电子技术 课件 第九章 脉冲信号的产生与整形电路

第九章脉冲信号的产生与整形电路脉冲信号一、什么是脉冲信号？持续时间较短、有特定变化规律的电压或电流信号尖顶脉冲信号三角波信号矩形脉冲信号

常用的有施密特触发器和单稳态触发器。

脉冲信号产生与整形的方法获取脉冲信号的方法

脉冲信号产生与整形电路的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。用多谐振荡器直接产生。

用整形电路对已有波形进行整形、变换。

施密特触发器主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器

主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用专用的集成电路。用

555

定时器构成。三、描述矩形脉冲特性的主要参数T:脉冲周期Vm

：脉冲幅度tw

：脉冲宽度tr

：上升时间tf

：下降时间q

：占空比q=tw/T主要内容9.1555定时器

555定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型555定时器为5~16V，CMOS555定时器为3~18V)，可提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。

TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。555定时器9.1.1电路组成C1C2G3QQG1G2RSVR5k

5k

5k

UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号627153843OUT输出端

8VCC电源端

4RD直接置0端

DIS7放电端TH6阈值输入端TR2触发输入端CO5控制电压输入端

GND1接地端

集电极开路输出端UR1UR2构成电阻分压器，为比较器

C1、C2提供两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。

输出缓冲器OUT=Q构成基本RS触发器，决定电路输出。

放电管，其输入为Q，输出为开路集电极。Q构成电压比较器，比较TH与UR1和TR与

UR2的大小。2.工作原理101导通定时器

5G555的功能表不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT

=

QRDTRTH输出输入××

直接置0端RD低电平有效，优先级最高。不用时应使其为1。2.工作原理不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT

=

QRDTRTH输出输入××定时器

5G555的功能表01导通01102.工作原理不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT

=

QRDTRTH输出输入××定时器

5G555的功能表10截止10012.工作原理不变不变1截止11导通01导通00V状态OUT

=

QRDTRTH输出输入××定时器

5G555的功能表11555定时器的功能表使用要点

不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××(1)

RD低电平有效,优先级最高，

不用时应接高电平。通常不用CO端，为了提高电路工作稳定性，将其通过0.01

F电容接地。(3)

TR低电平有效，TH高电平

有效，因此，TH加低电平、

TR加高电平时为非有效电

平，电路状态不变。(4)输出

0

时，Q

=

1，因此

V

导通；输出

1

时，

Q

=

0，故

V

截止。(5)注意：①

TH

电平高低是与

2/3VCC相比较，TR

电平高低是与

1/3VCC相比较。②若控制输入端

CO

加输入电压

uCO，则

UR1=

uCO

UR2=

uCO/2，故

TH

和

TR

电平高低的比较值将变成

uCO和

uCO/2。(2)TH和TR均为高电平时输出

0，均为低电平时输出

1。主要内容9.2555定时器应用1.施密特触发器UOLUOH(一)施密特触发器的特性和符号

UT=UT+-

UT-回差电压施密特触发器工作特点(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。(2)有两个阈值电压。(3)有两个稳态。UT+OuOuIUT-正向阈值电压负向阈值电压

当uI从小增大时，经过UT+处才能使输出发生跃变。

当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。SchmittTriggerUOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的与非门符号二、施密特触发器的电压传输特性与符号回差特性三、施密特触发器的类型

1、用门电路组成的施密特触发器2、集成施密特触发器（7413）3、由555构成的施密特触发器施密特触发器工作原理

0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当TH=TR=uI>2/3VCC时电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当TH=TR=uI<1/3VCC时1/3VCC0当1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC时当uI<1/3VCC时当uI由高电平逐渐下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC时不变不变1截止11导通01导通00V状态OUTRD输出输入TRTH××UT+=2/3VCCUT-

