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第六章 脉冲波形的产生和整形. 6.1 概述 6.2 施密特触发器 （特点及其应用） 6.3 单稳态触发器 （特点及其应用） 6.4 多谐振荡器 6.5 555 定时器及其应用. *****. 第六章 脉冲波形的产生与整形. 6.1 概述. 获取矩形脉冲波形的途径有两种：. 1 、利用多谐振荡器直接产生。. 2 、利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲。. 在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作。 - PowerPoint PPT Presentation
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第六章 脉冲波形的产生和整形
6.1 概述
6.2 施密特触发器 （特点及其应用）
6.3 单稳态触发器 （特点及其应用）
6.4 多谐振荡器
6.5 555定时器及其应用*****
2
获取矩形脉冲波形的途径有两种：1 、利用多谐振荡器直接产生。
2 、利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲。
第六章 脉冲波形的产生与整形
在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作。
为了定量描述矩形脉冲的特性，给出几个主要参数
6.1 概述
3
描述矩形脉冲特性的主要参数 tr tf
tw
T
0.9 Vm
0.5 Vm
0.1 Vm
Vm
脉冲周期 T 脉冲频率 f=1/T
脉冲幅度 Vm 脉冲宽度 tw
上升时间 tr 下降时间 tf
占空比 q=tw/T
4
特点：
1 、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。（ VT+≠VT- ）
2 、在电路状态转换时，通过电路的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
应用：
常用于波形变换和整形。
6.2 施密特触发器
5
Vo
Vo'
1 1VI
VI '
R2
Vo1
G1 G2R1
6.2.1 用门电路组成的施密特触发器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，即构成施密特触发器。
G1 ， G2 为 CMOS 反相器，门电路的阈值电压为： VTH=1/2
VDD ，且 R1<R2
VI=0 时， VO=VOL 0 ， VI' 0
电路： 符号：
1 、当 VI 从 0 逐渐升高到使得 VI ’ = VTH
时，电路发生正反馈，如图所示 :
VI ' Vo1 Vo
正向阈值电压 VT+ ： VI 上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即 VI ’= VTH 时的 VI=VT+
Vo
Vo'
1 1VI
VI '
R2
Vo1
G1 G2R1
电路状态迅速转换为 Vo=VOH VDD
0,0,0 ' OTHITIOI VVVVVVV
OII VVRR
RV
21
2' 021
2
TV
RR
R
TV
RR
R
21
2THV
THTV
R
RRV
2
21 THVR
R
2
11
VT+VTH
0
VI ' Vo1 Vo
2 、当 VI 从 VDD 逐渐下降到使得 VI ’= V
TH 时 , 电路发生正反馈 , 如图所示 :
电路状态迅速转换为 Vo=VOL 0
负向阈值电压 VT- ： VI 下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即 VI ’= VTH 时的 VI=VT-
Vo
Vo'
1 1VI
VI '
R2
Vo1
G1 G2R1
VT-VTH
VDD
DDOTHITIDDODDI VVVVVVVVVV ,, '
21 RR II 21 R
VV
R
VVTHDDTTH
22
2
R
V
R
VV THTHTH
THTTH VRVRVR 122 THTHTV
R
RV
R
RRV
2
1
2
12 1
8
电压传输特性曲线：
回差电压 ∆ VT=VT+— VT-
负向阈值电压 VT-
正向阈值电压 VT+THTV
R
RV
2
11THTV
R
RV
2
11
THT VR
RV
2
12
以 V0' 作输出端
反相输出的施密特触发器
VT+VT-
同相输出的施密特触发器
VT+VT-
9
6.2.3 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。
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
11
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。
12
6.3 单稳态触发器 特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；
第二，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，电路能自动返回稳态；
第三，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。
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：微分电路形式和积分电路形式
应用：
微分型单稳态触发器 : 采用 CMOS 门电路和 RC 微分电路微分型单稳态触发器的工作波形
稳态 :
暂稳态 :
0oV
1oV上升沿触发
输出脉冲幅度： Vm=VOH-VOLVDD
输出脉冲宽度：
RC
RC
VVRC
VV
V
THDD
THC
7.0
2ln
0Vln
)(
)0()(VRClnt
DD
CCw
15
单稳态触发器的应用1. 延时与定时
图中， vO’ 的下降沿比 vI 的下降沿滞后了时间 tW 。
当 vO’=1 时，与门打开， vO=
vF 。当 vO’=0 时，与门关闭，vO 为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲 vO’ 的宽度 tW 。
1 &v I Ov
v O
单稳 与门v F
tW
v I
v O
v F
Ov
（ 2 ）定时
（ 1 ）延时
16
2. 整形
单稳态触发器能够把
不规则的输入信号 vI ，整
形成为幅度和宽度都相同
的标准矩形脉冲 vO 。
vO 的幅度取决于单稳
态电路输出的高、低电平，
宽度 tW 决定于暂稳态时间。
Iv
tWOv
t
V i
0
t
V o
0
17
6.4 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，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。
6.4.1 对称式多谐振荡器
18
6.4.2 非对称式多谐振荡器 1
A74LS04
1
A74LS04
C
G1 G2
R
.
