2009-7-27 1
第 6章 脉冲波形的产生与变换
6.1.1 常用脉冲波形及参数
6.1 RC电路
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
6.2.2 集成施密特触发器
6.1.2 RC电路的应用
6.2 施密特触发器
6.2.3 施密特触发器的应用结束放映
2009-7-27 2
复习触发器有什么特点？
请画出与非门实现的基本 RS触发器的电路图。
请列出 基本 RS触发器的功能表。
什么叫现态？次态？
基本 RS触发器的触发方式？
2009-7-27 3
复习
MSI时序逻辑电路的分析步骤？
2009-7-27 4
第 6章 脉冲波形的产生与变换脉冲信号：指突然变化的电压或电流 。
脉冲电路的研究重点：波形分析 。
数字电路的研究重点：逻辑功能 。
获得脉冲波形的方法主要有两种：
1,利用脉冲振荡电路产生；
2,是通过整形电路对已有的波形进行整形,变换,使之符合系统的要求 。
2009-7-27 5
以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换电路,（ 功能,特点及其主要应用简介 ）
1,RC电路,对矩形波进行微分,积分变换,
或作脉冲分压器；
2,施密特触发器,主要用以将非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲；
3,单稳态触发器,主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲；
4,多谐振荡器,产生矩形脉冲；
5,555定时器 。
6.1.1 常用脉冲波形及参数
1,常见的脉冲波形脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
6.1 RC电路图 6-1 常见的脉冲波形图
2009-7-27 7
2,矩形波及其参数图 6-2 非周期性和周期性矩形波
(a) 非周期性 (b) 周期性数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性与非周期性两种。
2009-7-27 8
图 6-3 矩形波的主要参数周期性矩形波的周期用 T表示,有时也用频率 f表示 （ f =1/
T） 。
矩形波的另外几个主要参数：
（ 1） 脉冲幅度 Um
（ 2） 脉冲宽度 tw
（ 3） 上升时间 tr
（ 4） 下降时间 tf
（ 5） 占空比 q =t w /T 。 通常 q用百分比表示,如果
q =50%,则称为对称方波 。
2009-7-27 9
6.1.2 RC电路的应用可对矩形波进行变换,常用的有微分电路,积分电路和脉冲分压器 。
图 6-4 微分电路
1,微分电路可将矩形波变换为尖峰波（条件 RC＜＜ tw）。由于电路的输出 uO只反映输入波形 uI的突变部分，故称为微分电路。
2009-7-27 10
2,积分电路图 6-5 积分电路（ b）可将矩形波变换为三角波。
（条件 RC＞＞ tw）
（ c） 输出波形 uO的边沿变差了。
（如果 RC＜＜ t w，即不满足积分电路的条件）
2009-7-27 11
3,脉冲分压器在模拟电路中,常用电阻分压器来实现正弦波信号的无失真传输 。
但是,对脉冲信号的传输,不能采用简单的电阻分压器,因为分布电容的影响,会使输出波形的 边沿发生畸变 。
2009-7-27 12
图 6-6 脉冲分压器为了实现脉冲信号的无畸变传输,需要采用脉冲分压器 。
各种示波器的输入衰减器采用的就是这种脉冲分压器 。
只要满足条件 C1R1 =C2R2,则可实现脉冲信号的无畸变传输 。
2009-7-27 13
6.2 施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波 。
特点：
⑴ 电路有 两种稳定状态 。 两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号 。 触发方式：电平触发 。
⑵ 电压传输特性特殊,电路有 两个转换电平
（ 上限触发转换电平 UT+和下限触发转换电平 UT－ ） 。
⑶ 状态翻转时有正反馈过程,从而输出 边沿陡峭 的矩形脉冲 。
2009-7-27 14
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
1,电路组成两个 CMOS反相器，两个分压电阻。
图 6-7 用集成门电路构成的施密特触发器
（ a） 电路 （ b）逻辑符号
2009-7-27 15
2,工作原理
（ 1）工作过程设 CMOS反相器的阈值电压 UTH=VDD/2，输入信号 uI为三角波。
2009-7-27 16
当 uI=0V时,G1截止,G2导通，输出为 UOL，
即 uO=0V。只要满足 uI1＜ UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。
当 uI上升，使得 uI1 =UTH时，电路会产生如下正反馈过程：
2009-7-27 17
电路会迅速转换为 G1导通,G2截止,输出为
UOH,即 uO=VDD的状态 （ 第二稳态 ） 。 此时的 uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平 UT+。 显然,
uI继续上升,电路的状态不会改变 。
2009-7-27 18
如果 uI下降,uI1也会下降 。 当 uI1下降到 UTH时,
电路又会产生以下的正反馈过程：
电路会迅速转换为 G1截止,G2导通、输出为
