第6章 脉冲波形的产生与整形

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。

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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。

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3

2.比较器

比较器 C 1和C 2是两个结构完全相同的高精度电压比较器。C 1的输入端为阈值控制端TH （管脚6）。

当1+>V V TH 时，比较器 C 1输出端u C1为低电平，即逻辑“0”； 当1+

当2->V V TR 时，比较器 C 2输出端u C2为高电平，即逻辑“1”； 当2-

基本RS 触发器由两个 “与非”门G 1和G 2组成。C 1、C 2的输出电压u C1、u C2作为基本RS 触发器的输入端。u C1、u C2状态改变，决定触发器输出端Q 和Q 端的状态。

D R 是专门设置的可从外部进行置“0”的复位端，当Q =0时，经反相后将 “与

非”门封锁输出为0。

4.放电开关和输出驱动

放电开关由一个晶体三极V 管组成，其基极受基本RS 触发器输出端Q 控制。当

Q =1时，三极管导通，放电端DIS 通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当

Q =0，三极管截止，放电通路被截断。

反相器G 3构成输出驱动，具有一定的电流驱动能力。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响的作用。

6.1.2 定时器的逻辑功能

结合图6.1所示电路结构图及上述分析，可以很容易得到NE555定时器的功能如下表6.1所示。

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4

表6.1 NE555功能表

7.1.3课题与实训1 555定时器逻辑功能测试

1. 实训任务

1）用仪表仪器测试555定时器的逻辑功能。

2）分析和仿真555定时器的逻辑功能。

3）记录并比较测试结果.

2. 实训要求

1）熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。

2）小组之间相互学习和交流，比较实训结果。

3. 实训设备及元器件

1）实训设备：直流稳压电源1台、面包板1块、单股导线若干、万用表（数字表、指针表各1块）。

2）实训器件：电容0.01uF1个、电阻1K1个、NE5551块。

4. 测试内容

1）测试电路。测试电路如图6.3所示。

2）测试步骤

（1）按图6.3接好电路，并在放电端DIS和输出端OUT分别接入电压表XHH1和XHH2，用来测量各自的电压值。

第6章 脉冲波形的产生与整形

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图6.3 555定时器功能测试电路

（2）将开关J1打到左边（复位端RES 为高电平）， 接入电源电压V DD =6V 。并使V CC =4.5V （既满足TH V DD

V 3

2>， TR V DD

V 3

1>），分别用电压表XHH1和XHH2测量555定

时器的输出端OUT 和放电端DIS 的电压并记录在表6.2中。 （3）保持步骤②的条件不变，并使V ＣＣ=3V （既满足TH V DD V 3

2

<， TR V DD V 3

1>），分

别将电压表XHH1和XHH2的读数记录在表6.2中。

（4）保持步骤(2)的条件不变，并使VCC=3V （既满足

TH

V DD V 3

2

<， TR

V DD V 3

1

<），分别将电压表XHH1和XHH2的读数记录在表6.2中。 （5）将开关J1打到右边（复位端RES 为低电平）。分别将电压表XHH1和XHH2的读数记录在表6.2中。

5. 测试结论

将上述测量结果与555定时器的功能表6.1加以比较。

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表6.2 555定时器功能测试

RES TH （V ） TRI （V ） OUT （V ） DIS （V ） 功能说明 高电平 4.5 4.5 高电平 3 3 高电平 1.5 1.5 低电平

×

×

6.2 555定时器的基本应用

6.2.1 施密特触发器

施密特触发器也称电平触发器，是一种脉冲信号变换电路，用来实现整形、变换和幅值的鉴别等。它具有以下特点：

（1）具有两个稳定状态，即双稳态触发电路，且两个稳态的维持和相互转换与输入电压的大小有关。

（2）对于正向和负向增长的输入信号，电路的触发转换电平（阈值电平）不同，即具有回差特性，其差值称为回差电压。

1.电路组成

由555定时器构成的施密特触发器如图6.4所示, 定时器外接直流电源和地；阈值控制端TH 和触发输入端TR 直接连接，作为信号输入端i u ；复位端D R 接直流电源V DD （即接高电平），控制电压端C O 通过滤波电容（0.01uF ）接地。

