第十章脉冲波形的产生和整形
10.1 概述
10.2 施密特触发器
10.3 单稳态触发器
10.4 多谐振荡器
10.5 555定时器及其应用
10.1 概述一、获取矩形脉冲波形的方法
1,脉冲波形发生电路（多谐振荡器）
2,脉冲波形整形电路（由周期性波形变换而来）
二、描述矩形脉冲特性的主要参数脉冲周期脉冲幅度上升时间下降时间脉冲宽度
/
W
qtT=占 空比
10.2 施密特触发器 （常用的一类脉冲整形电路）
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
12
1
0
2
OH DD OL TH DD
VVV V V RR=== <假定：,,,且
1
0 0
I
I
O
AO O
ATH
V
VV
V
V
V
VV
=
↑→ ↓→
=
↑
↑
=
，
，
进入传输特性的转折区当时当至 时
，故
OHO
VV =使电路迅速跳变到
2
12
1
2
(1 )
A TH T
I TTH
R
VV V
RR
R
VV V
R
+
+
=
=≈
+
=+
TH
V
T
V
+
0
1
IDD ODD
AO
A
O
ITH
VVVV
VV
VVV
V
=
↓
=
↓→ ↑→ ↓
=
当时，
当至 时，
进入传输特性的转折区，故
OLO
VV =使电路迅速跳变到
2
12
1
2
()
(1 )
ATHD D T
IT TH
R
VV V V V
RR
R
VV V
R
=≈
+
==?
TH
V
T
V
DD
V
THTI
V
R
R
VV )(
2
1
1+==
+
THTI
V
R
R
VV )(
2
1
1?==
正向阈值电压负向阈值电压
TT T
VV V
+?
Δ=?回差电压
10.2.2 集成施密特触发器 （ 7413）
施密特触发器的主要特点——
1、输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同；
2、电路状态转换时有正反馈过程，使输出电压波形的边沿变陡
10.2.3 施密特触发器的应用二、用于脉冲鉴幅一、用于波形变换三、用于脉冲整形
10.3 单稳态触发器特点——
①有一个稳态和一个暂稳态。
②在外界触发脉冲作用下，能从稳态→暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态。
③暂稳态维持时间的长短取决于电路内部参数。
微分型积分型用门电路组成的~
集成的 ~
TTL集成的 ~
CMOS集成的~
单稳态触发器一、微分型
G
1
和 G
2
为CMOS 门电路
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
1
,0,
2
OH DD OL TH DD
VVV V V===假定：
21
0,0,,0,,
dIDO ODDI
VVV VVC= = = ==稳态下,上无电压
12
1
,
1,0,
I
dO I O
OO
V
VV V V
VV C
↑
↑→ ↓→ ↓→ ↑
==
加触发信号电路迅速进入暂稳态 开始充电
2
2
2
1
1
,
0,,
I
IOO
OO
ITH
DD
V
VVV
VVV
V
C
V ↑
↑→ ↓→ ↑
==
= 又引起正反馈
（触发脉充电冲已经消失）
返回稳态 放电至没有电压至时
，恢复稳态。
性能参数计算 ——
2
0
0
lnlnln
)()(
)()(
RC
VV
V
RC
VV
VV
RCt
THDD
DD
t
w
=
=
=
∞
∞
2
0
ITH
VV=从输出脉冲 电至度 充宽 的时间充电等效电路
1
(3~ 5)( // )
(3~ 5)
DONre
d
ON
wre
Rr R C
R
t
t
C
tt
=+
≈
=+
恢复时间分辨时间放电等效电路二、积分型
G
1
为TTL反相器、G
2
为TTL与非门
1
0,1,
,
IO
OOHAOH
VV
VVVV
==
==
稳态下：
1
0,
OA TH
O
I
OL
VV V
VV
V
C
∴
↑ =
=
,但 暂时还>,
，进入暂稳态，
后开始放电
1,
ATH O
VV V= =当放电至 后,返回稳态；
,
IOH
VC V↓后,重新充电至 恢复初始态；
性能参数计算——
reTRd
Ore
ttt
CRRt
+=
′
+= ))(~( 53
AOH TH
VV V输出脉冲宽度= 从 放电至 的时间
TH
OH
t
w
V
V
RC
VV
VV
RCt lnln
)()(
)()(
=
=
∞
∞ 0
10.3.2 集成单稳态触发器 (TTL 74121)