UOL的第一稳态。此时的 uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平 UT－ 。 uI再下降，电路将保持状态不变。
2009-7-27 19
（ 2） 工作波形与电压传输特性施密特触发器将三角波 uI变换成矩形波 uO。
图 6-8 施密特触发器的工作波形及电压传输特性
（ a）工作波形 （ b）电压传输特性
3,重要参数上限触发转换电平 UT+
下限触发转换电平 UT－
回差 ΔUT = UT+－ UT－ （通常 UT+＞ UT－ ）
改变 R1和 R2的大小可以改变回差 ΔUT
2009-7-27 20
集成施密特触发器的 UT+和 UT－ 的具体数值可从集成电路手册中查到。
如 CT74132的 UT+＝ 1.7 V,UT－ ＝ 0.9 V，所以，
ΔUT＝ UT+— UT－ ＝ 1.7 V— 0.9 V＝ 0.8 V。
6.2.2 集成施密特触发器
1,施密特反相器
TTL的 74LS14和 CMOS的 CC40106均为六施密特触发的反相器。
下面以 CC40106为例说明其功能。
2009-7-27 21
图 6-9 施密特触发反相器
(a) 原理框图 (b) 电压传输特性 (c) 逻辑符号为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础上，增加了整形级和输出级。
整形级 可以使输出波形的边沿更加陡峭，
输出级 可以提高电路的负载能力。
2009-7-27 22
2,施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。
比如 CMOS的 CC4093和 TTL的 74LS13就是施密特触发的与非门电路。
图 6-10 施密特触发与非门的逻辑符号
2009-7-27 23
1,波形变换将 变化缓慢的波形 变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。
图 6-11 波形变换
6.2.3 施密特触发器的应用
2009-7-27 24
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,或者 边沿产生振荡 等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。
图 6-12 脉冲整形波形畸变边沿振荡
2009-7-27 25
3,脉冲鉴幅将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些 幅度大于 UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。
图 6-13 脉冲鉴幅
2009-7-27 26
作业题
6-1
第 6章 脉冲波形的产生与变换
6.1.1 常用脉冲波形及参数
6.1 RC电路
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
6.2.2 集成施密特触发器
6.1.2 RC电路的应用
6.2 施密特触发器
6.2.3 施密特触发器的应用结束放映
2009-7-27 2
复习触发器有什么特点？
请画出与非门实现的基本 RS触发器的电路图。
请列出 基本 RS触发器的功能表。
什么叫现态？次态？
基本 RS触发器的触发方式？
2009-7-27 3
复习
MSI时序逻辑电路的分析步骤？
2009-7-27 4
第 6章 脉冲波形的产生与变换脉冲信号：指突然变化的电压或电流 。
脉冲电路的研究重点：波形分析 。
数字电路的研究重点：逻辑功能 。
获得脉冲波形的方法主要有两种：
1,利用脉冲振荡电路产生；
2,是通过整形电路对已有的波形进行整形,变换,使之符合系统的要求 。
2009-7-27 5
以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换电路,（ 功能,特点及其主要应用简介 ）
1,RC电路,对矩形波进行微分,积分变换,
或作脉冲分压器；
2,施密特触发器,主要用以将非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲；
3,单稳态触发器,主要用以将脉冲宽度不符合要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲；
4,多谐振荡器,产生矩形脉冲；
5,555定时器 。
6.1.1 常用脉冲波形及参数
1,常见的脉冲波形脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。
6.1 RC电路图 6-1 常见的脉冲波形图
2009-7-27 7
2,矩形波及其参数图 6-2 非周期性和周期性矩形波
(a) 非周期性 (b) 周期性数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性与非周期性两种。
2009-7-27 8
图 6-3 矩形波的主要参数周期性矩形波的周期用 T表示,有时也用频率 f表示 （ f =1/
T） 。
矩形波的另外几个主要参数：
（ 1） 脉冲幅度 Um
（ 2） 脉冲宽度 tw
（ 3） 上升时间 tr
（ 4） 下降时间 tf
（ 5） 占空比 q =t w /T 。 通常 q用百分比表示,如果
q =50%,则称为对称方波 。
2009-7-27 9
6.1.2 RC电路的应用可对矩形波进行变换,常用的有微分电路,积分电路和脉冲分压器 。
图 6-4 微分电路
