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1、第第8 8章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形本章导读本章导读本章导读本章导读通过本章的学习，使读者了解：通过本章的学习，使读者了解：通过本章的学习，使读者了解：通过本章的学习，使读者了解：在数字电路中，提供时钟脉冲信号在数字电路中，提供时钟脉冲信号在数字电路中，提供时钟脉冲信号在数字电路中，提供时钟脉冲信号CPCP及各及各及各及各种不同频率的脉冲信号一般有两种方法，一是种不同频率的脉冲信号一般有两种方法，一是种不同频率的脉冲信号一般有两种方法，一是种不同频率的脉冲信号一般有两种方法，一是由矩形波振荡器提供，二是利用整形电路将已由矩形波振荡器提供，二是利用整形电路将已由矩形波振荡器提
2、供，二是利用整形电路将已由矩形波振荡器提供，二是利用整形电路将已有的信号变换成所需要的脉冲波形（如矩形波、有的信号变换成所需要的脉冲波形（如矩形波、有的信号变换成所需要的脉冲波形（如矩形波、有的信号变换成所需要的脉冲波形（如矩形波、尖脉冲波、锯齿波等）。本章主要介绍集成尖脉冲波、锯齿波等）。本章主要介绍集成尖脉冲波、锯齿波等）。本章主要介绍集成尖脉冲波、锯齿波等）。本章主要介绍集成555555定时器、施密特触发器、单稳态触发器、多谐定时器、施密特触发器、单稳态触发器、多谐定时器、施密特触发器、单稳态触发器、多谐定时器、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器和相应的集成电路产品及其应用等。振荡器
3、和相应的集成电路产品及其应用等。振荡器和相应的集成电路产品及其应用等。振荡器和相应的集成电路产品及其应用等。8.1 脉冲电路概述脉冲电路概述脉冲电路的主要作用是产生脉冲信号和进行脉冲脉冲电路的主要作用是产生脉冲信号和进行脉冲脉冲电路的主要作用是产生脉冲信号和进行脉冲脉冲电路的主要作用是产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换。信号的变换。信号的变换。信号的变换。几种常用的脉冲波形几种常用的脉冲波形几种常用的脉冲波形几种常用的脉冲波形脉冲波形的参数脉冲波形的参数脉冲波形的参数脉冲波形的参数V Vmm 脉冲最大幅度脉冲最大幅度脉冲最大幅度脉冲最大幅度t tr r 脉冲上升时间脉冲上升时间脉冲上升时间脉冲上
4、升时间t tf f 脉冲下降时间脉冲下降时间脉冲下降时间脉冲下降时间t tP P 脉冲宽度脉冲宽度脉冲宽度脉冲宽度TT周期周期周期周期ff频率频率频率频率DD占空比占空比占空比占空比8.2 集成集成555定时器定时器555555定时器是一种中规模集成定时电路（也称定时器是一种中规模集成定时电路（也称定时器是一种中规模集成定时电路（也称定时器是一种中规模集成定时电路（也称555555时基电路），时基电路），时基电路），时基电路），555555定时电路的产品有双极型和定时电路的产品有双极型和定时电路的产品有双极型和定时电路的产品有双极型和CMOSCMOS型两种。型两种。型两种。型两种。1.1.电路
5、形式电路形式电路形式电路形式555555集成电路内部结构框图集成电路内部结构框图集成电路内部结构框图集成电路内部结构框图8.2 集成集成555定时器定时器2.功能功能阈值端阈值端阈值端阈值端触发端触发端触发端触发端复复复复位位位位端端端端触发触发触发触发器状器状器状器状态态态态定时器定时器定时器定时器状态状态状态状态三极管状三极管状三极管状三极管状态态态态 2V cc/32V cc/3 V cc/3V cc/31 10 00 0饱和饱和饱和饱和 2V cc/3 V cc/3 V cc/31 1保持保持保持保持保持保持保持保持保持保持保持保持 2V cc/3 2V cc/3 V cc/3 V c
6、c/31 11 11 1截止截止截止截止 0 00 00 0饱和饱和饱和饱和8.3 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是一种脉冲信号整形电路，它与施密特触发器是一种脉冲信号整形电路，它与施密特触发器是一种脉冲信号整形电路，它与施密特触发器是一种脉冲信号整形电路，它与一般触发器一样有两个稳定工作状态，但与前面一般触发器一样有两个稳定工作状态，但与前面一般触发器一样有两个稳定工作状态，但与前面一般触发器一样有两个稳定工作状态，但与前面介绍的触发器有如下介绍的触发器有如下介绍的触发器有如下介绍的触发器有如下不同不同不同不同:施密特触发器属于电平触发器，缓慢变化的施密特触发器属于电平触发器，缓慢变
