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数字电子技术-07脉冲波形的产生与变换讲义.

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数字电子技术-脉冲波形的产生与变换

数字电子技术-脉冲波形的产生与变换

3
锯齿波变换的应用
在数字电子技术中，锯齿波的变换常用于产生矩 形波等脉冲波形，这些波形在信号处理、测量和 控制等领域有广泛的应用。
04
脉冲波形产生与变换的方法
数字方法
数字方法是指通过数字电路和数字信号处理技术来产生 和变换脉冲波形。
数字方法可以通过编程实现各种不同的脉冲波形，如矩 形波、三角波、正弦波等。
数字电子技术-脉冲波形 的产生与变换
• 引言 • 脉冲波形的产生 • 脉冲波形的变换 • 脉冲波形产生与变换的方法 • 脉冲波形产生与变换的实际应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
脉冲波形是指具有特定形状、幅 度、宽度和重复频率的波形，广 泛应用于数字电子技术中。
02
脉冲波形的产生与变换是数字电 子技术中的重要内容，涉及到信 号处理、通信、控制等多个领域 。
光纤通信
在光纤通信中，脉冲波形产生与变换技术用于生成高速光脉冲，实现大容量、高速的光信号传输。通 过调制技术，将数字信号加载到光脉冲上，提高通信系统的传输效率和可靠性。
在测量技术中的应用
时间测量
利用脉冲波形产生与变换技术，可以生成精确的时间间隔和频率，用于时间测量和计时 应用。例如，高精度计数器和频率计等测量仪器利用脉冲波形产生与变换技术实现高精
数字方法具有精度高、稳定性好、易于实现复杂波形等 优点。
数字方法还可以实现脉冲波形的调制和解调，广泛应用 于通信、雷达、测控等领域。
模拟方法
01
模拟方法是指通过模拟 电路和模拟信号处理技 术来产生和变换脉冲波 形。
02
模拟方法具有简单、直 观、易于实现等优点。
03
模拟方法可以通过简单 的RC电路、LC电路等实 现矩形波、锯齿波等基 本脉冲波形。

第七章脉冲波形的产生和变换

第七章脉冲波形的产生和变换

，
1 U CC 出又变为Uo=1，V1 截止，电容C再次充电，又重复上述过程， 3 电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如前图。
第7章 脉冲波形的产生与变换 2) 振荡周期T的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间，
T=T1+T2。由图 8-5(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和
1 端UCO悬空时， R1 2 U CC ，U R 2 U CC ； U 3 3
若UCO外接固定电压，则 U R1 U CO R 2 ,U
1 U CO 。RD为异步置 0 端，只要 2
在RD端加入低电平，则基本RS触发器就置 0，平时RD处于高电平。
第7章 脉冲波形的产生与变换
定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放电管V1状态的控制。 2 1 U 6 U CC、U 2 U CC 时，比较器C 输出为 0，C 输出为 1，基本RS 当 1 2 3 3 触发器被置 0，V1导通，Uo输出为低电平。
U6 当 3 U CC、U 2 3 U CC 2 1
d c ic dt
S
① ②
UC
US
UR
以UC为输出，当RC<<Ts时：
积分电路 （方波）
以UC为输出，当RC>>Ts时：
线性波
UC
ts
t
第7章 脉冲波形的产生与变换 可用三要素法来描述一阶问题，从而获得电压或电流随 时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重要依据。
X (t ) X () [ X (0 ) X ()]e
变为UoH，此时相应的Ui幅值( 1 U CC )称为下触发电平U-。
3
1 3
从以上分析可以看出，电路在Ui上升和下降时，输出电压 Uo翻转时所对应的输入电压值是不同的，一个为U+，另一个 为U-。 这是施密特电路所具有的滞后特性，称为回差。回差电 压U U U 1 U CC 。电路的电压传输特性如图8-8(c)所示。 3 改变电压控制端UCO(5脚)的电压值便可改变回差电压，一般UCO 越高，ΔU越大，抗干扰能力越强，但灵敏度相应降低。

脉冲波形的产生与变换z资料PPT课件

脉冲波形的产生与变换z资料PPT课件
本章基本要 求
➢正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发 器的电路组成及工作原理。 ➢掌握多谐、单稳、施密特MSI器件的逻辑功能及主 要参数计算。 ➢掌握555定时器的工作原理。 ➢了解由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路 工作原理。
第1页/共50页
§8-1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激震荡电路，接通电源后 无需外接触发信号即能产生方波和矩形波，其不存 在稳定状态，又称无稳态电路。
vO1
v1(0 ) V 0V VDD
vI () VDD
RC
0
V vI
VDD
DD
V
Vth
0
根据RC电路瞬态 相应分析，
vO2
V
VDD
0
T1 T2
vO1 VDD
t
0
t
t1
t2
t
v(t) v() v(0 ) v() et
t ln v(0 ) v()
v(t) v()
T1
RC
C
1
0.01F
第31页/共50页 tPL tPH
出 T
导通
截截止止 导导通通 不变
一、555定时器组成多谐振荡器
——占空比可调
tpH = RAC1n2≈0.7RAC
R1
RA R2
84
RB
D1
RB
7
3
6
2 555 5
D2
vC +
1
C –
VCC R3
vO
0.01F
tPL=RBC1n2≈0.7RBC f 1 1.43
2 3 VCC
vIC (5) vI1 (6)
+
R

