加大C （ ）； （4）提高V DD （ ）； （5）增加输入触发脉冲的宽度（ ）。 v I v O V 图 P6.2 解：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）× 3．四个电路输入v I 、输出v O 的波形如图T6.3所示，试写出分别实现下列功能的最简电路类型（不必画出电路）。 （a ）二进制计数器；（b ）施密特触发器； （c ）单稳态触发器；（d ）六进制计数器。 t t v I v t t （a ） v v （b ） t t v I v （c ）v I v （d ）
图 T6.3 4．单稳态触发器的主要用途是。 A ．整形、延时、鉴幅 B ．延时、定时、存储 C ．延时、定时、整形 D ．整形、鉴幅、定时 5．为了将正弦信号转换成与之频率相同的脉冲信号，可采用。 A ．多谐振荡器 B ．移位寄存器 C ．单稳态触发器 D ．施密特触发器 6．将三角波变换为矩形波，需选用。 A ．单稳态触发器 B ．施密特触发器 C ．多谐振荡器 D ．双稳态触发器 7．滞后性是的基本特性。 A ．多谐振荡器 B ．施密特触发器 C ．T 触发器 D ．单稳态触发器 8．自动产生矩形波脉冲信号为。 A ．施密特触发器 B ．单稳态触发器 C ．T 触发器 D ．多谐振荡器 9．由CMOS 门电路构成的单稳态电路的暂稳态时间t w 为 。 A . 0.7RC B . RC C . 1.1RC D . 2RC 10．已知某电路的输入输出波形如图T6.10所示，则该电路可能为。 A ．多谐振荡器 B ．双稳态触发器 C ．单稳态触发器 D ．施密特触发器 1 v I v o V DD R C G 1 G 2C d R d 图T6.10 11．由555定时器构成的单稳态触发器，其输出脉冲宽度取决于。 A ．电源电压 B ．触发信号幅度 C ．触发信号宽度 D ．外接R 、C 的数值 12．由555定时器构成的电路如图T6.12所示，该电路的名称是。 A ．单稳态触发器 B ．施密特触发器 C ．多谐振荡器D ．SR 触发器 R C v v O 图 T6.12 习题
第八章脉冲波形的产生与整形参考答案 一、填空题 1.由脉冲振荡器产生利用整形电路将已有的周期性变化信号变换成矩形脉 冲 2.脉冲宽度脉冲周期 3. a ，b 4. 滞回 1 5. 多谐振荡器单稳态触发器施密特触发器 6. 石英晶体暂稳态 7. 定时整形延时 8. 脉冲鉴幅器电平比较器 9.无稳态电路 10.开关器件，高、低电平，反馈网络，延迟环节，延时 11.稳态，稳态，暂稳态，暂稳态，稳态 二、选择题 1．C 2．B 3．C 4．B 5．D 6．B 7．B 8. A 9. B 10.C 三、判断题 1.对 2.对 3.错 4错 5.对 6. 对 7. 错 8. 错 9. 对 10.错 11.对 12.错 13.对 14.错 15.对 16.错 17.对
四、简答题 1. （10-4中）555定时器3个5 k Ω电阻的功能是什么？ 参考答案： 电阻分压器包括三个5k Ω电阻，对电源U DD 分压后，确定比较器（C 1、C 2）的参考电压分别为DD R132U U = ，DD R23 1U U =。（如果C-U 端外接控制电压U C ，则C R1U U =，C R221U U =）。 2.（10-4难） 由555定时器组成的施密特触发器具有回差特性，回差电压△U T 的大小对电路有何影响？ 参考答案： 回差电压越大，施密特触发器的抗干扰能力越强，但灵敏度越低。 3.（10-4难） 用555定时器组成的施密特触发器电路如图（a ）所示，若输入信号u I 如图(b)所示，请画出u O 的波形。 参考答案： U0的波形如图所 示
4.（10-4易）图示是555定时器组成的何种电路？ 参考答案：图示是由555定时器组成的单稳态触发器。 5.（10-3中）单稳态触发器的特点有哪些？ 参考答案： 1. 电路中有一个稳态，一个暂稳态。 2. 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 3. 暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于RC 电路的参数值。 6.（10-3中）施密特触发器具有什么特点？ 参考答案： 1. 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 2. 输入信号增加和减少时，电路有不同的阈值电压。 7.（10-4难）看图回答问题：图示是占空比可调的方波发生器，试简单说明起工作过程。 参考答案： 接通电源后，电容C被充电，v C上升，当v C上升到大于2/3V CC时，触发器被复位，放电管T 导通，此时v0为低电平，电容C通过R2和T放电，使v C下降。当v C下降到小于1/3V CC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。电容器C放电结束, 当C放电结束时，T截止，V CC将通过R1、R2向电容器C充电，v C由1/3V CC上升到2/3V CC，当v C上升到2/3V CC时，触发器又被复位