7、化的施密特触发器属于电平触发器，缓慢变化的施密特触发器属于电平触发器，缓慢变化的信号也可作触发输入信号，当触发输入信号达到信号也可作触发输入信号，当触发输入信号达到信号也可作触发输入信号，当触发输入信号达到信号也可作触发输入信号，当触发输入信号达到某一特定阈值时，输出电路会发生突变，施密特某一特定阈值时，输出电路会发生突变，施密特某一特定阈值时，输出电路会发生突变，施密特某一特定阈值时，输出电路会发生突变，施密特触发器的状态会从一个稳态翻转到另一个稳态。触发器的状态会从一个稳态翻转到另一个稳态。触发器的状态会从一个稳态翻转到另一个稳态。触发器的状态会从一个稳态翻转到另一个稳态。回差特性。回差特
8、性。回差特性。回差特性。无记忆功能无记忆功能无记忆功能无记忆功能:施密特触发器的稳态要靠外加施密特触发器的稳态要靠外加施密特触发器的稳态要靠外加施密特触发器的稳态要靠外加信号维持，信号撤除会导致电路状态的改变。信号维持，信号撤除会导致电路状态的改变。信号维持，信号撤除会导致电路状态的改变。信号维持，信号撤除会导致电路状态的改变。8.3.1 由由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.电路组成电路组成由定时器构成的施密特触发器由定时器构成的施密特触发器由定时器构成的施密特触发器由定时器构成的施密特触发器 8.3.2 回差电压可调的施密特触发器回差电压可调的施密特触发器回差电压可
9、调的施密特触发器回差电压可调的施密特触发器回差电压可调的施密特触发器回差电压可调的施密特触发器 8.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 波形变换波形变换 波形变换波形变换波形变换波形变换8.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 2.波形整形波形整形波形整形波形整形波形整形波形整形8.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 3.幅度鉴别幅度鉴别幅度鉴别幅度鉴别幅度鉴别8.4 单稳态触发器单稳态触发器8.4.1 由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器 1.电路组成电路组成555555定时电路构成的单稳态触发器定时电路构成的单稳态触发器定时电路构成的单稳态
10、触发器定时电路构成的单稳态触发器8.4 单稳态触发器单稳态触发器8.4.1 8.4.1 由由由由555555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 单稳态触发器的工作过程一般分为五个阶段：单稳态触发器的工作过程一般分为五个阶段：单稳态触发器的工作过程一般分为五个阶段：单稳态触发器的工作过程一般分为五个阶段：（1 1）稳态）稳态）稳态）稳态（2 2）触发翻转）触发翻转）触发翻转）触发翻转（3 3）暂稳态）暂稳态）暂稳态）暂稳态（4 4）自动返回）自动返回）自动返回）自动返回（5 5）恢复阶段）恢复阶
11、段）恢复阶段）恢复阶段8.4 单稳态触发器单稳态触发器8.4.1 由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器3.主要参数主要参数 （1 1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度t tpOpO（2 2）恢复时间）恢复时间）恢复时间）恢复时间t trere （3 3）最高工作频率）最高工作频率）最高工作频率）最高工作频率f fmaxmax8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路1.不可重复触发单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器74121 （1）图形符号及逻辑功能表）图形符号及逻辑功能表7412174121图形符号图形符号图形符号图形符号8.4.2 集成单稳态电路
12、集成单稳态电路若若若若T T R-AR-A 、T T R-BR-B 、T T R+R+全为全为全为全为高电平，高电平，高电平，高电平，T TR-AR-A 及及及及T TR-BR-B 中有一个中有一个中有一个中有一个或两个产生由高到低的负跳或两个产生由高到低的负跳或两个产生由高到低的负跳或两个产生由高到低的负跳变。变。变。变。若若若若T TR-AR-A 、T TR-BR-B 输入中有一个输入中有一个输入中有一个输入中有一个或两个为低电平，或两个为低电平，或两个为低电平，或两个为低电平，T TR+R+发生由发生由发生由发生由低到高的正跳变。低到高的正跳变。低到高的正跳变。低到高的正跳变。1.1.不
