,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,（第五版） 教学课件清华大学阎石 王红联系地址：清华大学 自动化系邮政编码,100084
电子信箱,wang_hong@tsinghua.edu.cn
联系电话,(010)62792973
,数字电子技术基础,第五版第十章脉冲波形的产生和整形
,数字电子技术基础,第五版
10.1 概述一、获取矩形脉冲的方法
1,脉冲波形发生电路
2,脉冲波形整形电路二、描述矩形脉冲特性的主要参数
,数字电子技术基础,第五版
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
212
10 RRVVVVV
DDTHOLDDOH,且，，
,数字电子技术基础,第五版
OOI
THII
OI
VVV
VVV
VV
1
00
'
',大区，故时，进入传输特性的放至当
。时，当
OHO VV?使电路迅速跳变到
THTI
ITHI
V
R
R
VV
V
RR
R
VV
)(
2
1
21
2
1
,数字电子技术基础,第五版
OOI
THII
OI
VVV
VVV
VV
1
11
'
',大区，故时，进入传输特性的放至当
。时，当
OLO VV?使电路迅速跳变到
THTI
IIDDTHI
V
R
R
VV
V
RR
R
VVVV
)(
)(
2
1
21
1
1
,数字电子技术基础,第五版
THTI VR
RVV )(
2
11
THTI VR
RVV )(
2
11
,数字电子技术基础,第五版
10.2.2 集成施密特触发器一、双极型 IC
1.
43
4
22
210
RR
R
VVV
VVTTV
CESCCE
OLOI
)(
饱和导通，截止，时，
EBE
CCCI
EII
VV
iViV
TVVVV
1
211
12 70 导通，并引起时，，至当,
OHO VVTT 截止导通，迅速转为 21
42
4
112 RR
RVVVV
CESccEE )(
VVOL 91.
,数字电子技术基础,第五版
42
4
11
211
RR
RVVV
VVTTV
CESCCE
OHOI
)(
截止，饱和，时，
EBE
CCCI
EII
VV
iViV
TVVVV
1
211
11 70 脱离饱和，并引起时，，至当,
OLO VVTT 导通截止，迅速转为 21
43
4221
RR
RVVVV
CESccEE )(
V.VV ET 702
V.VV ET 701
42
411
RR
RVVV
C E SccE )(
,数字电子技术基础,第五版
2,器件实例 74 13
偏移部分电压值较高，加入电平反相”输出加推拉式输出级“
输入加“与门”
附加部分：
OLV?
,数字电子技术基础,第五版二,CMOS IC
,数字电子技术基础,第五版施密特触发器的主要特点：
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电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡
,数字电子技术基础,第五版
10.2.3 施密特触发器的应用一、用于波形变换 二、用于鉴幅
,数字电子技术基础,第五版
10.2.3 施密特触发器的应用三、用于脉冲整形
,数字电子技术基础,第五版
10.3 单稳态触发器特点：
① 有一个 稳态 和一个 暂稳态 。
②在外界触发信号作用下，能从 稳态 → 暂稳态,维持一段时间后 自动 返回稳态。
③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器一、积分型
G1和 G2为 TTL门
1、原理分析
,数字电子技术基础,第五版；稳态下,OHAOHOOI VVVVVV ),(,,* 110
开始放电；进入暂稳态，后,CVVV OOI,,* 00 1
返回稳态；后，当放至,* 1 OTHA VVV
恢复初始态；重新充电至后，,* OHI VCV?
,数字电子技术基础,第五版
2,性能参数计算输出脉宽：
TH
OH
t
w V
VRC
VV
VVRCt lnln
)()(
)()(?
0
reTRd
Ore
ttt
CRRt
))(~( 53
的时间。放电至从时间）等于输出脉冲宽度（ THOHAO VVVV 0?
,数字电子技术基础,第五版二、微分型
G1和 G2为 CMOS门
1,原理分析
DDTHOLDDOH VVVVV 2
10,,
上无电压；稳态下,CVVVVVVV DDOODDIdI ),(,,,, 12 000
开始充电电路迅速进入暂稳态加触发信号
CVV
VVVV
V
OO
OIOd
I
,,
,
01 1
21
,数字电子技术基础,第五版二、微分型
G1和 G2为 CMOS门
DDTHOLDDOH VV,V,VV 2
10
稳态。放电至没有电压，恢复电路迅速返回稳态又引起正反馈时充电至
CVVV
VVV
VVV
DDOO
OOI
ITHI
,,
,
1
12
22
0
,数字电子技术基础,第五版
2、性能参数计算输出脉宽：
200 lnlnln
)()(
)()( RC
VV
VRC
VV
VVRCt
THDD
DD
t
w
rewd
ONONDre
ttt
CRCRrRt
)~()//)(~( 5353 1
的时间。充电至从时间）等于输出脉冲宽度（ THIO VVV 01 2?
,数字电子技术基础,第五版
10.3.2 集成单稳态触发器电路结构与工作原理 (74 121) 微分型单稳控制附加电路
,数字电子技术基础,第五版
200 lnlnln
)()(
)()( RC
VV
VRC
VV
VVRCt
THCC
CC
t
w
可重复触发？
不可重复触发？
,数字电子技术基础,第五版
10.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）
10.4.1 对称式多谐振荡器一、工作原理（ TTL）
(1)静态（未振荡）
时应是不稳定的开始放电。开始充电，
电路进入第一个暂稳态迅速跳变为高。
迅速跳变为低，而使
，则有：有微小由于“扰动”使
21
2
1
221
1
2
CC
V
V
VVVV
V
O
O
OIOI
I
,
)(
!
,数字电子技术基础,第五版开始放电。开始充电，
电路进入第二个暂稳态迅速跳变为低。
迅速跳变为高，而使将起引起如下正反馈：时，再充至当
12
2
1
1122
2
3
CC
V
V
VVVV
VV
O
O
OIOI
THI
,
)(
,数字电子技术基础,第五版二、电压波形
,数字电子技术基础,第五版三、振荡频率计算的时间从充电开始到充至的时间从充电开始到充至 THITHI VVVVT 21
21
21
2
FE
F
F
OHBECCOHE
RRR
RR
RVVVVV
//
)(
THE
IKE
E VV
VVCRT
ln2
,数字电子技术基础,第五版
10.4.2 非对称式多谐振荡器一、工作原理（ CMOS）
1
21
221
1
1
I
OO
OII
I
VC
VV
VVV
V
,
)(
开始放电电路进入第一个暂稳态高。迅速低，而迅速使
，则有：有微小由于“扰动”使
1
21
221
12
I
OO
OII
THI
VC
VV
VVV
VV
,
)(
开始充电电路进入第二个暂稳态低。迅速高，而迅速使
，则有：至又返回第一个暂稳态。
至当,)( THI VV?13
,数字电子技术基础,第五版二、电压波形
THDDTH
THDDTH
W
VVVC:T
VVVC:T
TTT
充至充电，从放至放电，从脉冲宽度计算：
2
1
21
)()(
)()(ln
t
w VV
VVRCt
0
,数字电子技术基础,第五版
10.4.3 环形振荡器一、最简单的环形振荡器
,数字电子技术基础,第五版二、实用的环形振荡器
。积分环节，加大第一步：增加 2pdtRC
输出。的接地端改至迟，将第二步：为获取更大延 1GC
（ TTL）
,数字电子技术基础,第五版环节因此周期主要计算常数远大于不能太大）（改、通过调整
RCTRC
RfCR
pd,
,数字电子技术基础,第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VVRC
VV
VVRCTTT lnln
21
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VVCR
VV
VVCRTTT lnln
1221
,数字电子技术基础,第五版
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
１９２２年美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。
巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。
,数字电子技术基础,第五版
10.5 555定时器及其应用
10.5.1 555定时器 （数 /模混合 IC）
一、电路结构由电压比较器（ C1,C2）
触发器输出缓冲器（ G3,G4）
OC输出的三极管（ TD）
组成
,数字电子技术基础,第五版入的关系）二、功能表（输出与输输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
10.5.2 用 555定时器接成施密特触发器工作原理 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,
,
TI
TI
VV
VV
值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的
,数字电子技术基础,第五版
,
,
TI
TI
VV
VV
值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的
COV
,数字电子技术基础,第五版
10.5.3 用 555定时器接成单稳态触发器输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
保持放电导通充电至截止若通电后保持导通若通电后即可，稳态时，无触发信号：
0
1
1
00
3
2
1
0
1
1
00
1
3
1
1
2
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1
2
1
2
Q
V
V
CTQV
VVCTQ
Q
V
V
VTQ
VVV
C
C
DC
CCCD
C
C
CD
CCCI
)(
导通稳态,DOI TVV,,01
,数字电子技术基础,第五版
）已经回到高于时（假定此时充至当 CCICCC VVVV 3132
保持开始放电至导通则 0110010
2
1
2
1?
Q
V
VCTQ
V
V
C
C
D
C
C,
开始充电截止则降至只要触发时
CTQ
V
V
VV
V
D
C
C
CCI
I
,,1
0
1
3
1
2
1
,数字电子技术基础,第五版性能参数：
暂稳态输出的宽度
3
3
2
0 lnln RC
VV
VRCt
CCCC
CC
w?
的宽度有何要求？对 IV
的宽度过宽？若 IV
,数字电子技术基础,第五版是否可以重复触发？
导通稳态,DOI TVV,,01
开始充电截止则降至只要触发时
CTQ
V
V
VV
V
D
C
C
CCI
I
,,1
0
1
3
1
2
1
,数字电子技术基础,第五版
10.5.4 用 555接成多谐触发器输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
10.5.4 用 555接成多谐触发器
T
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TCC
TCC
V
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VV
VVCRR
TTT
0
0
212
21
lnln)(
%502
21
21?
RR
RRq 如希望 q<50%?
,数字电子技术基础,第五版
21
2
RR
Rq
,数字电子技术基础,第五版
10.6用 multisim分析脉冲电路例,分析下图用 555定时器接成的多谐振荡器。求出输出电压的波形和震荡频率。
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版计算结果完全符合得到的分析结果与理论可见用式为：电路的震荡周期计算公
m u lt is im
922 22121 msLnRRTTT )(
,数字电子技术基础,（第五版） 教学课件清华大学阎石 王红联系地址：清华大学 自动化系邮政编码,100084
电子信箱,wang_hong@tsinghua.edu.cn
联系电话,(010)62792973
,数字电子技术基础,第五版第十章脉冲波形的产生和整形
,数字电子技术基础,第五版
10.1 概述一、获取矩形脉冲的方法
1,脉冲波形发生电路
2,脉冲波形整形电路二、描述矩形脉冲特性的主要参数
,数字电子技术基础,第五版
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
212
10 RRVVVVV
DDTHOLDDOH,且，，
,数字电子技术基础,第五版
OOI
THII
OI
VVV
VVV
VV
1
00
'
',大区，故时，进入传输特性的放至当
。时，当
OHO VV?使电路迅速跳变到
THTI
ITHI
V
R
R
VV
V
RR
R
VV
)(
2
1
21
2
1
,数字电子技术基础,第五版
OOI
THII
OI
VVV
VVV
VV
1
11
'
',大区，故时，进入传输特性的放至当
。时，当
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V
R
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)(
)(
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1
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,数字电子技术基础,第五版
THTI VR
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2
11
THTI VR
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2
11
,数字电子技术基础,第五版
10.2.2 集成施密特触发器一、双极型 IC
1.
43
4
22
210
RR
R
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VVTTV
CESCCE
OLOI
)(
饱和导通，截止，时，
EBE
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1
211
12 70 导通，并引起时，，至当,
OHO VVTT 截止导通，迅速转为 21
42
4
112 RR
RVVVV
CESccEE )(
VVOL 91.
,数字电子技术基础,第五版
42
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211
RR
RVVV
VVTTV
CESCCE
OHOI
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截止，饱和，时，
EBE
CCCI
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1
211
11 70 脱离饱和，并引起时，，至当,
OLO VVTT 导通截止，迅速转为 21
43
4221
RR
RVVVV
CESccEE )(
V.VV ET 702
V.VV ET 701
42
411
RR
RVVV
C E SccE )(
,数字电子技术基础,第五版
2,器件实例 74 13
偏移部分电压值较高，加入电平反相”输出加推拉式输出级“
输入加“与门”
附加部分：
OLV?
,数字电子技术基础,第五版二,CMOS IC
,数字电子技术基础,第五版施密特触发器的主要特点：
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电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡
,数字电子技术基础,第五版
10.2.3 施密特触发器的应用一、用于波形变换 二、用于鉴幅
,数字电子技术基础,第五版
10.2.3 施密特触发器的应用三、用于脉冲整形
,数字电子技术基础,第五版
10.3 单稳态触发器特点：
① 有一个 稳态 和一个 暂稳态 。
②在外界触发信号作用下，能从 稳态 → 暂稳态,维持一段时间后 自动 返回稳态。
③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。
10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器一、积分型
G1和 G2为 TTL门
1、原理分析
,数字电子技术基础,第五版；稳态下,OHAOHOOI VVVVVV ),(,,* 110
开始放电；进入暂稳态，后,CVVV OOI,,* 00 1
返回稳态；后，当放至,* 1 OTHA VVV
恢复初始态；重新充电至后，,* OHI VCV?
,数字电子技术基础,第五版
2,性能参数计算输出脉宽：
TH
OH
t
w V
VRC
VV
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)()(?
0
reTRd
Ore
ttt
CRRt
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的时间。放电至从时间）等于输出脉冲宽度（ THOHAO VVVV 0?
,数字电子技术基础,第五版二、微分型
G1和 G2为 CMOS门
1,原理分析
DDTHOLDDOH VVVVV 2
10,,
上无电压；稳态下,CVVVVVVV DDOODDIdI ),(,,,, 12 000
开始充电电路迅速进入暂稳态加触发信号
CVV
VVVV
V
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OIOd
I
,,
,
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21
,数字电子技术基础,第五版二、微分型
G1和 G2为 CMOS门
DDTHOLDDOH VV,V,VV 2
10
稳态。放电至没有电压，恢复电路迅速返回稳态又引起正反馈时充电至
CVVV
VVV
VVV
DDOO
OOI
ITHI
,,
,
1
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,数字电子技术基础,第五版
2、性能参数计算输出脉宽：
200 lnlnln
)()(
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VV
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w
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)~()//)(~( 5353 1
的时间。充电至从时间）等于输出脉冲宽度（ THIO VVV 01 2?
,数字电子技术基础,第五版
10.3.2 集成单稳态触发器电路结构与工作原理 (74 121) 微分型单稳控制附加电路
,数字电子技术基础,第五版
200 lnlnln
)()(
)()( RC
VV
VRC
VV
VVRCt
THCC
CC
t
w
可重复触发？
不可重复触发？
,数字电子技术基础,第五版
10.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）
10.4.1 对称式多谐振荡器一、工作原理（ TTL）
(1)静态（未振荡）
时应是不稳定的开始放电。开始充电，
电路进入第一个暂稳态迅速跳变为高。
迅速跳变为低，而使
，则有：有微小由于“扰动”使
21
2
1
221
1
2
CC
V
V
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,数字电子技术基础,第五版开始放电。开始充电，
电路进入第二个暂稳态迅速跳变为低。
迅速跳变为高，而使将起引起如下正反馈：时，再充至当
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2
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V
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,数字电子技术基础,第五版二、电压波形
,数字电子技术基础,第五版三、振荡频率计算的时间从充电开始到充至的时间从充电开始到充至 THITHI VVVVT 21
21
21
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F
F
OHBECCOHE
RRR
RR
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IKE
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ln2
,数字电子技术基础,第五版
10.4.2 非对称式多谐振荡器一、工作原理（ CMOS）
1
21
221
1
1
I
OO
OII
I
VC
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)(
开始放电电路进入第一个暂稳态高。迅速低，而迅速使
，则有：有微小由于“扰动”使
1
21
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VV
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)(
开始充电电路进入第二个暂稳态低。迅速高，而迅速使
，则有：至又返回第一个暂稳态。
至当,)( THI VV?13
,数字电子技术基础,第五版二、电压波形
THDDTH
THDDTH
W
VVVC:T
VVVC:T
TTT
充至充电，从放至放电，从脉冲宽度计算：
2
1
21
)()(
)()(ln
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w VV
VVRCt
0
,数字电子技术基础,第五版
10.4.3 环形振荡器一、最简单的环形振荡器
,数字电子技术基础,第五版二、实用的环形振荡器
。积分环节，加大第一步：增加 2pdtRC
输出。的接地端改至迟，将第二步：为获取更大延 1GC
（ TTL）
,数字电子技术基础,第五版环节因此周期主要计算常数远大于不能太大）（改、通过调整
RCTRC
RfCR
pd,
,数字电子技术基础,第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
TDD
TDD
TDD
TDD
VV
VVRC
VV
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21
TDD
TDD
TDD
TDD
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1221
,数字电子技术基础,第五版
10.4.5 石英晶体多谐振荡器
１９２２年美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。
巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。
,数字电子技术基础,第五版
10.5 555定时器及其应用
10.5.1 555定时器 （数 /模混合 IC）
一、电路结构由电压比较器（ C1,C2）
触发器输出缓冲器（ G3,G4）
OC输出的三极管（ TD）
组成
,数字电子技术基础,第五版入的关系）二、功能表（输出与输输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
10.5.2 用 555定时器接成施密特触发器工作原理 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
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DR? 1IV 2IV OV DT
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VV
值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的
,数字电子技术基础,第五版
,
,
TI
TI
VV
VV
值使电路状态发生转变的值使电路状态发生转变的
COV
,数字电子技术基础,第五版
10.5.3 用 555定时器接成单稳态触发器输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
保持放电导通充电至截止若通电后保持导通若通电后即可，稳态时，无触发信号：
0
1
1
00
3
2
1
0
1
1
00
1
3
1
1
2
1
1
2
1
2
Q
V
V
CTQV
VVCTQ
Q
V
V
VTQ
VVV
C
C
DC
CCCD
C
C
CD
CCCI
)(
导通稳态,DOI TVV,,01
,数字电子技术基础,第五版
）已经回到高于时（假定此时充至当 CCICCC VVVV 3132
保持开始放电至导通则 0110010
2
1
2
1?
Q
V
VCTQ
V
V
C
C
D
C
C,
开始充电截止则降至只要触发时
CTQ
V
V
VV
V
D
C
C
CCI
I
,,1
0
1
3
1
2
1
,数字电子技术基础,第五版性能参数：
暂稳态输出的宽度
3
3
2
0 lnln RC
VV
VRCt
CCCC
CC
w?
的宽度有何要求？对 IV
的宽度过宽？若 IV
,数字电子技术基础,第五版是否可以重复触发？
导通稳态,DOI TVV,,01
开始充电截止则降至只要触发时
CTQ
V
V
VV
V
D
C
C
CCI
I
,,1
0
1
3
1
2
1
,数字电子技术基础,第五版
10.5.4 用 555接成多谐触发器输 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
CCV32? CCV31?
CCV32?
CCV32?
CCV32?
CCV31?
CCV31?
CCV31?
DR? 1IV 2IV OV DT
,数字电子技术基础,第五版
10.5.4 用 555接成多谐触发器
T
T
TCC
TCC
V
VCR
VV
VVCRR
TTT
0
0
212
21
lnln)(
%502
21
21?
RR
RRq 如希望 q<50%?
,数字电子技术基础,第五版
21
2
RR
Rq
,数字电子技术基础,第五版
10.6用 multisim分析脉冲电路例,分析下图用 555定时器接成的多谐振荡器。求出输出电压的波形和震荡频率。
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版计算结果完全符合得到的分析结果与理论可见用式为：电路的震荡周期计算公
m u lt is im
922 22121 msLnRRTTT )(