输入控制电路微分型单稳输出缓冲电路上升沿触发下升沿触发
() (0)
() ()
0
ln ln ln2
CC
w
tCCTH
VV
V
tRC RC RC
VV VV
∞
∞
==≈
输出脉冲宽度：
利用外接电阻 利用内部电阻集成单稳态触发器可重复触发的~
不可重复触发的~
对称式~
非对称式~
多谐振荡器
10.4 多谐振荡器
（自激振荡，不需要外加触发信号，自动产生矩形脉冲）
环形振荡器用施密特触发器构成的 ~
石英晶体~
10.4.1 对称式多谐振荡器 （ TTL）
工作原理
(1)静态时 （未振荡）
应是不稳定的
IO
v=kv b+
10.4.1 对称式多谐振荡器
1!22
1
2
2
1
1
,
(2)
IOIO
O
O
I
VVVV
V
V
V
CC
↑→ ↓→ ↓→ ↑
↑，则有：
使 迅速跳由于“扰动”使 有微小进入第变为低，而迅速跳变为高。
电路开一个暂稳始充电,开态始放电。
C
1
充电
C
2
放电
2211
1
2
21
2
(3)
,
IOIO
O
IT
O
H
VVVV
V
V
V
C
V
C
↑
↑→ ↓→ ↓→ ↑
当充 至 再 将 起引起如下正反馈：
使 迅速跳变为高，而迅速跳变为低。
电路开始充电，
时，
进入第二个暂稳态开始放电。
充、放电与第一暂态过程完全对应电压波形振荡频率计算
12ITHITH
TV V V V=+从充电开始至 的时间 从充电开始至 的时间
21
21
2
FE
F
F
OHBECCOHE
RRR
RR
R
VVVVV
//
)(
=
+
+=
THE
IKE
E
VV
VV
CRT
= ln2
10.4.2 非对称式多谐振荡器 （ CMOS）
12 2
1
1
2
1
(1)
II
I
O
OO
I
VVV
CV
V
↑→
↑
↓→ ↑
↓
，则有：
使迅 速由于“扰动”使 有微小进入第一个暂稳态跳变为低，而 迅速跳变为高电路 开始放电
10.4.2 非对称式多谐振荡器 （ CMOS）
12 2
1
1
1
2
(2)
II
O
I
O
O
I
TH
VVV
VV
VV
CV
↓→ ↑→ ↓
==
↑
↓
，则有：
使 迅 速 高,而 迅速 低。
电路 开始充电至进入第二个暂稳态又返回第一个暂稳态 。
至当,)(
THI
VV ↑
1
3
1
1
2
2
:
:
TH DD TH
TH DD TH
W
TC V V V
T
CV
TT
TV
=+
+
放电，从 放至充脉冲宽度电计
，从 充至算：
)()(
)()(
ln
t
w
VV
VV
RCt
=
∞
∞ 0
10.4.3 环形振荡器 （ TTL）
最简单的环形振荡器实用的环形振荡器
pd
RCT增加 积分环节，加大
1
CG
为获取更大延迟，
将 的接地端改至 输出
,
pd
RC f
RCT RC
调整,可改变常数远大于 因此周期主要计算
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
+
+
+
=+=
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VV
RC
VV
VV
RCTTT lnln
21
+
+
+
≈+=
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VV
CR
VV
VV
CRTTT lnln
1221
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
10.5 555定时器及其应用数/模混合IC
包括 ——
电压比较器（C
1
,C
2
）
SR锁存器（G
3
,G
4
）
OC输出三极管（T
D
）
输出缓冲器（G
3
,G
4
）
10.5.1 555定时器的电路结构与功能
功能表
（输出与输入的关系）
输入 输出
0 X X 0
导通
1 0
导通
1
不变 不变
1 1
截止
1 1
截止
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
1
<
CC
V
3
1
<
D
R
′
1I
V
2I
V
O
V
D
T
10.5.2 用 555定时器接成施密特触发器
功能表
（输出与输入的关系）
输入 输出
0 X X 0
导通
1 0
导通
1
不变 不变
1 1
截止
1 1
截止
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
1
<
CC
V
3
1
<
D
R
′
1I
V
2I
V
O
V
D
T
,
,?
