第 9章机械工业出版社同名教材配套电子教案第 9章 脉冲波产生与转换电路
9.1 脉冲波概述
⒈ 脉冲波形参数
⑴ 脉冲幅度 Um 。脉冲电压变化的最大值，即脉冲波从波底至波顶之间的电压。
⑵ 上升时间 tr 。脉冲波前沿从 0.1Um上升到 0.9Um所需的时间。
⑶ 下降时间 tf 。脉冲波后沿从 0.9Um下降到 0.1Um所需的时间。
⑷ 脉冲宽度 tw 。脉冲波从上升沿的 0.5Um至下降沿
0.5Um所需的时间。
⑸ 脉冲周期 T。在周期性脉冲信号中，任意两个相邻脉冲上升沿（或下降沿）之间的时间间隔。
⑹ 重复频率 f 。每秒脉冲信号出现的次数，即脉冲周期的倒数,f＝ 1/T，单位,Hz。
⑺ 占空比 q 。脉冲宽度与脉冲周期的比值,q＝ tw / T。
⒉ 脉冲波的产生与转换脉冲波通常由二种方法获得：
⑴ 利用脉冲振荡器直接产生，如多谐振荡器。
⑵ 通过已有信号变换整形产生，如施密特触发器和单稳态电路。
⒈ 定义
9.2 施密特触发器具有两个阈值电压的触发器称为施密特触发器。
符号：
⒉ 电压传输特性
⑴ 同相输出：
① uI逐渐增大时,uO沿特性曲线 abcde路径运行，须当 uI>UTH＋ 时，触发器翻转；
② uI逐渐减小时,uO沿特性曲线 edfba路径运行，须当 uI<UTH－ 时，触发器翻转。
⑵ 反相输出：
① uI增大时,uO沿 abcde路径运行；
② uI减小时,uO沿 edfba路径运行。
⒊ 特点
⑴ 具有回差特性，即具有两个阈值电压；
⑵ 施密特触发器的输出电压波形边沿陡峭；
⑶ 施密特触发器属于电平触发，即其不仅状态翻转需要外加触发信号，而且状态的维持也需要外加触发信号。
⒋ 用途
⒌ 集成施密特电路集成施密特触发器具有性能优良，触发阈值电压稳定，一致性好的优点。
⑴ TTL集成施密特电路
⑵ CMOS集成施密特电路
9.3 单稳态触发器
⒈ 概述单稳态触发器只有一个稳定状态，除此外还有一个暂稳态状态。在外来触发信号作用下，能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间，无需外界触发，能自动翻转，恢复原来的稳定状态。
⒉ 集成单稳态电路 CC 4098
CC 4098内部有二个独立的单稳态触发器。
⒊ 暂稳脉宽估算各种不同参数的单稳态电路不尽相同，一般可按下估算：
tW ≈RC ln2≈0.693RC
⒋ 单稳态触发器的应用
⑴ 脉冲整形
⑵ 脉冲展宽
⑶ 脉冲延时
【 例 9-2】 试利用 CC 4098将宽度为 500μs的正脉冲延时 1000μs（原正脉冲宽度不变）。
解：如图 9-9所示。
tW1 =0.693R1 C1 =1000μs，若取 C1 =100nF，
则 R1 =14.4kΩ
tW2 =0.693R2 C2 =500μs，若取 C2 =100nF，则
R2 =7.22kΩ
⑷ 脉冲定时
9.4 多谐振荡器多谐振荡器又称为方波（矩形波）发生器或无稳态电路。
单稳态电路有一个稳态一个暂态；
双稳态电路有二个稳态；
多谐振荡器无稳定状态，只有二个暂稳态，在高电平和低电平之间来回振荡。
9.4.1 由门电路组成的多谐振荡器
⒈ 电路组成和工作原理
⒉ 振荡周期与门电路 UOH,UTH和 RC参数有关。一般可按下式估算：
T≈2RC ln3≈2.2RC
⒊ 可控型多谐振荡器
⑴ 由与非门组成时，控制端输入高电平振荡，输入低电平停振；
⑵ 由或非门组成时，控制端输入低电平振荡，输入高电平停振。
⒋ 占空比和振荡频率可调的多谐振荡器
【 例 9-3】 已知电路如图 9-14所示,RS=100kΩ，