1,微分电路可将矩形波变换为尖峰波（条件 RC＜＜ tw）。由于电路的输出 uO只反映输入波形 uI的突变部分，故称为微分电路。
2009-7-27 10
2,积分电路图 6-5 积分电路（ b）可将矩形波变换为三角波。
（条件 RC＞＞ tw）
（ c） 输出波形 uO的边沿变差了。
（如果 RC＜＜ t w，即不满足积分电路的条件）
2009-7-27 11
3,脉冲分压器在模拟电路中,常用电阻分压器来实现正弦波信号的无失真传输 。
但是,对脉冲信号的传输,不能采用简单的电阻分压器,因为分布电容的影响,会使输出波形的 边沿发生畸变 。
2009-7-27 12
图 6-6 脉冲分压器为了实现脉冲信号的无畸变传输,需要采用脉冲分压器 。
各种示波器的输入衰减器采用的就是这种脉冲分压器 。
只要满足条件 C1R1 =C2R2,则可实现脉冲信号的无畸变传输 。
2009-7-27 13
6.2 施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波 。
特点：
⑴ 电路有 两种稳定状态 。 两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号 。 触发方式：电平触发 。
⑵ 电压传输特性特殊,电路有 两个转换电平
（ 上限触发转换电平 UT+和下限触发转换电平 UT－ ） 。
⑶ 状态翻转时有正反馈过程,从而输出 边沿陡峭 的矩形脉冲 。
2009-7-27 14
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
1,电路组成两个 CMOS反相器，两个分压电阻。
图 6-7 用集成门电路构成的施密特触发器
（ a） 电路 （ b）逻辑符号
2009-7-27 15
2,工作原理
（ 1）工作过程设 CMOS反相器的阈值电压 UTH=VDD/2，输入信号 uI为三角波。
2009-7-27 16
当 uI=0V时,G1截止,G2导通，输出为 UOL，
即 uO=0V。只要满足 uI1＜ UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。
当 uI上升，使得 uI1 =UTH时，电路会产生如下正反馈过程：
2009-7-27 17
电路会迅速转换为 G1导通,G2截止,输出为
UOH,即 uO=VDD的状态 （ 第二稳态 ） 。 此时的 uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平 UT+。 显然,
uI继续上升,电路的状态不会改变 。
2009-7-27 18
如果 uI下降,uI1也会下降 。 当 uI1下降到 UTH时,
电路又会产生以下的正反馈过程：
电路会迅速转换为 G1截止,G2导通、输出为
UOL的第一稳态。此时的 uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平 UT－ 。 uI再下降，电路将保持状态不变。
2009-7-27 19
（ 2） 工作波形与电压传输特性施密特触发器将三角波 uI变换成矩形波 uO。
图 6-8 施密特触发器的工作波形及电压传输特性
（ a）工作波形 （ b）电压传输特性
3,重要参数上限触发转换电平 UT+
下限触发转换电平 UT－
回差 ΔUT = UT+－ UT－ （通常 UT+＞ UT－ ）
改变 R1和 R2的大小可以改变回差 ΔUT
2009-7-27 20
集成施密特触发器的 UT+和 UT－ 的具体数值可从集成电路手册中查到。
如 CT74132的 UT+＝ 1.7 V,UT－ ＝ 0.9 V，所以，
ΔUT＝ UT+— UT－ ＝ 1.7 V— 0.9 V＝ 0.8 V。
6.2.2 集成施密特触发器
1,施密特反相器
TTL的 74LS14和 CMOS的 CC40106均为六施密特触发的反相器。
下面以 CC40106为例说明其功能。
2009-7-27 21
图 6-9 施密特触发反相器
(a) 原理框图 (b) 电压传输特性 (c) 逻辑符号为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础上，增加了整形级和输出级。
整形级 可以使输出波形的边沿更加陡峭，
输出级 可以提高电路的负载能力。
2009-7-27 22
2,施密特触发与非门电路为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。
比如 CMOS的 CC4093和 TTL的 74LS13就是施密特触发的与非门电路。
图 6-10 施密特触发与非门的逻辑符号
2009-7-27 23
1,波形变换将 变化缓慢的波形 变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。
图 6-11 波形变换
6.2.3 施密特触发器的应用
2009-7-27 24
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,或者 边沿产生振荡 等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。
图 6-12 脉冲整形波形畸变边沿振荡
2009-7-27 25
3,脉冲鉴幅将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些 幅度大于 UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。
图 6-13 脉冲鉴幅
2009-7-27 26
作业题
6-1