IT
VV
+
↑ =
↓=
使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的值
12
1100
ICC O
VVV QV=====，，，稳态：
10.5.3 用 555定时器接成单稳态触发器
1
1
2
1
2
1
0
1
1
00
2
1
0
3
00
1
DC
DCC
C
C
C
C
D
C
QT V
QT C VV
V
V
Q
V
C QQT
V
V
=
=→ → =
=→ → =
→=→=→
→=
=
=
→=
=
→→
若通电后 导通若通电后 截止 充保持保至导电 持电通放
2
1
1( 1)
3
ICCC
VVV= >=即可，
稳态时无触发信号：
）已经回到高于时（假定此时充至当
CCICCC
VVVV
3
1
3
2
1
2
1
2
1
0
1
0
00
1
,
C
C
C
D
C
QT C
V
Q
V
V
V
→= →
=
=
=
=
=
则 导 通 开 始放电至 保持
2
1
0
1
1
,1,
3
I
C
I
C
CC D
V
V
V
VV QT C
=
=
→= →
触发时只要 降至 则 截 止 开 始充电暂稳态输出的脉冲宽度
3
3
2
0
lnln RC
VV
V
RCt
CCCC
CC
w
=
=
I
V对 的宽度有何要求？
10.5.4 用 555定时器接成的多谐振荡器
+
+
+
+=
+=
T
T
TCC
TCC
V
V
CR
VV
VV
CRR
TTT
0
0
212
21
lnln)(
%50
2
21
21
>
+
+
=
RR
RR
q
如希望 q<50%?
2
12
R
q
R R
=
+
作业
10.1 10.7
10.18 10.19 10.20
10.21 10.22 10.25
10.1 概述
10.2 施密特触发器
10.3 单稳态触发器
10.4 多谐振荡器
10.5 555定时器及其应用
10.1 概述一、获取矩形脉冲波形的方法
1,脉冲波形发生电路（多谐振荡器）
2,脉冲波形整形电路（由周期性波形变换而来）
二、描述矩形脉冲特性的主要参数脉冲周期脉冲幅度上升时间下降时间脉冲宽度
/
W
qtT=占 空比
10.2 施密特触发器 （常用的一类脉冲整形电路）
10.2.1 用门电路组成的施密特触发器
12
1
0
2
OH DD OL TH DD
VVV V V RR=== <假定：,,,且
1
0 0
I
I
O
AO O
ATH
V
VV
V
V
V
VV
=
↑→ ↓→
=
↑
↑
=
，
，
进入传输特性的转折区当时当至 时
，故
OHO
VV =使电路迅速跳变到
2
12
1
2
(1 )
A TH T
I TTH
R
VV V
RR
R
VV V
R
+
+
=
=≈
+
=+
TH
V
T
V
+
0
1
IDD ODD
AO
A
O
ITH
VVVV
VV
VVV
V
=
↓
=
↓→ ↑→ ↓
=
当时，
当至 时，
进入传输特性的转折区，故
OLO
VV =使电路迅速跳变到
2
12
1
2
()
(1 )
ATHD D T
IT TH
R
VV V V V
RR
R
VV V
R
=≈
+
==?
TH
V
T
V
DD
V
THTI
V
R
R
VV )(
2
1
1+==
+
THTI
V
R
R
VV )(
2
1
1?==
正向阈值电压负向阈值电压
TT T
VV V
+?