13、可重复触发单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器7412174121（2 2）触发）触发）触发）触发电路可由稳态电路可由稳态电路可由稳态电路可由稳态翻转到暂稳态翻转到暂稳态翻转到暂稳态翻转到暂稳态8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路1.不可重复触发单稳态触发器不可重复触发单稳态触发器74121（3 3）定时）定时）定时）定时 7412174121一经触发进入暂稳态，其定时时间仅一经触发进入暂稳态，其定时时间仅一经触发进入暂稳态，其定时时间仅一经触发进入暂稳态，其定时时间仅取决于定时电阻取决于定时电阻取决于定时电阻取决于定时电阻R R和定时电容和
14、定时电容和定时电容和定时电容C C的大小，不再受输的大小，不再受输的大小，不再受输的大小，不再受输入的影响。入的影响。入的影响。入的影响。8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路2.可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器74122 （1）图形符号及逻辑功能表）图形符号及逻辑功能表7412274122图形符号图形符号图形符号图形符号8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路2.可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器74122（2）触发）触发 集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412274122在被触发，由稳在被触发，由稳在被触发，由稳在被触发，由稳定的定
15、的定的定的“0”0”态翻转到暂稳态的两种情况。态翻转到暂稳态的两种情况。态翻转到暂稳态的两种情况。态翻转到暂稳态的两种情况。（3）定时）定时 74122集成单稳的脉冲宽度集成单稳的脉冲宽度tpOpO 的大小可的大小可的大小可的大小可以通过三种方式来控制。以通过三种方式来控制。以通过三种方式来控制。以通过三种方式来控制。不可重复触发的单稳不可重复触发的单稳不可重复触发的单稳不可重复触发的单稳:在稳态情况下一在稳态情况下一在稳态情况下一在稳态情况下一旦进入暂稳态，暂稳态维持时间仅取旦进入暂稳态，暂稳态维持时间仅取旦进入暂稳态，暂稳态维持时间仅取旦进入暂稳态，暂稳态维持时间仅取决于定时元件的参数，与
16、暂稳态期间决于定时元件的参数，与暂稳态期间决于定时元件的参数，与暂稳态期间决于定时元件的参数，与暂稳态期间是否再受到其他触发信号的作用无关，是否再受到其他触发信号的作用无关，是否再受到其他触发信号的作用无关，是否再受到其他触发信号的作用无关，即输出脉冲宽度是固定的。即输出脉冲宽度是固定的。即输出脉冲宽度是固定的。即输出脉冲宽度是固定的。可重复触发的单稳可重复触发的单稳可重复触发的单稳可重复触发的单稳:即使受到前面即使受到前面即使受到前面即使受到前面信号的触发，电路进入暂稳态，后来信号的触发，电路进入暂稳态，后来信号的触发，电路进入暂稳态，后来信号的触发，电路进入暂稳态，后来的触发信号仍可对它起
17、作用，再触发的触发信号仍可对它起作用，再触发的触发信号仍可对它起作用，再触发的触发信号仍可对它起作用，再触发后，电路还可以在暂稳态期间继续维后，电路还可以在暂稳态期间继续维后，电路还可以在暂稳态期间继续维后，电路还可以在暂稳态期间继续维持由定时元件所决定的时间，也就是持由定时元件所决定的时间，也就是持由定时元件所决定的时间，也就是持由定时元件所决定的时间，也就是说，单稳电路输出脉宽可展宽，其展说，单稳电路输出脉宽可展宽，其展说，单稳电路输出脉宽可展宽，其展说，单稳电路输出脉宽可展宽，其展宽的脉冲宽度是第一个触发信号与这宽的脉冲宽度是第一个触发信号与这宽的脉冲宽度是第一个触发信号与这宽的脉冲宽度
18、是第一个触发信号与这个触发信号间的时间间隔。个触发信号间的时间间隔。个触发信号间的时间间隔。个触发信号间的时间间隔。两类单稳态两类单稳态两类单稳态两类单稳态触发器的区触发器的区触发器的区触发器的区别别别别8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路 3.单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用（1 1）整形）整形）整形）整形（2 2）定时）定时）定时）定时（3 3）延时）延时）延时）延时8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路 4.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（1）微分型单稳触发器电路组成）微分型单稳触发器电路组成微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器8.4.