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。 9.1 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) 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。 ② RC环形多谐振荡器 如图9－2所示,RC环形多谐振荡器由3个非门（G1、G2、G3）、两个电阻（R、RS）和一个电容C组成。电阻RS是非门G3的限流保护电阻,一般为100Ω左右；R、C为定时器件,R 的值要小于非门的关门电阻,一般在700Ω以下,否则,电路无常工作。此时,由于RC的值较大,从u2到u4的传输时间大大增加, 基本上由RC的参数决定,门延迟时间tpd可以忽略不计。 图9－2 RC环形多谐振荡器 ａ.工作原理 设电源刚接通时,电路输出端uo为高电平,由于此时电容器C尚未充电,其两端电压为零,则u2、u4为低电平。电路处于第1暂稳态。随着u3高电平通过电阻R对电容C充电,u4电
6 脉冲的产生与整形习题解答108 自我检测题 1.理想方波的主要参数有频率（周期）、幅度、占空比。 2.实际方波信号的上升时间定义是上升沿从10%Vm 上升到90%Vm 所需要的时间。 3.方波信号的获取有两种方法，一种是直接产生，一种是利用已有信号整形或变换产生。 4.施密特触发器的主要参数有V T+、V T-和回差电压。 5.在图 6.2-3所示的施密特触发器中，如果R1>R2，则当v i=0V时，G1和G2的输出状态无法确定。 6．为了构成多谐振荡器，应采用反（同、反）相施密特触发器。 7．多谐振荡器也称方波发生器，“多谐”是指方波中除了基波成分外，还含有高次谐波。 8．集成单稳触发器，分为可重触发及不可重触发两类，其中可重触发指的是在暂稳态期间，能够接收新的触发信号，重新开始暂稳态过程。 9．如图T6.9所示是用CMOS或非门组成的单稳态触发器电路，v I为输入触发脉冲。指出稳态时a、b、d、e各点的电平高低；为加大输出脉冲宽度所采取的下列措施哪些是对的，哪些是错的。如果是对的，在（）内打√，如果是错的，在（）内打×。 （1）加大R d （）； （2）减小R（）； （3）加大C（）； （4）提高V DD （）； （5）增加输入触发脉冲的宽度（）。 v I v O V 图P6.9 解：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）× 10．四个电路输入v I、输出v O的波形如图T6.10所示，试写出分别实现下列功能的最简电路类型（不必画出电路）。 （a）二进制计数器；（b）施密特触发器； （c）单稳态触发器；（d）六进制计数器。
6 脉冲的产生与整形习题解答 109 t t v I v t t （a ） v v （b ） t t v I v （c ）v I v （d ） 图 T6.10 11．单稳态触发器的主要用途是 。 A ．整形、延时、鉴幅 B ．延时、定时、存储 C ．延时、定时、整形 D ．整形、鉴幅、定时 12。 A ．多谐振荡器B ．移位寄存器C ．单稳态触发器 13 A ．单稳态触发器 D ．双稳态触发器 14．滞后性是 的基本特性。 A ．多谐振荡器 B ．施密特触发器 C ．T 触发器 D ．单稳态触发器 15．自动产生矩形波脉冲信号为 。 A ．施密特触发器 B ．单稳态触发器 C ．T 触发器 D ．多谐振荡器 16．由CMOS 门电路构成的单稳态电路的暂稳态时间t w 为 。 A . 0.7RC B . RC C . 1.1RC D . 2RC 17．已知某电路的输入输出波形如图T6.17所示，则该电路可能为 。 A ．多谐振荡器 B ．双稳态触发器 C ．单稳态触发器 D ．施密特触发器 1 v I v o V DD R C G 1 G 2C d R d 图T6.17 18．由555定时器构成的单稳态触发器，其输出脉冲宽度取决于 。 A ．电源电压 B ．触发信号幅度 C ．触发信号宽度 D ．外接R 、C 的数值 19．由555定时器构成的电路如图T6.19所示，该电路的名称是 。
脉冲波形的产生和整形 【本章主要内容】本章主要介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路。在脉冲整形电路中，介绍两类最常用两类整形电路─施密特触发器和单稳态触发器；在脉冲振荡电路中，介绍多谐振荡电路。上述电路可以采用门电路构成，也可以采用555集成定时器构成。重点讨论555集成定时器的工作原理及其应用。 【本章学时分配】本章共分2讲，每讲2学时。 第二十八讲用门电路组成的脉冲波形产生与整形电路 一、主要内容 1、基础知识 脉冲在数字电路中应用极为普遍，它的获取和分析是数字电路的一个组成部分。 1）矩形脉冲的获取方法 a.利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲； b.通过各种整形电路把已有的周性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。 2）矩形脉冲的主要参数 为了定量描述矩形脉冲的特性，通常为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出P308图9.1中所标注的几个主要参数。这些参数是： 脉冲周期T—周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。有时也使用频率f=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。 脉冲幅度V m—脉冲电压的最大变化幅度。 脉冲宽度t w—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。 上升时间t r——脉冲上升沿从0.1V m升到0.9V m所需要的时间。 