..
6.4.3 环形振荡器
6.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
19
电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻 R 向电容充电。当充至 VT+ 时，输出跳变为低电平，电容 C又经 R 开始放电 , 当降至 VT- 时，输出跳变为高电平，又开始经电阻 R 向电容充电……。如此周而复始，电路便不停的振荡。
20
6.4.5 石英晶体多谐振荡器
振荡器的频率稳定性高
21
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 。
6.5 555 定时器及其应用
6.5.1 555 定时器的电路结构与功能
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 。
22
C1, C2 为比较器， V+>V- 时， VC=1 ； V+<V- 时， VC
=0
S
R
RD=0 时， VO=0VI1>VRI 时， VC1=0
VI1<VRI 时， VC1=1
VI2<VR2 时， VC2=0
VI2>VR2 时， VC2=1
VO=Q
VO=0 时， TD导通
VCO 外接固定电压则 VR1=VCO ， VR2=VCO/2
VCO悬空时， VR1=2VCC/3 ， VR2=VCC/3
TD 为集电极开路的放电三极管
CB555 的功能表： 输入 输出
RD VI1 R VI2 S VO TD 状态0 低 导通1 >2VCC/3 0 >VCC/3 1 低 导通1 <2VCC/3 1 >VCC/3 1 不变 不变1 <2VCC/3 1 <VCC/3 0 高 截止1 >2VCC/3 0 <VCC/3 0 高 截止
S
R
2Vcc/3
1Vcc/3
24
地 VI2 VO RD
VCC VO’ VI1 VCO
外引线排列： 逻辑符号：
输 入 输 出VI1 VI2 VO TD 状态
>2VCC/3 >VCC/3 低 导通<2VCC/3 >VCC/3 不变 不变<2VCC/3 <VCC/3 高 截止>2VCC/3 <VCC/3 高 截止
逻辑
功能：
1
2
6
58 4
3
7Ov,
vI2
I1v
vCO
VCC
vO555
DR
25
6.5.2 用 555 定时器接成施密特触发器
0.01F 为滤波电容，提高 VR1 和 VR2 的稳定性。
1
2
6
5
8 4
3
7Ov,
vI2
I1v
vCO
VCC
vO555
DR
Iv
CCV
0.01F
VT=VT+—VT- =VCC/3VI VO
<VCC/3 高
VCC/3 < VI <2VCC/3 不变
>2VCC/3 低
VT-
VT+
输 入 输 出VI1 VI2 VO TD 状态
>2VCC/3 >VCC/3 低 导通<2VCC/3 >VCC/3 不变 不变<2VCC/3 <VCC/3 高 截止>2VCC/3 <VCC/3 高 截止
1
2
6
5
8 4
3
7Ov ,vI2I1v
vCO
VCC
vO555
DR
Iv
CCV
0.01F
27
6.5.3 用 555 定时器接成单稳态触发器
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
VCC
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
vI
3ln320
ln
RC
VV
VRCt
CCCC
CCW
VI1 VI=VI2 VO
TD 状态
>2VCC/3<VCC/3 高 截止
<2VCC/3
<2VCC/3>VCC/3
不变 不变>2VCC/3 低 导通
负脉冲触发输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间。
输 入 输 出VI1 VI2 VO TD 状态
>2VCC/3 >VCC/3 低 导通<2VCC/3 >VCC/3 不变 不变<2VCC/3 <VCC/3 高 截止>2VCC/3 <VCC/3 高 截止
tW tW
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
VCC
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
vI
29
6.5.4 用 555 定时器接成多谐振荡器
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
R
VCC
1
2
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
P
VI VO
TD 状态
<VCC/3 高 截止VCC/3 < VI <2VCC/3 不变 不变
>2VCC/3 低 导通
充电： R1 、 R2 、 C
放电： R2 、 C
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
R
VCC
1
2
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
P
31
参数计算（ 1 ）电容充电时间 T1 ：
CRRCRRVV
VVCRRT
TCC
TCC )(7.02ln)(ln)( 2121211
（ 2 ） 电容放电时间 T2
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
（ 5 ）输出波形占空比 q
CRRTf
)2(7.0
11
21
21
211
2RR
RR
T
Tq
（ 4 ）电路振荡频率 f
（ 3 ）电路振荡周期 T
CRCRV
VCRT
T
T2222 7.02ln
0
0ln
q 始终大于 50%
32