RP1=33kΩ,RP2=47kΩ,C=1nF，试求电路振荡频率可调范围。若 RP1调至 10kΩ，试求占空比可调范围。
⒌ 施密特触发器组成的多谐振荡器
⑴ 由 TTL74LS系列施密特触发器组成的多谐振荡器，
振荡周期一般可按下式估算：
T≈1.1RC
⑵ 由 CMOS施密特触发器组成的多谐振荡器，振荡周期一般可按下式估算：
T≈0.81RC
9.4.2 石英晶体多谐振荡器
9.5 555定时器
555定时器又称为时基电路，外部加上少量阻容元件，
即能构成多种脉冲电路，而且价格低廉、性能优良，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛应用。
9.5.1 555定时器概述
⒈ 分类
⒉ 电路组成
⒊ 工作原理
⑴ Ctr端不输入控制电压（经一小电容接地）。
① UTH >2VCC/3,T导通,UOut =1。
② UTH <2VCC/3，触发器输出保持不变。
③ UTH <2VCC/3,T截止,UOut =0。
⑵ Ctr端输入控制电压 UREF，
则 TH端与 UREF比较,端与 UREF/2比较，比较方法和结果与表 9-3相似。
9.5.2 555定时器应用
⒈ 构成施密特触发器
⒉ 构成单稳态电路暂稳脉宽可按下式估算,tW =RC ln3
由 555构成单稳态电路时，其输入负脉冲脉宽应小于输出暂稳脉宽。
【 例 9-5】 试用 555定时器构成单稳态电路，暂稳脉宽
1ms。
解：电路如图 9-21所示,555构成单稳态电路时 tW
=RC ln3，取 C1 = C = 0.01μF，则
⒊ 构成多谐振荡器脉冲周期,T=tW1+tW2 =(R1+2R2)C ln2
【 例 9-6】 试用 555定时器组成周期为 1ms，占空比为
30%的矩形波发生器。（取 C=0.01μF）
9.1 脉冲波概述
⒈ 脉冲波形参数
⑴ 脉冲幅度 Um 。脉冲电压变化的最大值，即脉冲波从波底至波顶之间的电压。
⑵ 上升时间 tr 。脉冲波前沿从 0.1Um上升到 0.9Um所需的时间。
⑶ 下降时间 tf 。脉冲波后沿从 0.9Um下降到 0.1Um所需的时间。
⑷ 脉冲宽度 tw 。脉冲波从上升沿的 0.5Um至下降沿
0.5Um所需的时间。
⑸ 脉冲周期 T。在周期性脉冲信号中，任意两个相邻脉冲上升沿（或下降沿）之间的时间间隔。
⑹ 重复频率 f 。每秒脉冲信号出现的次数，即脉冲周期的倒数,f＝ 1/T，单位,Hz。
⑺ 占空比 q 。脉冲宽度与脉冲周期的比值,q＝ tw / T。
⒉ 脉冲波的产生与转换脉冲波通常由二种方法获得：
⑴ 利用脉冲振荡器直接产生，如多谐振荡器。
⑵ 通过已有信号变换整形产生，如施密特触发器和单稳态电路。
⒈ 定义
9.2 施密特触发器具有两个阈值电压的触发器称为施密特触发器。
符号：
⒉ 电压传输特性
⑴ 同相输出：
① uI逐渐增大时,uO沿特性曲线 abcde路径运行，须当 uI>UTH＋ 时，触发器翻转；
② uI逐渐减小时,uO沿特性曲线 edfba路径运行，须当 uI<UTH－ 时，触发器翻转。
⑵ 反相输出：
① uI增大时,uO沿 abcde路径运行；
② uI减小时,uO沿 edfba路径运行。
⒊ 特点
⑴ 具有回差特性，即具有两个阈值电压；
⑵ 施密特触发器的输出电压波形边沿陡峭；
⑶ 施密特触发器属于电平触发，即其不仅状态翻转需要外加触发信号，而且状态的维持也需要外加触发信号。
⒋ 用途
⒌ 集成施密特电路集成施密特触发器具有性能优良，触发阈值电压稳定，一致性好的优点。
⑴ TTL集成施密特电路