t f——脉冲下降沿从0.9V m下降到0.1V m所需要的时间。 下降时间 t w／T。 占空比q——脉冲宽度与脉冲周期的比值，亦即q＝ 2、用门电路组成的施密特触发器 1）施密特触发器的工作特点 a.输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。电路有不同的阈值电压，即具有滞后的电压传输特性。 b.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。 利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的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脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。 2）滞后的电压传输特性 滞后的电压传输特性，即输入电压上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入电压的下降过程中对应的输入转换电平不同（阈值电平不同），这是施密特触发器固有的特性。 上升时的阈值电压V T+称为正向阈值电压，下降时的阈值电压V T—称为负向阈值电压，它 们之间的差值称为回差电压△V T。 3）用门电路组成的施密特触发器的工作原理 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P309图9.2（a）所示的施密特触发器电路。 a.分析v I从0逐渐升高并达到v’I=V T+引发的正反馈过程；
第6章脉冲波形的产生与整形 教学目标 ●理解脉冲波形的产生与整形的原理 ●理解555定时器的结构框图和工作原理 ●掌握555定时器的应用电路及其工作原理 ●熟悉单稳态、多谐振荡器以及施密特电路，并能掌握其应用 本章节是以555设计制作振荡电路为项目，通过对555理论知识的简介，从实际使用目标出发，最终设计并制作出振荡电路。并在设计制作振荡电路的过程中能够正确使用万用表、示波器等仪表仪器。 6.1 555定时器 555定时器又称时基电路，是一种将模拟功能和数字功能巧妙结合在一起的中规模集成电路。因其电路功能灵活，只要外接少许的阻容元件局就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路。故在信号的产生于整形、自动检测及控制、报警电路、家用电器等方面都有广泛的应用。 6.1.1 电路组成 图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TTL晶体管；单极型内部采用的则是CMOS场效应管。功能完全一样，区别是TTL定时器驱动能力大于CMOS定时器。下面，以TLL集成定时器NE555为例进行介绍。 NE555集成定时器内部电路如图6.1所示，主要由3个电阻R组成的分压器、2个高精度电压比较器C1和C2、1个基本RS触发器、1个作为放电的三极管V及输出驱动G3组成。
数字电子技术基础 2 图6.1 NE555集成定时器内部电路 图6.2所示为555定时器的逻辑符号和管脚图。 图6.2 555逻辑符号和管脚 1.分压器 分压器由3个阻值相等的电阻串联而成，将电源电压DD V 分为三等份，其作是为比较器C 1和C 2提供2个参考电压V +1（比较器C1同相输入端，管脚5）、V -2（比较器C 2反相输入端），若控制电压端C O 悬空或通过电容接地，则有： DD V V 3 12 =- 如果在TH 端外接电压可改变比较器C 1和C2的参考电压。
第八章脉冲波形的产生和变换 一、填空题 1.(10-1中)矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是________________；另一种是________________________。 2.（10-1易）占空比是_________与_______的比值。 3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a.T T L,b.C M O S）产品，为7555的是（a.T T L, b.C M O S）产品。 4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。 5．（易，中）常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。 6．（中）为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入。 7.（10-3易）在数字系统中，单稳态触发器一般用于______、 ______、______等。 8.（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作 为________、_________。 9.（10-2易）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为________。 10.（10-2中）由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点: 首先，电路中含有________，如门电路、电压比较器、BJT 等。这些器件主要用来产生________；其次，具有________, 将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，以获得所需要的振荡频率。在许多实用电路中，反馈网络兼有_____作用。 11.（10-3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。外加触发信号，电路由_____翻转到_____。电容充电时，电路由______自动返回至______。 二、选择题 1．（10-2中）下面是脉冲整形电路的是（）。 A.多谐振荡器 B.J K触发器 C.施密特触发器 D.D触发器 2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。