二． 占空比可调的多谐振荡器电路
利用半导体二极管的单向导电特性，把电容 C 充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。
21
1
RR
R
可计算得： T1=0.7R1C
T2=0.7R2C
占空比：
CRCR
CR
21
1
7.07.0
7.0
T
Tq 1
21
1
TT
T
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
VCC
C1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
D
D1
2
1R
2R
33
例 6.5.1 试用 CB555 定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为 1秒，输出脉冲幅度大于 3v而小于 5v ，输出脉冲的占空比 q=2/3
21
211
2RR
RR
T
Tq
21 RR
3
2
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C=1
FC 10取
7.03
11 CR
K487.0103
15
21 RR KRR 4721取
再加一个 2KΩ的电位器
解：
34
1
2
6
5
8 4
3
7Ov,
v I2
I1v
vCO
VCC
vO555
DR
Iv
CCV
0.01F
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
VCC
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
vI
35
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
R
R
VCC
1
2
C 1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
P
2
6
VCC RD
O
555
3
v I2
I1v
8 4
v
7
VCC
C1 5
0.01 ¦ÌFC 1
vC
D
D1
2
1R
2R
36
1. 简易温控报警器
多谐振荡器应用实例
2
6
VCC RD
555
3
v I2
I1v
8 47
R
R
VCC
1
2
C 1 5
0.01C 1
10¦Ì/10VC 2
20k
100k
0.01
3R2k
£¨+6V£©
T
3AX31
¦Ì¦Ì
37
2. 双音门铃
1
vI1
8
1
2R
555
0.01
1
5C
RR D
4
2
7
V
I2
6v
CC3k
3k
0.1 ¦Ì¦Ì
R44.7k
3C
47¦Ì
C
D
D1
22CP
3R 3.9kCCV
£¨+6V£©
C 2
47¦Ì3
8¦¸
P
AN
38
3. 秒脉冲发生器
CMOS石英晶体多谐振荡器产生 f=32768Hz 的基准信号，
经 T/ 触发器构成的 15 级异步计数器分频后，便可得到稳定度
极高的秒信号。
这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。
39
间歇振荡器（报警器）
100
R
7
6
0.01
¦ÌF
R
¦ÌF
D
10
C¦ÌF
5
CC
4
2
R
4
v
6
VD
5
R
I2
7
3
v2
(+12V)
I1
555C v
4
5
V
O
11
I2
8
V
vI1
v
100k¦¸
2
C
C
v
8CC 10k¦¸
¦ÌFv
1
CC
3
555
0.01
150k¦¸
1 10k¦¸
R
R
2
3 10k¦¸R
40
1. 触摸定时控制开关
555 定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片 P ，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚 2 ）加入一个负脉冲， 555 输出端输出高电平，灯泡（ RL ）发光，当暂稳态时间（ tW ）结束时， 555 输出端恢复低电平，灯泡熄灭。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。
单稳态触发器应用实例
8 4
7
6
2
1 5
35 5 5
+V CC
RL
R100k
C100¦Ì C 1
0.01¦Ì
(+6V)
P
41
2. 触摸、声控双功能延时灯
555 和 T1 、 R3 、 R2 、 C4 组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为 1 分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时， HTD 将声音信号转换成电信号，经 T2 、 T1 放大，触发 555 ，使 555 输出高电平，触发导通晶闸管 SCR ，电灯亮；
同样，若触摸金属片 A 时，人体感应电信号经 R4 、 R5 加至 T1基极，也能使T1导通，触发 555 ，达到上述效果。
8 4
7
6
2
1 5
3
C 447¦Ì
C0.01¦Ì
55 5NE
A
~220V
R 3
R1M2
20k
SCR
MCR100
4.7M
4.7M
R 4
R 5
R 6R 71M
10k
5C0.022¦Ì
T T12
9014
9013
HTD
C 3
220¦Ì
D
1N4004 C 1
0.56¦Ì/400V
1R330
0.01¦ÌC 2
VDD £¨+6V£©
DW2CW13
42
1
2
6 555Iv
5
7
VCC (+5V)
8 4
3v O1
vI
8
3
(+5V)
4
CCV
7 O2
555
12
5
6
v Ov1
R
CT
D D1 2
心律失常报警电路
43
V I
T+V
T-V
Vo1
CV
2
3CCV
Vo2
oV