Δ=?回差电压
10.2.2 集成施密特触发器 （ 7413）
施密特触发器的主要特点——
1、输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同；
2、电路状态转换时有正反馈过程，使输出电压波形的边沿变陡
10.2.3 施密特触发器的应用二、用于脉冲鉴幅一、用于波形变换三、用于脉冲整形
10.3 单稳态触发器特点——
①有一个稳态和一个暂稳态。
②在外界触发脉冲作用下，能从稳态→暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态。
③暂稳态维持时间的长短取决于电路内部参数。
微分型积分型用门电路组成的~
集成的 ~
TTL集成的 ~
CMOS集成的~
单稳态触发器一、微分型
G
1
和 G
2
为CMOS 门电路
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
1
,0,
2
OH DD OL TH DD
VVV V V===假定：
21
0,0,,0,,
dIDO ODDI
VVV VVC= = = ==稳态下,上无电压
12
1
,
1,0,
I
dO I O
OO
V
VV V V
VV C
↑
↑→ ↓→ ↓→ ↑
==
加触发信号电路迅速进入暂稳态 开始充电
2
2
2
1
1
,
0,,
I
IOO
OO
ITH
DD
V
VVV
VVV
V
C
V ↑
↑→ ↓→ ↑
==
= 又引起正反馈
（触发脉充电冲已经消失）
返回稳态 放电至没有电压至时
，恢复稳态。
性能参数计算 ——
2
0
0
lnlnln
)()(
)()(
RC
VV
V
RC
VV
VV
RCt
THDD
DD
t
w
=
=
=
∞
∞
2
0
ITH
VV=从输出脉冲 电至度 充宽 的时间充电等效电路
1
(3~ 5)( // )
(3~ 5)
DONre
d
ON
wre
Rr R C
R
t
t
C
tt
=+
≈
=+
恢复时间分辨时间放电等效电路二、积分型
G
1
为TTL反相器、G
2
为TTL与非门
1
0,1,
,
IO
OOHAOH
VV
VVVV
==
==
稳态下：
1
0,
OA TH
O
I
OL
VV V
VV
V
C
∴
↑ =
=
,但 暂时还>,
，进入暂稳态，
后开始放电
1,
ATH O
VV V= =当放电至 后,返回稳态；
,
IOH
VC V↓后,重新充电至 恢复初始态；
性能参数计算——
reTRd
Ore
ttt
CRRt
+=
′
+= ))(~( 53
AOH TH
VV V输出脉冲宽度= 从 放电至 的时间
TH
OH
t
w
V
V
RC
VV
VV
RCt lnln
)()(
)()(
=
=
∞
∞ 0
10.3.2 集成单稳态触发器 (TTL 74121)
输入控制电路微分型单稳输出缓冲电路上升沿触发下升沿触发
() (0)
() ()
0
ln ln ln2
CC
w
tCCTH
VV
V
tRC RC RC
VV VV
∞
∞
==≈
输出脉冲宽度：
利用外接电阻 利用内部电阻集成单稳态触发器可重复触发的~
不可重复触发的~
对称式~
非对称式~
多谐振荡器
10.4 多谐振荡器
（自激振荡，不需要外加触发信号，自动产生矩形脉冲）
环形振荡器用施密特触发器构成的 ~
石英晶体~
10.4.1 对称式多谐振荡器 （ TTL）
工作原理
(1)静态时 （未振荡）
应是不稳定的
IO
v=kv b+
10.4.1 对称式多谐振荡器
1!22
1
2
2
1
1
,
(2)
IOIO
O
O
I
VVVV
V
V
V
CC
↑→ ↓→ ↓→ ↑
↑，则有：
使 迅速跳由于“扰动”使 有微小进入第变为低，而迅速跳变为高。
电路开一个暂稳始充电,开态始放电。
C
1
充电
C
2
放电
2211
1
2
21
2
(3)
,
IOIO
O
IT
O
H
VVVV
V
V
V
C
V
C
↑
↑→ ↓→ ↓→ ↑
当充 至 再 将 起引起如下正反馈：
使 迅速跳变为高，而迅速跳变为低。
电路开始充电，
时，
进入第二个暂稳态开始放电。
充、放电与第一暂态过程完全对应电压波形振荡频率计算
12ITHITH
TV V V V=+从充电开始至 的时间 从充电开始至 的时间
21
21
2
FE
F
F
OHBECCOHE
RRR
RR
R
VVVVV
//
)(
=
+
+=
THE
IKE
E
VV
VV
CRT
= ln2
10.4.2 非对称式多谐振荡器 （ CMOS）
12 2
1
1
2
1
(1)
II
I
O
OO
I
VVV
CV
V
↑→
↑