19、2 集成单稳态电路集成单稳态电路4.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 （2）工作原理）工作原理 稳态稳态 触发翻转触发翻转 暂稳态暂稳态 自动返回自动返回 恢复阶段恢复阶段8.4.2 集成单稳态电路集成单稳态电路4.微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器（3）主要参数）主要参数 输出脉冲宽度输出脉冲宽度输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tpOpO 恢复时间恢复时间恢复时间恢复时间t trere 最高工作频率最高工作频率最高工作频率最高工作频率f fmaxmax8.5 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是能产生矩多谐振荡器是能产生矩多谐振荡器是能产生矩多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器。形脉冲波的
20、自激振荡器。形脉冲波的自激振荡器。形脉冲波的自激振荡器。多谐振荡器一旦振荡起多谐振荡器一旦振荡起多谐振荡器一旦振荡起多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，来后，电路没有稳态，来后，电路没有稳态，来后，电路没有稳态，只有两个暂稳态。这两只有两个暂稳态。这两只有两个暂稳态。这两只有两个暂稳态。这两种暂稳态交替变化输出种暂稳态交替变化输出种暂稳态交替变化输出种暂稳态交替变化输出矩形脉冲信号，因此又矩形脉冲信号，因此又矩形脉冲信号，因此又矩形脉冲信号，因此又被称作无稳电路。多谐被称作无稳电路。多谐被称作无稳电路。多谐被称作无稳电路。多谐振荡器常用来作为脉冲振荡器常用来作为脉冲振荡器常用来作为脉冲振荡
21、器常用来作为脉冲信号源。信号源。信号源。信号源。多谐振荡器定性符号多谐振荡器定性符号多谐振荡器定性符号多谐振荡器定性符号8.5.1 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.电路形式电路形式由由由由555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器8.5.1 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理（1 1）暂稳态）暂稳态）暂稳态）暂稳态1 1（2 2）自动翻转）自动翻转）自动翻转）自动翻转1 1（3 3）暂稳态）暂稳态）暂稳态）暂稳态2 2（4 4）自动翻转）自动翻转）自动
22、翻转）自动翻转2 23.3.特性参数特性参数特性参数特性参数 暂稳态维持时间暂稳态维持时间暂稳态维持时间暂稳态维持时间 振荡周期振荡周期振荡周期振荡周期 振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率 占空比占空比占空比占空比 8.5.1 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 4.555定时器构成的振荡器的应用举例定时器构成的振荡器的应用举例 （1）模拟声响电路）模拟声响电路 （2）电压频率变换器）电压频率变换器8.5.2 由两个集成单稳态触发器构成由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器的多谐振荡器1.电路结构电路结构由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器由两个集成单稳态触发器构成的多谐振
23、荡器由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器8.5.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体阻抗频率特性石英晶体阻抗频率特性石英晶体阻抗频率特性石英晶体阻抗频率特性8.5.4 环形多谐振荡器环形多谐振荡器1.电路组成电路组成RCRC环形多谐振荡器环形多谐振荡器环形多谐振荡器环形多谐振荡器8.5.4 环形多谐振荡器环形多谐振荡器2.工作原理工作原理两暂稳态等效电路两暂稳态等效电路两暂稳态等效电路两暂稳态等效电路8.5.4 环形多谐振荡器环形多谐振荡器3.振荡周期的估算振荡周期的估算 RC RC环形多谐振荡
24、器的振荡频率取决于环形多谐振荡器的振荡频率取决于环形多谐振荡器的振荡频率取决于环形多谐振荡器的振荡频率取决于R R、C C值的大小。值的大小。值的大小。值的大小。通常采用波段开关换接电容通常采用波段开关换接电容通常采用波段开关换接电容通常采用波段开关换接电容C C实现频率的粗调，而用电位实现频率的粗调，而用电位实现频率的粗调，而用电位实现频率的粗调，而用电位器器器器R R实现频段内频率的细调。实现频段内频率的细调。实现频段内频率的细调。实现频段内频率的细调。本章小结本章小结1 1、施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两
25、施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两种整形电路。种整形电路。种整形电路。种整形电路。2 2、自激的脉冲振荡器，它们不需要外加输入信号，、自激的脉冲振荡器，它们不需要外加输入信号，、自激的脉冲振荡器，它们不需要外加输入信号，、自激的脉冲振荡器，它们不需要外加输入信号，只要接通供电电源，就自动产生矩形脉冲信号。只要接通供电电源，就自动产生矩形脉冲信号。只要接通供电电源，就自动产生矩形脉冲信号。只要接通供电电源，就自动产生矩形脉冲信号。3 3、555555定时器是一种用途很广的集成电路，除了定时器是一种用途很广的集成电路，除了定时器是一种用途很广的集成电路，除了定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。器以外，还可以接成各种应用电路。器以外，还可以接成各种应用电路。器以外，还可以接成各种应用电路。