Ｃ

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图6.4 555定时器组成的施密特触发器

2.工作原理

设输入信号i u 为最常见的三角波，且三角波幅度大于555定时器的参考电压

DD V V 3

2

1=

-，电路输入输出波形如图6.5所示。

图6.5 施密特触发器波形图

当输入电压i u DD V 3

1

<

时，比较器C 1 、C 2输出端u C1=1、u C2=0，基本RS 触发器置0，o u =U OH ，电路处于第一稳态。

当输入电压

2<时，比较器C 1 、C 2输出端u C1=1、u C2=1，基本RS 触维持

原来的状态，o u =U OH 。

当输入电压i u DD V 3

2>时，比较器C 1 、C 2输出端u C1=0、u C2=1，基本RS 触发器置1，

o u =U OL ，电路处于第二稳态。

电路的输出电压由高电平U OH 转变为低电平U OL 时对应的输入电压值，称为上限阈值电压U T+ ，U T+=DD V 3

2。电路的输出电压低电平U OL 由转变为高电平U OH 时对应的输入电压值，

称为下限阈值电压U T- ，U T-=DD V 3

1。上限阈值电压U T+和下限阈值电压U T- 值大小不同，这两者之差，称为回差电压△U T

△U T = U T--U T+=

DD V 3

1

（6-1） 回差电压△U T 的大小可通过在控制电压CO 端上外加电压得以实现。回差电压△U T 越大，施密特触发器的抗干扰性越强，但施密特触发器的灵敏度也会相应降低。

3.典型应用

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（1）波形变换。施密特触发器可以将三角波、正弦波等形波变换为矩形波输出信号。如图6.6所示，施密特触发器将正弦波变换为矩形波。

图6.6 波形变换

（2）脉冲波形整形。施密特触发器可以将一个不规则的波形进行整形，得到一个良好的波形，如图6.7所示，输入电压为受干扰的波形，通过施密特触发器变为规则的矩形波。

图6.7 波形的整形

（3）脉冲幅度鉴别。施密特触发器可用来将幅度较大的脉冲信号鉴别出来。如图6.8所示输入信号为一系列随机的脉冲波，通过施密特电路可以将幅大于某值的输入脉冲检测出来。

第6章脉冲波形的产生与整形9

6.8 脉冲幅度鉴别

6.2.2课题与实训2 施密特触发器的测试。

1. 实训任务

1）用仪表仪器测试施密特触发器的功能。

2）分析和仿真施密特触发器的功能。

3）记录并观测测试结果.

2. 实训要求

1）熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。

2）熟悉施密特触发器的构成。

3）小组之间相互学习和交流，比较实训结果。

3. 实训设备及元器件

1）实训设备：双路直流稳压电源、信号发生器1台、双踪示波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表（数字表、指针表各1块）

2）实训器件：电容0.01uF1个、电阻1K1个、NE5551块

4. 测试内容

1）测试电路。

2）测试步骤

（1）按图6.9接好电路，在输入端接入信号发生器，并用示波器分别观测输入端和输出端的波形。

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图6.9 测试电路

（2）将信号发生器设置为，幅值为3V，频率为1kHz的正弦波。分别观测输入输出端的波形，并记录上限阈值U T+和下限阈值U T-于表6.3中。

（3）将信号发生器设置为，幅值为3.5V，频率为1kHz的三角波波。分别观测输入输出端的波形，并记录上限阈值U T+和下限阈值U T-。

5. 测试结论

将上述测量结果与图6.7、图6.8加以比较。

表6.3 施密特触发器测试

波形U T+（V）U T-（V）输入波形输出波形

正弦波

u i

o t

u o

o t

三角波u i

o t

u o

o t

6.2.3 单稳态触发器

单稳态触发器不同于施密特触发器，它具有下述显著特点：

（1）具有一个暂态，一个稳态。

（2）在外来触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂态，暂态在保持一定时间后，再自动返回到稳定状态，并在输出端产生一定宽度的矩形脉冲。

（3）矩形脉冲宽度取决于电路本身的参数，与触发脉冲无关。

1.电路组成

由555定时器构成的单稳态触发器如图 6.10所示, 触发输入端TR作为信号输入端

第6章 脉冲波形的产生与整形

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i u ，放电端DIS 与阈值控制端TH 直接连接在电阻R 和电阻C 之间；复位端D R 接直流电

源VDD （即接高电平），控制电压端CO 通过滤波电容（0.01uF ）接地。

图6.10 555定时器组成的单稳态触发器

2.工作原理

设单稳态触发器无触发脉冲信号时，输入端处于高电平i u =1。若电容C 上的电压U C =0，此时单稳态触发器输出端0u =0（低电平）。

（1）稳态。如果直流电源V DD 接通以后，单稳态触发器停在0u =0，则放电三级管V 导通，放电端DIS 通过放电管V 接地，电容C 两端的电压U C =0。因阈值控制端TH 和放电端DIS 直接连接于电容C 上，所以阈值控制端TH 也为低电平，即<=0TH V DD V V 3

21=+，而

=TR V i u DD V V 3

1

12=>=-，根据555定时器功能可知，此时电路处于0u =0的保持状态。

假若直流电源V DD 接通以后，单稳态触发器停在0u =1，则放电三极管V 截止，则V DD 通

过R 对C 充电。当U C 上升到DD V 3

2时，触发器输出端置零，即0u =0（低电平）。同时，放电管V 导通，电容C 通过放电三极管V 开始放电，使得U C 趋向于零，即U C =0（低电平）。单稳态触发器仍然处于0u =0的保持状态。我们把此时电路保持原态“0”不变的这种状态，称为单稳态触发器的稳定状态。单稳态电路输入输出波形如图6.11所示。

图6.11 单稳态触发器波形图

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12

（2）触发翻转。当触发脉冲的下降沿到达时，使得=TR V i u DD V V 3

12==<-时，此令仍U C 为低电平，即U C =0。则有0u =1，电路进入暂稳态。同时放电三极管V 截止，V DD 通过R 对C 充电。

（3）暂稳态。在暂稳态期间，同时放电三极管V 截止，V DD 通过R 对C 充电。充电常数τ=RC ，U C 按指数规律上升，趋向于DD V 。

（4）自动恢复。当U C 充电到DD V 3

2

时，如果此时输入信号的触发脉冲已消失，单稳

态触发器0u =0, 放电三极管V 导通，电容C 通过放电三极管V 开始放电，电路自动恢复到稳态0u =0。

3.典型应用

（1）定时。暂稳状态持续的时间又称输出脉冲宽度，用t W 表示。它由电路中电容两端的电压来决定。电容上的电压 u C 从充、放电开始到变化至某一数值U D 所经历的时间t 可以用下列公式计算得到。

D

c

c

c

U RC t u

u u -∞-∞=)()0()(ln （6-2） 上式（6-2）中，u C （0）是电容未充电时的起始电压，u C （∞）是电容充电后的最终

电压。

由图6.10可知，电容电压从起始电压u C （0）≈0充到DD V 3

2（式中的U D ）的时间t W

可由式（6-2）求得

DD

DD DD W V V V RC t

3

2

ln

--= =2ln RC RC 7.0= （6-3） 由此可知，调节电容C 和电阻R 可以改变输出脉冲宽度。R 一般为几百欧到几兆欧，电容C 一般为几百皮法到几百微法，t W 的范围是几微秒到几分钟。

当单稳态触发器进入暂稳态以后，t W 时间内的其他触发脉冲对触发器就不起作用；只有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用。利用这个脉冲去控制某电路，可是电路在t W 时间内动作或动作，从而起到定时作用。

如图6.12所示，用555定时器构成的单稳态触发器，其输出端用来控制楼道的照明灯L 。其中M 为声控或手动开关，当声音达到一定程度或人用手触摸M 时，它会感应出一个负脉冲作用到触发输入端TR 。单稳态触发器输出端得到高电平，照明灯L 点亮，当暂稳态t W 时间结束时，触发器输出端得到低电平，照明灯L 熄灭。

（2）延时。典型延时电路如图6.13所示，与定时电路相比，其电路的主要区别是电阻R 和电容C 连接的位置不同。电路中的继电器KA 为常断继电器，二极管V 的作用是限幅保护。当直流电源接通，555定时器开始工作，若电容C 初始电压为零， 因电容两端电压U C 不能突变，而DD V =U C +U R ，

第6章 脉冲波形的产生与整形

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则有TH V =TR V =U R =DD V -U C =DD V ，此时延时器的输出0u =0，继电器常开接点保持断开；同时电源开始向电容充电，电容两端电压U C 不断上升，而电阻两端电压U R 对应下

降，当U C DD V V 321=>+时，即TH V =TR V =U R =DD V -U C DD V V 3

1

2=<-时，延时器的输出

0u =1，继电器常开触点闭合；电容充电至U C =DD V 时结束，此时电阻两端电压U R =0，电路输出保持在0u =1，从直流电接通到继电器KA 闭合这段时间称为延时时间。

图6.12 定时器应用 6.13 延时器应用

（3）脉冲整形。单稳态触发器也可以将一个不规则的输入信号整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲，其幅度取决于单稳态电路的输出电平高低，脉冲宽度取决于暂稳态脉冲宽度t W 。如图6.14所示，输入电压为不规则的波形，通过单稳态触发器设置合适的脉冲宽度t W ，可将其变为规则的矩形波。

图6.14 单稳态触发器对脉冲整形

6.2.4课题与实训3单稳态触发器的测试

1. 实训任务

1）用仪表仪器测试单稳态触发器的功能。

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2）分析和仿真单稳态触发器的功能。

3）记录并观测测试结果。

2. 实训要求

1）熟悉555定时器的符号、逻辑功能、引脚排列。

2）熟悉单稳态触发器的构成。

3）小组之间相互学习和交流，比较实训结果。

3. 实训设备及元器件

1）实训设备

双路直流稳压电源1台、面包板1块、导线若干、万用表（数字表、指针表各1块） 2）实训器件

电容0.01uF，100uF各1个、电阻100K，100Ω各1个、LED 1各、NE5551块。

4. 测试内容

1）测试电路如图6.15所示

图6.15 单稳态触发器功能测试电路

2）测试步骤

（1）按图6.15接好电路。

（2）接通电源V DD后，将开关J1置于低电平，观察发光管LED1的状态（发光/不发光/发光后熄灭）。

（3）在发光管LED1点亮期间，切换开关J1，观测发光管LED1状态（会/不会）随之改变。

（4）用示波器观测输出端的波形，并测试发光管LED1的点亮的维持时间。

6.2.5 多谐振荡器

多谐振荡器是一种自激振荡电路，是一种无稳态电路，只有两个暂稳态（输出状态不

第6章 脉冲波形的产生与整形

15

断在“1”和“0”之间变换）。故也将多谐振荡器称为无稳态触发器。

多谐振荡器在接通电源后，不需要外加触发信号，电路就能在两个暂稳态之间相互翻转，产生矩形脉冲信号，因为矩形脉冲信号含有丰富的谐波成分，所以常将矩形脉冲产生电路称为多谐振荡器。

多谐振荡器的特点是：无稳态，只有两个暂稳态，无需触发信号 1.电路组成

由555定时器构成的多谐振荡器如图6.15所示。阈值控制端TH 和触发输入端TR 直接连接短接，放电回路中串接了一个电阻R 2。电路中R 1、R 2、C 均是定时元件。

图6.15 555定时器组成的多谐振荡器

2.工作原理

设零时刻电容初始电压为零，即U C =0。接通电源后，因电容两端电压U C 不能突变，则有TH V =TR V =U C =DD V 3

10<，根据555定时器功能可知，此时电路输出端0u =1（第一暂稳态）。放电三极管V 截止，直流电源DD V 通过电阻R 1、R 2向电容C 充电，电容电压U C 开始上升，当电容两端电压U C DD V 3

2≥时，有TH V =TR V =U C DD V 3

2≥，则电路的输出由第一暂稳态0u =1跳转到第二暂稳态0u =0。此时放电三极管V 导通，电容C 不再充电，反而通过电阻

R 2和放电三极管V 放电，电容电压U C 开始下降；当电容C 两端电压U C DD V 3

1

<时，则又有

TH V =TR V =U C =DD V 3

1

0<，电路的输出端由第二暂稳态0u =0返回到第一暂稳态0u =1。放电

三极管V 再次截止，直流电源DD V 通过电阻R 1、R 2向电容C 开始充电，电容电压U C 开始上

升，电路又进入第二暂稳态0u =0。反复如此，就可在输出端得矩形波形。多谐振荡器输出波形如图6.16所示。

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16

图6.16 多谐振荡器波形图

该电路的振荡周期T计算如下：

DD

DD

V

V

C

R

3

1

3

2

ln

2

-

-

=

放

τ=2

ln

2

C

R C

R

2

7.0

=（6-4）

DD

DD

DD

V

V

V

C

R

R

3

2

ln

)

(2

1

-

-

+

=

充

τ=2

ln

)

(

1

1

C

R

R+C

R

R)

(7.02

1

+

=（6-5）

T=

放

τ+

充

τC

R2

7.0

=C

R

R)

(7.02

1

+

+=C

R

R)

2

(7.02

1

+（6-6）

则振荡频率

T

f

1

=

C

R

R)

2

(7.0

1

2

1

+

=，可见，改变R

1、R2和C值即达到改变振荡频率的目的。

对于矩形波，除了用幅度、周期来衡量以外，还存在一个占空比参数q，

T

t

q W

=，

W

t是指一个周期内高电平所占时间。则图6.15所示电路输出矩形的

的占空比

T

t

q W

=

T

t2

=

2

1

2

1

2R

R

R

R

+

+

=。

3.典型应用

（1）产生矩形脉冲。图6.15所示电路只能产生频率固定、占空比大于0.5的矩形波，而实际需要往往要求占空比q能在0到1之间可变，频率可调得振荡电路。故将多谐振荡器电路（图6.15）略加改进即可得到占空比可变、频率可调的多谐振荡器。如图6.17所示，它将充、放电回路分开了。充电回路为R A、D2、C，放电回路为C、D1、R B和放电管V。改变R W不改变R A+R B值。所以该电路振荡周期T为

T=

放

τ+

充

τC

R

B

7.0

=C

R A

7.0+=C

R

R B

A

)

(7.0+（6-7）

振荡频率

T

f

1

=

C

R

R B

A

)

(7.0

1

+

=（6-8）

第6章 脉冲波形的产生与整形

17

占空比T t q W

=

T

t 充=B R R R +=A A （6-9）

图6.17 占空比、频率可调振荡器

（2）模拟声响。模拟声响电路就是通过调节多谐振荡器的定时元件R 1、R 2、C 金而来改变振荡器的输出频率，是外接的发声器件发出不同的音调。如图 6.18所示的“嘟、咪”模拟发声器，通过接通开关a 、b 、…g ，因电阻R a 、R b 、…R g 值设置不同，使扬声器放出“嘟、咪”的模拟声音。

图6.18 “嘟、咪”模拟发声器

6.2.6课题与实训4 100Hz 振荡电路的调试。

1. 实训任务

1）用555定时器构建100Hz 的振荡电路。 2）记录并观测测试结果。 2. 实训要求

1）熟悉555构成振荡电路的构成方法。 2）熟悉555构成振荡电路的调试方法。

3）熟悉555振荡电路振荡频率的计算和测试方法

数字电子技术基础

18

3. 实训设备及元器件

1）实训设备：直流稳压电源1台、双踪示波器1台、面包板1块、单股导线若干、万用表（数字表、指针表各1块）。

2）实训器件：可调电容1个、0.01uF 电容1、个固定电阻1个、电位器1各、NE5551块。

图6.19 测试电路

4. 测试内容

1）测试电路。

2）测试步骤：

（1）按图6.19接好电路，其中V DD=5V，R W=1KΩ，C=0.47uF，R1=100Ω。

（2）在输出端接频率计，调节电位器R W使输出频率f=100Hz。并通过示波器观测输出波形。

（3）通过测试计算该波形的占空比q。

（4）将电容C改为0.22uF，重新调整电位器R W，使输出频率f=100Hz，并计算该波形的占空比。

6.3 本章小结

（1）555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、应用非常广泛的模拟与数字电路相结合的中规模集成电路，它具有较强的负载能力和较高的触发灵敏度，因而在自动控制，仪器仪表，家用电器等许多领域都有着广泛的应用。

（2）在555定时器外部接少许阻容元器件可构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器。

（3）单稳态触发器只有一个稳态，在输入触发信号作用下，由稳态进入暂稳态，经一段时间后，自动回到原来的稳态，输出单脉冲信号。单稳态触发器主要用于脉冲整形、定时、脉宽展宽等。

第6章脉冲波形的产生与整形19

（4）施密特触发器有两个稳态，具有滞后电压传输特性，主要用于波形变换、整形及脉冲幅度的鉴别等。

（5）多谐振荡器是一种自激振荡电路，它无稳态，只有两个暂稳态，接通电源后，无需外加触发脉冲信号，依靠电容的充放电，电路便能在两个暂稳态之间相互翻转，产生矩形脉冲信号。

6.4 本章习题

一、选择题

1．多谐振荡器可产生（）。

A.正弦波

B.矩形脉冲

C.三角波

D. 锯齿波

2．单稳态触发器有（）个稳定状态。

A. 0

B.1

C. C2

D. 3

3．555定时器不可以组成（）。

A.多谐振荡器

B.单稳态触发器

C.施密特触发器

D.JK触发器

4．用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压

为（）。

A.3.33V

B.5V

C.6.66V

D.10V

5．以下各电路中，（）可以产生脉冲定时。

A.多谐振荡器

B.单稳态触发器

C.施密特触发器

D.石英晶体多谐振荡器

二、填空题

1．占空比的定义是与的比值。

2．施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。

3．在数字系统中，单稳态触发器一般用于、、等。

4．施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作为、。

5．多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为。

6．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。

三、判断题

1．多谐振荡器电路没有稳定状态，只有两个暂稳态。（）

2．脉冲宽度与脉冲周期的比值叫做占空比。（）

3．施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。（）

4．施密特触发器有两个稳态。（）

5．多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数有关。（）

数字电子技术基础

20

6．单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。（）

7．555定时器分TTL和CMOS两大类。（）

8．多谐振荡器是一种他激振荡器电路，该电路在接通电源后需外接触发信号才能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。（）9．单稳态触发器有外加触发信号时，电路由暂稳态翻转到稳态。（）

10．对于施密特触发器，使电路输出信号从0翻转到1的电平与从1翻转到0的电平是不同的。（）

四、综合题

1．由555组成的电路分别见下图（a）、（b）、（c）所示。

（a）（b）（c）

（1）说出各组成何种功能电路；

（2）图（a）电路中，若ＶＤＤ=5V、R1=15kΩ、 R2=25kΩ、C=0.033μF，则uo 的振荡频率f为多少？

（3）图（b）电路中，若ＶＤＤ =5V、则电路的UT-、UT+、和回差电压各为多少？

（4）图（c）电路中，输出脉宽与哪些量有关，若R1=10kΩ、C= 6200pF，输出脉宽t ｗ

2．单稳态触发器的特点有哪些？施密特触发器具有什么特点？

3．如下图所示，电路工作时能够发出“呜…呜”间歇声响,试分析电路的工作原理。R11=100kΩ,R12=390kΩ，C1=10μF，R21=100kΩ，R22=620kΩ，

C2=1000pF，则f1、f2分别为多少？

脉冲波形的产生和整形习题解答

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

脉冲波形的产生与变换

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 uo

(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,电路无法正常工作。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

电子技术——脉冲波形的产生与整形参考答案

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

脉冲波形的产生和整形

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；

第八章 脉冲波形的产生和变换试题及答案

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（,）产品，为7555的是（,）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.多谐振荡器触发器 C.施密特触发器触发器 2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。

第6章 脉冲波形的产生与整形

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10章 脉冲波形的产生与变换.

第10章脉冲波形的产生与变换 教学重点 1. 了解脉冲波形的主要参数及常见脉冲波形。 2. 了解非门组成的多谐振荡器的电路形式和工作原理。 3. 了解石英晶体多谐振荡器电路的构成。 4. 掌握单稳态触发器的工作特点。 5. 掌握施密特触发器的工作特点。 6. 会测试集成施密特触发器的主要参数。 7. 了解555时基电路的电路框图和引脚功能，掌握555时基电路的逻辑功能。 8. 掌握555时基电路构成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路构成，理解其工作原理。教学难点 1. 用集成门电路搭接多谐振荡器。 2. 集成单稳态触发器的功能及其应用。 3. 集成施密特触发器的功能及其应用。 4. 555时基电路的典型应用；学时分配 10.1 常见的脉冲产生电路 10.1.1 脉冲的基本概念 1．脉冲的概念

脉冲是指一种瞬间突变、持续时间极短的电压或电流信号。它可以是周期性变化的，也可以是非周期性的或单次变化的。常见的几种脉冲波形，如图所示。 2. 矩形脉冲波的参数（1）理想矩形波 脉冲幅值V m 、脉冲重复周期T 和脉冲宽度t w （2）实际的矩形波 脉冲幅值V m ；脉冲上升时间t r ； 脉冲下降时间t f ；脉冲宽度t w ；脉冲周期T ；其倒数为脉冲的频率f ，f =占空比D ， D = t w T 1T 。 ，占空比为50%的矩形波即为方波。 10.1.2 多谐振荡器 不需要外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形波脉冲。

1．集成门电路组成的多谐振荡器 两个非门接成RC 耦合正反馈电路，使之产生振荡。R C 的另一个重要作用是组成定时电路，决定多谐振荡器的振荡频率和脉冲宽度。 振荡周期的估算：T ≈1.4RC 在实际应用中，常通过调换电容C 的容量来粗调振荡周期，通过改变电阻R 的值来细调振荡周期，使电路的振荡频率达到要求。

第7章 脉冲波形产生与变换-习题答案090515

第7章习题 7.4 门电路构成的施密特触发器如图7.4(a)所示，若V DD = 10 V，R1 = 3 k?，R2 = 6 k?，计算电路 的V T+、V T?和ΔV值。 解： 1 2105V 2 th DD V V ==×= 1 2 3 1157.5 V 6 T th R V V R + ???? =+=+×= ???? ?? ?? 1 2 3 115 2.5 V 6 T th R V V R ? ???? =?=?×= ???? ?? ?? 7.5 2.5 5 V T T V V V +? Δ=?=?= 7.7 用555定时器组成的单稳态触发器对输入信号V i的负脉冲宽度有何要求？为什么？若V i的负 脉冲宽度过大，应采取什么措施？ 解：用555定时器组成的单稳态触发器要求输入信号V i的负脉冲宽度小于暂稳态时间T W,否则，暂稳态将不能正常的回到稳态.若V i的负脉冲宽度过大，应在V i和555的TR端之间加一级微分电路。 7.8 题图7.8是555定时器构成的单稳态触发器及输入V i的波形，已知：V cc = 10 V，R = 33 k?， C = 0.1 μF，求： （1）输出电压V o的脉冲宽度T w； （2）对应V i画出V c、V o的波形，并标明波形幅度。 题图7.8 解：(1) T W = 1.1RC =1.1×33×103×0.1×10-6 =3.63 ms (2) 波形如图

7.12 利用74121设计脉冲电路，要求输入、输出波形的对应关系如题图7.12所示，画出所设计的 电路，计算器件参数。设C1 = 5000 pF，C2 = 2000 pF。 题图7.12 解：画出Q1,Q2波形如解题图7.12（a）。 器件值计算如下： T W1 =50 μs =0.7R1C1, 取C1=5000 pF, 6 3 19 5010 14.2810 0.7500010 R ? ? × ==× ×× Ω T W2 =3 μs =0.7R2C2, 取C2 =2000 pF, 6 3 29 310 2.1410 0.7200010 R ? ? × ==× ×× Ω 所设计的电路图如解题图7.12（b）。 （a）（b） 解题图7.12 7.13 电路及输入波形V i如题图7.13所示，对应V i画出Q1、Q2波形，并计算T w。

数字电子技术 第10章 脉冲波形的产生电路

第10章 脉冲波形的产生与整形电路内容提要： 本章主要介绍多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路结构、工作原理及其应用。它们的电路结构形式主要有三种：门电路外接RC电路、集成电路外接RC电路和555定时器外接RC电路。 10.1概述 导读: 在这一节中，你将学习： ?多谐振荡器的概念 ?单稳态触发器的概念 ?施密特触发器的概念 在数字系统中，经常需要各种宽度和幅值的矩形脉冲。如时钟脉冲、各种时序逻辑电路的输入或控制信号等。有些脉冲信号在传送过程中会受到干扰而使波形变坏，因此还需要整形。 获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生，产生脉冲信号的电路称为振荡器；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。 典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型。 （1）双稳态触发电路又称为触发器，它具有两个稳定状态，两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。 （2）单稳态触发电路又称为单稳态触发器。它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态（简称“暂稳态”），在外加触发信号作用下，可从稳定状态转换到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，电路自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。 （3）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。其状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称“多谐”。 脉冲整形电路能够将其它形状的信号，如正弦波、三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。施密特触发器就是常用的整形电路，它利用其著名的回差电压特性来实现。 自测练习 1．获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是（）；另一种是（）。 2．触发器有（）个稳定状态，分别是（）和（）。 3．单稳态触发器有（）个稳定状态。 4．多谐振荡器有（）个稳定状态。