⑵ CMOS集成施密特电路
9.3 单稳态触发器
⒈ 概述单稳态触发器只有一个稳定状态，除此外还有一个暂稳态状态。在外来触发信号作用下，能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间，无需外界触发，能自动翻转，恢复原来的稳定状态。
⒉ 集成单稳态电路 CC 4098
CC 4098内部有二个独立的单稳态触发器。
⒊ 暂稳脉宽估算各种不同参数的单稳态电路不尽相同，一般可按下估算：
tW ≈RC ln2≈0.693RC
⒋ 单稳态触发器的应用
⑴ 脉冲整形
⑵ 脉冲展宽
⑶ 脉冲延时
【 例 9-2】 试利用 CC 4098将宽度为 500μs的正脉冲延时 1000μs（原正脉冲宽度不变）。
解：如图 9-9所示。
tW1 =0.693R1 C1 =1000μs，若取 C1 =100nF，
则 R1 =14.4kΩ
tW2 =0.693R2 C2 =500μs，若取 C2 =100nF，则
R2 =7.22kΩ
⑷ 脉冲定时
9.4 多谐振荡器多谐振荡器又称为方波（矩形波）发生器或无稳态电路。
单稳态电路有一个稳态一个暂态；
双稳态电路有二个稳态；
多谐振荡器无稳定状态，只有二个暂稳态，在高电平和低电平之间来回振荡。
9.4.1 由门电路组成的多谐振荡器
⒈ 电路组成和工作原理
⒉ 振荡周期与门电路 UOH,UTH和 RC参数有关。一般可按下式估算：
T≈2RC ln3≈2.2RC
⒊ 可控型多谐振荡器
⑴ 由与非门组成时，控制端输入高电平振荡，输入低电平停振；
⑵ 由或非门组成时，控制端输入低电平振荡，输入高电平停振。
⒋ 占空比和振荡频率可调的多谐振荡器
【 例 9-3】 已知电路如图 9-14所示,RS=100kΩ，
RP1=33kΩ,RP2=47kΩ,C=1nF，试求电路振荡频率可调范围。若 RP1调至 10kΩ，试求占空比可调范围。
⒌ 施密特触发器组成的多谐振荡器
⑴ 由 TTL74LS系列施密特触发器组成的多谐振荡器，
振荡周期一般可按下式估算：
T≈1.1RC
⑵ 由 CMOS施密特触发器组成的多谐振荡器，振荡周期一般可按下式估算：
T≈0.81RC
9.4.2 石英晶体多谐振荡器
9.5 555定时器
555定时器又称为时基电路，外部加上少量阻容元件，
即能构成多种脉冲电路，而且价格低廉、性能优良，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛应用。
9.5.1 555定时器概述
⒈ 分类
⒉ 电路组成
⒊ 工作原理
⑴ Ctr端不输入控制电压（经一小电容接地）。
① UTH >2VCC/3,T导通,UOut =1。
② UTH <2VCC/3，触发器输出保持不变。
③ UTH <2VCC/3,T截止,UOut =0。
⑵ Ctr端输入控制电压 UREF，
则 TH端与 UREF比较,端与 UREF/2比较，比较方法和结果与表 9-3相似。
9.5.2 555定时器应用
⒈ 构成施密特触发器
⒉ 构成单稳态电路暂稳脉宽可按下式估算,tW =RC ln3
由 555构成单稳态电路时，其输入负脉冲脉宽应小于输出暂稳脉宽。
【 例 9-5】 试用 555定时器构成单稳态电路，暂稳脉宽
1ms。
解：电路如图 9-21所示,555构成单稳态电路时 tW
=RC ln3，取 C1 = C = 0.01μF，则
⒊ 构成多谐振荡器脉冲周期,T=tW1+tW2 =(R1+2R2)C ln2
【 例 9-6】 试用 555定时器组成周期为 1ms，占空比为
30%的矩形波发生器。（取 C=0.01μF）
