数字电子技术：10 脉冲产生与整形

2009.1.610.1概述1、介绍数字电路中使用的脉冲整形电路：

施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器2、重点介绍555定时器及其应用：

555定时器的电路结构与功能，用555定时器接成的施密特触发器，用555定时器接成的单稳态触发器，用555定时器接成的多谐振荡器。时间常数计算。2009.1.61.获取矩形脉冲波形利用多谐振荡器直接产生利用整形电路把周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲10.1概述2.描述矩形脉冲特性的指标trtfTWT0.9Um0.5Um0.1UmUm2009.1.610.1概述RC

充放电回路滞回比较器图

8.3.2t1t2tOuCOuOtt3复习：模电中学过的方波产生电路2009.1.6复习：电路理论：一阶电路的全响应一、全响应的定义

换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全响应。

2009.1.6

换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全响应。以上图为例，开关接在1位已久，uC（0-）=U0

，电容为非零初始状态。t=0时开关打向2位进行换路，换路后继续有电源US作为RC串联回路的激励，因此t≥0时电路发生的过渡过程是全响应。

利用求解微分方程的方法，可以求得电容电压uC全响应的变化通式为二、全响应的变化规律2009.1.6结论：

全响应是零输入响应与零状态响应的叠加，或稳态响应与暂态响应的叠加。上式还可写为2009.1.6一阶电路的全响应规律总结：

通过前面对一阶动态电路过渡过程的分析可以看出，换路后，电路中的电压、电流都是从一个初始值f（0+）开始，按照指数规律递变到新的稳态值f（∞），递变的快慢取决于电路的时间常数τ。

一、一阶动态电路的三要素

初始值f（0+）稳态值f（∞）时间常数τ

一阶动态电路的三要素2009.1.6二、三要素法的通式进一步推得：

由此式可以确定电路中电压或电流从换路后的初始值变化到某一个数值所需要的时间2009.1.6（常用的一类脉冲整形电路）10.2.1用门电路组成的施密特触发器10.2施密特触发器2009.1.610.2施密特触发器2009.1.610.2施密特触发器2009.1.610.2施密特触发器2009.1.6电压传输特性曲线：同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器以V0'作输出端10.2施密特触发器2009.1.6

回差电压∆VT=VT+—VT-通过改变R1和R2的比值，可以调节VT+、VT-和回差电压的大小，但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。10.2施密特触发器2009.1.6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10.2施密特触发器2009.1.63.施密特触发电路的应用（1）波形变换:

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信号。10.2施密特触发器2009.1.6（2）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。10.2施密特触发器2009.1.6（3）脉冲鉴幅：

可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。10.2施密特触发器2009.1.6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。10.3单稳态触发器

单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、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。单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的。

RC电路可接成两种形式：微分和积分电路形式。2009.1.610.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、积分型G1和G2为TTL门1、原理分析10.3单稳态触发器2009.1.610.3单稳态触发器2009.1.62.性能参数计算:输出脉宽：2009.1.610.3单稳态触发器10.3.1用门电路组成的单稳态触发器一、积分型单稳态触发器的特点特点：抗干扰能力强缺点：输出波形的边缘比较差，因为状态转换过程中没有正反馈。2009.1.6二、微分型:G1和G2为CMOS门1.原理分析10.3单稳态触发器2009.1.6二、微分型:G1和G2为CMOS门10.3单稳态触发器2009.1.62、性能参数计算输出脉宽：2009.1.62、性能参数计算输出脉宽：2009.1.6单稳态触发电路的应用：1.脉冲整形：将输入的不规则脉冲整型为具有一定幅度和一定宽度的脉冲。2.脉冲延时：可改变单稳态触发器的Rb1、C来调节延迟时间。3.定时：调节单稳电路中的定时元件Rb1或C，可改变控制时间的长短。单稳微分限幅vivovAvB10.3单稳态触发器

2009.1.6

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，便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，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。10.4多谐振荡器10.4.1对称式多谐振荡器一、工作原理（TTL）它是由两个反相器G1、G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反馈振荡回路。2009.1.610.4.1对称式多谐振荡器一、工作原理（TTL）10.4多谐振荡器(1)静态时（未振荡）应是不稳定的2009.1.610.4.1对称式多谐振荡器一、工作原理（TTL）10.4多谐振荡器2009.1.6二、电压波形10.4多谐振荡器2009.1.6三、振荡周期计算10.4多谐振荡器2009.1.62009.1.6三、振荡周期计算10.4多谐振荡器当C1=C2=C,RF1=RF2=RF时,T1=T22009.1.610.4.2非对称式多谐振荡器10.4多谐振荡器分析对称式多谐振荡器电路不难发现，这个电路可以进一步简化，因为静态时G1工作在电压传输特性的转折区，所以只要把它直接接到G2的输入端，G2即可得到一个介于高、低电平之间的静态偏置电压，从而G2的静态工作点也处于电压传输特性的转折区上。因此，可以把C1和RF2去掉。2009.1.610.4.2非对称式多谐振荡器一、工作原理（CMOS）10.4多谐振荡器2009.1.6二、电压波形10.4多谐振荡器2009.1.610.4.3环形振荡器

一、最简单的环形振荡器10.4多谐振荡器利用闭合回路中的正反馈作用可以产生自激振荡，同样，利用闭合回路中的延时负反馈作用也可以产生自激振荡。2009.1.6二、实用的环形振荡器(TTL)

VI2=1时，VI3=0,VC=-VH当VI2变低时，从VC=-VH开始充电，从而加长了充电时间2009.1.62009.1.610.4.4用施密特触发器构成的多谐振荡器2009.1.610.4.5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。

2009.1.61.555定时器的电路结构与功能10.5555定时器及其应用555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压：5~16v，最大负载电流：200mA；CMOS型7555定时器的电源电压：3—18v，最大负载电流：4mA。2009.1.610.5.1555定时器（数/模混合IC）一、电路结构由电压比较器（C1,C2）触发器输出缓冲器（G3,G4）OC输出的三极管（TD）组成10.5555定时器及其应用2009.1.6截止11截止11不变不变1导通01导通0XX0输出输入10.5555定时器及其应用2009.1.610.5.2用555定时器接成施密特触发器输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止2009.1.610.5555定时器及其应用2009.1.610.5.3用555定时器接成单稳态触发器输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止10.5555定时器及其应用2009.1.6输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止2009.1.62009.1.6性能参数：暂稳态输出的宽度2009.1.610.5.4用555接成多谐触发器截止11截止11不变不变1导通01导通0XX0

输出输入2009.1.610.5.4用555接成多谐触发器截止11截止11不变不变1导通01导通0XX0

输出输入电路振荡周期2009.1.610.5.4用555接成多谐触发器如希望q<50%?电路振荡频率输出脉冲占空比2009.1.62009.1.6

例1: