脉冲波形的产生与变换

欢迎大家来学习数字电路——脉冲波形的产生与变换。（也是最后一期电子技术了）

在这里我们会讲解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和555时基电路，希望通过我们的学习会让你更明白数字电路中的奥秘。

目录

一、常见的脉冲产生电路

 1.脉冲的基本概念

（1）脉冲的概念

（2）常见的几种脉冲变形

 （3）矩形脉冲信号的参数

 2.多谐振荡器

 （1）集成门电路组成的多谐振荡器

①电路组成

 ②振荡周期的估算

 （2）石英晶体多谐振荡器

3.单稳态触发器

（1）不可重复触发的集成单稳态触发器 

 ①引脚排列及图形符号

 ②逻辑功能

（2）可重复触发的集成单稳态触发器

 ①引脚排列及图形符号

 ②逻辑功能

4.施密特触发器

（1）施密特触发器的主要参数与工作波形

 ①主要参数

②工作波形

 （2）CMOS集成施密特触发器

 （3）TTL集成施密特触发器

 二、555时基电路及应用

1.555时基电路

（1）电路组成即引脚功能

①电路组成

 ②引脚功能

（2）逻辑功能

 2.555时基电路的应用

（1）构成多谐振荡器

 ①电路组成

②工作过程

③输出脉冲周期

（2）构成单稳态触发器

①电路组成

 ②工作过程

③输出脉冲宽度

（3）构成施密特触发器

 ①电路组成

 ②工作过程

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一、常见的脉冲产生电路

 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的。

如图所示电路是一个简单的矩形脉冲波信号发生器，反复接通和断开开关S，在电阻上得到的输出电压波形，就是一串矩形脉冲波。

波形图如图所示： 

 脉冲信号有正负之分。如果脉冲跃变后的值比初始值高，则为正脉冲；反之为负脉冲。如图所示：

（2）常见的几种脉冲变形

 脉冲信号种类繁多，常见的脉冲波形有矩形波、锯齿波、尖峰波、梯形波、阶梯波等，如图所示。数字电路中用到的脉冲波形通常为矩形波。

 （3）矩形脉冲信号的参数

①脉冲幅值    

脉冲从起始值到最大值之间的变化量，表征脉冲信号强弱的参数。

②脉冲上升时间

脉冲从起始值开始突变的一边称脉冲前沿。脉冲前沿从0.1上升到0.9所需的时间称上升时间。 值越小，脉冲前沿越陡直，波形越接近理想的脉冲波形。

③脉冲下降时间

脉冲从峰值跃变到起始值的一边称脉冲后沿。脉冲后沿从0.9下降到0.1所需的时间称下降时间。值越小，脉冲后沿越陡直。

④脉冲宽度

在0.5处从一个脉冲的前沿到后沿之间的时间称脉冲宽度。越大，脉冲出现后持续时间越长。

⑤脉冲周期

周期性重复的脉冲，两个相邻脉冲前沿（或后沿）之间的时间间隔称脉冲周期。其倒数为脉冲的频率， 。

⑥占空比

 脉冲宽度与脉冲周期之比称占空比。

即。

占空比为50%的矩形波即为方波。

 2.多谐振荡器

多谐振荡器是一种自激振荡器，它不需要输入信号就可以产生矩形脉冲。多谐振荡器起振之后，电路没有稳定状态，只有两个暂稳态交替变化，输出连续的矩形脉冲信号，因此又被称为无稳态电路。其图形符号如图所示：

 （1）集成门电路组成的多谐振荡器

①电路组成

如图所示是一个常用的非门电路多谐振荡器，图中两个非门接成RC耦合正反馈电路，使之产生振荡。RC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。

 ②振荡周期的估算

矩形脉冲的周期是由电容充、放电时间决定，可按下式估算：

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。

用RC作为定时元件和非门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式。

如图所示：

 （2）石英晶体多谐振荡器

在多谐振荡器中接入石英晶体，就可以构成石英晶体多谐振荡器。如图所示：

 当信号频率与石英晶体固有的谐振频率相等时，它的阻抗为0，使该信号容易通过，形成正反馈，产生振荡。而对其他频率，石英晶体呈现高阻抗，正反馈的路径被切断，不能起振。因此，振荡器输出矩形波的频率  就等于石英晶体的谐振频率，与电路其他元件参数无关。

石英晶体的温度系数很小，振荡频率稳定，常用于电子设备的基准时间信号。

3.单稳态触发器

 单稳态触发器是指有一个稳态和一个暂稳态的波形变换电路。它的工作特性具有如下显著特点：   ①它有一个稳定状态和一个暂稳定状态。若无外界触发脉冲作用，电路将始终保持稳定状态。

②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，再自动返回稳态。

③暂稳态维持时间的长短通常都是靠RC 电路的充、放电过程来维持的。与触发脉冲的宽度和幅度无关。

（1）不可重复触发的集成单稳态触发器 

不可重复触发型的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲，电路的输出脉冲宽度不受其影响，仍由电路中的R、C参数确定，必须在暂稳态结束以后，它才能接收下一个触发脉冲而转入暂稳态。不可重复触发的集成单稳态触发器的图形符号和工作波形。如图所示：

 ①引脚排列及图形符号

TTL集成单稳态触发器74LS121的引脚排列和逻辑符号如图所示：

 ②逻辑功能

如图所示为集成单稳态触发器74LS121的功能表：

（a）禁止触发状态

当B为高电平，、中有一个输入为低电平时，电路为禁止触发状态， 端维持0。

当B为低电平时，电路为禁止触发状态，端维持0。

当、两个输入全为高电平时，电路为禁止触发状态，端维持0。

（b）单稳态触发

当B为高电平，、 中有一个或两个产生由1到0的负跳变时，端有正脉冲输出。

当、 两个输入中有一个或两个为低电平，B产生由0到1的正跳变时，端有正脉冲输出。

（2）可重复触发的集成单稳态触发器

 可重复触发的单稳态触发器在电路被触发而进入暂稳态以后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个宽度 。它的输出脉冲脉宽度可根据触发脉冲的输入情况的不同而改变。

可重复触发的集成单稳态触发器的图形符号和工作波形如图所示：

 ①引脚排列及图形符号

74LS123芯片内部含两个独立的可重复触发的单稳态触发器，每一个电路分别具有各自的正触发输入端B、负触发输入端、复位输入端、外接电容端、外接电阻/电容端/、输出端和，如图所示：

 ②逻辑功能

如图所示为可重复触发的集成单稳态触发器74LS123的功能表：

  （a）复位清零

当=0时，不论其他输入端为何种状态，输出端立即为0。故的清零功能具有最高优先级。使用其他输入引脚功能时，必须置1。

（b）单稳态触发

当=1、=0，B由0到1正跳变时，Q端有正脉冲输出。

当=1、B=1，由1到0负跳变时，Q端有正脉冲输出。

当=0、B=1，由0到1正跳变时，Q端有正脉冲输出。

（c）禁止触发

在=1或B=0时，电路处于禁止触发状态（即稳定状态），Q维持0。

4.施密特触发器

施密特触发器是一种靠输入触发信号维持的双稳态触发器。其特点是：

电路具有两个稳态，

当输入信号电压升高至上限触发电压时，电路翻转到第二稳态；

当输入触发信号降低至下限触发电压时，电路就由第二稳态返回到第一稳态。

（1）施密特触发器的主要参数与工作波形

施密特触发器有同相输出和反相输出两种类型。其图形符号及电压传输特性如图所示：

 ①主要参数

上限触发电压(正向阈值电压)

上升过程中，输出电压产生跳变所对应的输入电压值。

下限触发电压（负向阈值电压）

下降过程中，输出电压产生跳变所对应的输入电压值。

回差电压

回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强。（滞回特性）

②工作波形

如图所示，当输入三角波时，根据施密特触发器的电压传输特性，可得到对应施密特触发器的输出波形。

 （2）CMOS集成施密特触发器

CC4093为四2输入施密特与非门，引脚与74LS00兼容。

CC40106为六施密特反相器，引脚与74LS04兼容。它与普通反相器的逻辑功能一样，差异在于施密特反相器存在上、下限触发电压。不同型号的集成施密特触发器的和具体数值可从集成电路手册中查到。如图所示静态参数如表所示：

 （3）TTL集成施密特触发器

74LS24、74LS32、74LS132为四2输入施密特与非门，引脚与74LS00兼容。

74LS13、74LS18为二4输入施密特与非门，引脚与74LS20兼容。

74LS14、74LS19为六施密特反相器，引脚与74LS04兼容。其主要参数的典型值如表所示：

 二、555时基电路及应用

1.555时基电路

（1）电路组成即引脚功能

①电路组成

一般由分压器、比较器、触发器和开关及输出等四部分组成。如图所示：

 ②引脚功能

如图所示为555时基电路的外部引脚及功能：

（2）逻辑功能

功能表如下表所示：

 2.555时基电路的应用

（1）构成多谐振荡器

 ①电路组成

如图所示是555时基电路组成的一个典型多谐振荡器。

②工作过程

设电路中电容两端的初始电压为0，时 ，输出端为高电平，放电端断开。电源对电容C充电，充电回路地，输出为高电平。

随着电容充电，电路状态翻转，输出为低电平，放电端导通，电容通过开关管VT放电，放电回路 路地。当时，电路状态翻转，输出为高电平，放电端断开，电容C又开始充电，重复上述过程形成振荡，输出电压为连续的矩形波。

③输出脉冲周期

电容充电形成的第一暂稳态时间：

电容放电形成的第二暂稳态时间：

所以，电路输出脉冲周期：

（2）构成单稳态触发器

①电路组成

如图所示是555时基电路组成的一个单稳态触发器。

 ②工作过程

接通电源，通过R、C对电容C充电，使，定时器输出为低电平，电路处于稳定状态。这时，开关管VT导通，电容C被旁路，电路仍处于原稳定状态，输出为低电平。

当的负触发脉冲到来时，电路状态翻转，进入暂稳态，输出为高电平。这时，开关管VT截止，电源通过电阻R向电容C充电。当时，电路状态翻转，输出为低电平，=0时，电路由暂稳态变为稳态，此时，开关管VT导通，电容C被旁路电路仍处于原稳定状态，输出为低电平。

③输出脉冲宽度

电容C充电形成的暂态时间为：

（3）构成施密特触发器

 ①电路组成

 ②工作过程

 当输入信号 时，输出端为高电平。随着的增加，当 时，电路翻转，输出端为低电平。继续增加，电路保持原状态。随着的减少，当时，电路状态又翻转，输出高电平。

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电子技术基础与技能的模拟电子和数字电子部分就先告一段落了，我们下期再见