↓→ ↑
↓
，则有：
使迅 速由于“扰动”使 有微小进入第一个暂稳态跳变为低，而 迅速跳变为高电路 开始放电
10.4.2 非对称式多谐振荡器 （ CMOS）
12 2
1
1
1
2
(2)
II
O
I
O
O
I
TH
VVV
VV
VV
CV
↓→ ↑→ ↓
==
↑
↓
，则有：
使 迅 速 高,而 迅速 低。
电路 开始充电至进入第二个暂稳态又返回第一个暂稳态 。
至当,)(
THI
VV ↑
1
3
1
1
2
2
:
:
TH DD TH
TH DD TH
W
TC V V V
T
CV
TT
TV
=+
+
放电，从 放至充脉冲宽度电计
，从 充至算：
)()(
)()(
ln
t
w
VV
VV
RCt
=
∞
∞ 0
10.4.3 环形振荡器 （ TTL）
最简单的环形振荡器实用的环形振荡器
pd
RCT增加 积分环节，加大
1
CG
为获取更大延迟，
将 的接地端改至 输出
,
pd
RC f
RCT RC
调整,可改变常数远大于 因此周期主要计算
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
+
+
+
=+=
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VV
RC
VV
VV
RCTTT lnln
21
+
+
+
≈+=
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VV
CR
VV
VV
CRTTT lnln
1221
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
10.5 555定时器及其应用数/模混合IC
包括 ——
电压比较器（C
1
,C
2
）
SR锁存器（G
3
,G
4
）
OC输出三极管（T
D
）
输出缓冲器（G
3
,G
4
）
10.5.1 555定时器的电路结构与功能
功能表
（输出与输入的关系）
输入 输出
0 X X 0
导通
1 0
导通
1
不变 不变
1 1
截止
1 1
截止
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
1
<
CC
V
3
1
<
D
R
′
1I
V
2I
V
O
V
D
T
10.5.2 用 555定时器接成施密特触发器
功能表
（输出与输入的关系）
输入 输出
0 X X 0
导通
1 0
导通
1
不变 不变
1 1
截止
1 1
截止
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
<
CC
V
3
2
>
CC
V
3
1
>
CC
V
3
1
<
CC
V
3
1
<
D
R
′
1I
V
2I
V
O
V
D
T
,
,?
IT
VV
+
↑ =
↓=
使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的值
12
1100
ICC O
VVV QV=====，，，稳态：
10.5.3 用 555定时器接成单稳态触发器
1
1
2
1
2
1
0
1
1
00
2
1
0
3
00
1
DC
DCC
C
C
C
C
D
C
QT V
QT C VV
V
V
Q
V
C QQT
V
V
=
=→ → =
=→ → =
→=→=→
→=
=
=
→=
=
→→
若通电后 导通若通电后 截止 充保持保至导电 持电通放
2
1
1( 1)
3
ICCC
VVV= >=即可，
稳态时无触发信号：
）已经回到高于时（假定此时充至当
CCICCC
VVVV
3
1
3
2
1
2
1
2
1
0
1
0
00
1
,
C
C
C
D
C
QT C
V
Q
V
V
V
→= →
=
=
=
=
=
则 导 通 开 始放电至 保持
2
1
0
1
1
,1,
3
I
C
I
C
CC D
V
V
V
VV QT C
=
=
→= →
触发时只要 降至 则 截 止 开 始充电暂稳态输出的脉冲宽度
3
3
2
0
lnln RC
VV
V
RCt
CCCC
CC
w
=
=
I
V对 的宽度有何要求？
10.5.4 用 555定时器接成的多谐振荡器
+
+
+
+=
+=
T
T
TCC
TCC
V
V
CR
VV
VV
CRR
TTT
0
0
212
21
lnln)(
%50
2
21
21
>
+
+
=
RR
RR
q
如希望 q<50%?
2
12
R
q
R R
=
+
作业
10.1 10.7
10.18 10.19 10.20
10.21 10.22 10.25