上次课内容及要求： 1、反馈置数法及应用。（熟悉） 2、时序逻辑电路的应用举例。（了解） 3、时序逻辑电路一章小结。 本次上课内容（2学时） 第六章 脉冲信号的产生与整形 两种方法：利用脉冲振荡器直接产生脉冲；对已有的波形进行整形变换。 能实现该功能的电路有：单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器及定时器。 §6-1 单稳态触发器 单稳态触发器有3个特点：①电路有一个稳态,一个暂稳态；②在外来触发信号的作用下，电路可由稳态翻转到暂稳态；③暂稳态不是一个能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。 单稳态触发器的结构类型：与非门构成；微分型、积分型；TTL 、CMOS ：单片集成。 6-1-1 微分型CMOS 单稳态触发器 一、电路组成及工作原理 如图1：、为CMOS 或非门，通过RC 微分电路耦合。设1G 2G T OFF ON V V V ==，V 称为门坎电平。 T 1、稳态 无触发信号，即0=i V 时，CMOS 门的输入端不 取电流，电容C 在稳定状态又相当于开路，则为低电平，为高电平，使电容两端的电压接近为0，这是电路的稳态。 02V 01 V 图1 微分型单稳态触发器 2、外加触发信号，电路由稳态转入暂态。 当正跳上升到时，的输出变为低电平，经电容C 耦合，使为低电平，则门的输出为高电平。但电路的这种状态是不能长久保持的，故称之为暂态。 i V T V 1G R V 2G 02V 3、由暂稳态自动返回稳态 电路进入暂稳态后，经电阻R 及门的输出电阻对电容C 充电，不断上升， DD V 1G R V
当上升到时，产生如下的正反馈过程（假定这时触发信号已消失） ： R V T V ↑↓→↑→→0102V V V C R 充电 电路迅速退出暂态。 暂稳态结束，电容C 通过电阻R 放电，使C 上的电压恢复到触发前的初始值，即为电路的恢复过程。电路各点的工作波形如图2所示。图中，由于CMOS 门的输入端有保护二极管存在，所以，V 波形的最大值为V R D DD V +，而不是V 。 T DD V +二、电路主要参数 1、输出脉冲宽度 po t 图2 电路各点波形 输出脉冲宽度t （暂态的维持时间）可根据V 的波形计算得 R po ) ()() 0()(ln 2t V V V V t R R R R po ?∞+?∞=τ 由于V =0，)0(+R DD R V V =∞)(，RC =τ，V T R V t =)(2，得 T DD DD po V V V RC t ?=ln 如果DD T V V ，则 2 1= RC t po 7.0≈ 2、最高工作频率 max f 设触发信号V 的时间间隔为T ，则应满足。为恢复时间，即为暂稳态结束后电容C 放电到0V 所需时间，一般约为i re po t t T +>re t re t d τ3，d τ为放电时间常数。这样，最小时间间隔re po t t T +=min 。因此，单稳态触发器的最高工作频率为： re po t t T f += = 1 1min max 常用的集成单稳态触发器属TTL 型的有74LS121、74LS123等，属CMOS 型的有
第八章 脉冲波形的变换与产生 555定时器及其应用 1.电路结构及工作原理 555定时器内部由分压器、 电压比较器、RS 锁存器（触发器）和 集电极开路的三极管T 等三部分组成， 其内部结构及示意图如图22a)、22b) 所示。 在图22b ）中，555定时器是 8引脚芯卡，放电三极管为外接电 路提供放电通路，在使用定时 器时，该三极管集电极 （第7脚）一般要接上拉电阻， 1C 为反相比较器，2C 为同相 比较器，比较器的基准电压由 电源电压CC V 及内部电阻分压 比决定，在控制CO V （第5脚） 3 V cc 触发输入VI2 阀值输入VI1 控制电压VCO 12345 6 7 8 GND 触发 输出 复位 控制电压 阀值放电V cc 555 图22b) 引脚图
悬空时，CC R V V 321=、CC R V V 31 2=; 如果第5脚外接控制电压， 则=1R V CO V 、2 1 2= R V CO V ，d R 端（第4脚）是复位端，只要d R 端加上低电平，输出端（第3脚）立即被置成低电平，不受其它输入状态的影响，因此正常工作时必须使d R 端接高电平。 由图22a)，1G 和2G 组成的RS 触发器具有复位控制功能，可控制三极管T 的导通和截止。 由图22a)可知， 当1i V >1R V （即1i V >CC V 32 ）时，比较器1C 输出0=R V 当2i V >2R V （即>2i V CC V 31 ）时，比较器2C 输出1=S V RS 触发器Q ＝0 3G 输出为高电平，三极管T 导通，输出为低电平（0=o V ） 当1i V <1R V （即1i V