=1/3VCC

UT=UT+-

UT-

=1/3VCCOuItuOUT+UT-Ot施密特触发器应用举例波形变换将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。UOHUOL

uI>

UT+

后，uO=

UOL,只有当uI下降到经过UT-

时，uO才会发生跃变。

uI<UT-后，uO=UOH只有当

uI上升到经过

UT+时，uO才会发生跃变。脉冲整形将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。OuItOuOtUT+UT-OuItuOUT+UT-Ot脉冲幅度鉴别鉴别并取出幅度大于UT+的脉冲。UOLUOHOuO/Vt[例]试对应输入波形画出下图中输出波形。184355557+12V0.01

FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可画出输出波形为

电路构成反相输出的施密特触发器2.单稳态触发器(一)工作特点与电路符号有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。工作特点暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲无关。monostableflip-flopGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FRCuIuOuC-+单稳态触发器1.电路组成DISTHVCCRR、C为定时元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01

FCuC-+单稳态触发器暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度tW仍从第一次触发开始计算。

暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。

可重复触发型不可重复触发型uOuI1uOuI限定符号“1

”表示不可重复触发型单稳态触发器。限定符号“”表示可重复触发型单稳态触发器。

下面通过工作波形的分析来说明可重复触发型和不可重复触发型触发器的区别。单稳工作波形举例不可重复触发型单稳输出波形可重复触发型单稳输出波形输入波形OuItOuOtOuOttWtWtWtW暂稳态期间不能再次触发。暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽tW。触发脉冲到来时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持续时间tW后重新自动回到稳态。外触发脉冲未来时，输出为稳态。2.工作原理1.稳定状态

接通电源后VCC经R向C充电，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=

UIH(应

>

1/3

VCC)。

当uC

≥2/3VCC时，满足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC

0V。这时TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低电平不变。因此，稳态时

uC

0V，uO为低电平。充电导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH2.触发进入暂稳态

2.工作原理uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

当输入uI由高电平跃变为低电平

(应<1/3VCC)时，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC

上升。UILUOH充电3.自动返回稳定状态

2.工作原理uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.触发进入暂稳态

UIHUOL

TH≥2/3VCC放电V

当输入uI由高电平跃变为低电平

(应<1/3VCC)时，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO跃变

为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC

上升。这时uI必须已恢复为高电平

当uC

上升到uC

≥2/3VCC时，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新跃变为低电平。同时，放电管导通，C

经V迅速放电uC

0V，放电完毕后，电路返回稳态。[例]用上述单稳态电路输出定时时间为1s的正脉冲，R=27k

，试确定定时元件

C的取值。2.工作原理uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度tW即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件R、C。

该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽tWI小于输出脉宽tWO。解：因为

tWO

1.1RC故可取标称值

33

F。估算公式tWO

1.1RC经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。(三)单稳态触发器应用举例2.

脉冲定时1.

脉冲整形因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCuBuOuC

门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。tW

uC

为与门G开通与否的控制信号。

uC=1，门G开通，信号uB通过门G输出；

uC=0，门G关闭，uB不能输出。即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。(1)不需输入信号。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。3.多谐振荡器

(一)多谐振荡器的工作特点和符号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，输出周期性的矩形脉冲信号。GuO工作特点AstableMultivibratorGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FR1CuOuC-+R21.电路组成DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01

FOUTuOCuC-+R22.工作原理uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充电UOHTH=TR=uC很小Ⅰ

接通VCC后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，放电管截止，VCC经R1、R2向C充电，uC

上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。

2.工作原理uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

当uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC时，uO跃变为低电平，同时放电管

V导通，C经R2和V放电，uC

下降，电路进入暂稳态Ⅱ。Ⅱ

接通VCC后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，放电管截止，VCC

经R1、R2向C充电，uC

上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。

放电

当uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC时，uO重新跃变为高电平，同时放电管V截止，C又被充电，uC

上升，电路又返回到暂稳态Ⅰ。2.工作原理uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ

当uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC时，uO跃变