脉冲波形的产生与变换教学课件

脉冲波形的产生与变换教学课件

脉冲信号的产生方式
总结词
可以通过多种方式产生脉冲信号，如逻辑门电路、晶体管开关电路、数字IC等。
详细描述
产生脉冲信号的方式有多种，可以根据具体的应用需求选择合适的方式。常见的产生脉冲信号的方式包括使用逻 辑门电路、晶体管开关电路和数字IC等。这些电路可以通过组合和配置，产生不同形状和特性的脉冲信号，以满 足不同的应用需求。
根据观察和测量结果，调整电 路参数，实现脉冲波形的变换 。
实验结果与分析
实验结果记录
详细记录示波器显示的脉冲波形图像以及相关测量数据。
结果分析
根据记录的数据，分析脉冲波形的变化规律以及电路参数对波形的 影响。
结论总结
总结实验结果，得出脉冲波形变换的原理以及实现方法。
05
总结与展望
脉冲波形产生与变换的重要意义
。
电源：为电路提供稳定的直流 电压或交流电压。
实验步骤与操作方法
构建电路
根据实验要求，使用电子元件 构建脉冲波形变换电路。
观察与测量
使用示波器观察脉冲波形，并 记录相关数据。
准备实验器材
根据实验需求选择合适的电子 元件和测量仪器。
信号源设置
设置信号发生器，使其输出所 需的脉冲波形信号。
变换电路调整
脉冲波形产生与变换是电子工程、通信和控制工程等领域中 的重要技术，广泛应用于信号处理、雷达、无线通信、电力 电子和电机控制等领域。
脉冲波形产生与变换技术的不断发展和创新，对于推动相关 领域的技术进步和产业升级具有重要意义，能够促进社会经 济的发展和提高人们的生活水平。
当前研究现状与发展趋势
未来，脉冲波形产生与变换技术将继续向着高精度、 高稳定性和高效率的方向发展，同时将更加注重与其 他技术的融合和创新，如物联网、云计算和边缘计算 等。

数电——脉冲波形的变换与产生PPT学习教案

数电——脉冲波形的变换与产生PPT学习教案
即：VI > VON =Vth 门打开（输出低）， VI < VOFF =Vth 门关闭（封锁，输出高）。
第27页/共52页
工作过程分析： ⑴ 第一暂稳态及自动翻转过程。
上电时，C两端未充电， VO1 = 1，VI = VO2 = 0，为第一暂稳态。
电源VDD经G1的TP管、R和G2的TN给 C充电 ，使VI电压上升 ，当VI到达Vth时G1翻 转，G2翻转， 进入第 二暂稳 态。
t VDD
t
第19页/共52页
④ 回差电压：
VI
VT
VT
VT
2
R1 R2
Vth
VO
电压传输特性
VO
0
VDD
0
VT-
VT+
VI
第20页/共52页
VT+ VT-
t VDD
t
8.2.2 集成施密特触发器
第21页/共52页
8.2.3 施密特触发器的应用 1．波形变换
如将正弦波、三角波变换为矩形波信 号；
由于为CMOS门，无输入电流，由叠 加原理 得：
I1
R2 R1 R2
I
R1 R1 R2
O
第17页/共52页
① 当 I=0时
I1
R1
R1 R2
O
1 2
O
1 2 VDD
Vth
O1 VDD，O 0，I1 0
② I逐渐上升， I1也逐渐上升，当上升到Vth 时，电路翻转。
VI
I1
R2 R1 R2
第1页/共52页
2. 单稳态触发器的分类
门电路组成的单稳态触发器
按电路形式不同
MSI集成单稳态触发器

数电 第七章 脉冲波形的产生与变换

数电 第七章 脉冲波形的产生与变换

双稳 触发信号 输出
单稳
多谐
4.6.1 555定时器的工作原理 定时器的工作原理 4.6.2 555定时器构成单稳态 定时器构成单稳态 4.6.3 555定时器构成多谐振荡器 定时器构成多谐振荡器 4.6.4 555定时器构成施密特触发器 定时器构成施密特触发器 4.6.5 555定时器构成压控振荡器 定时器构成压控振荡器(VCO) 定时器构成压控振荡器
7.2.3 555定时器构成多谐振荡器 定时器构成多谐振荡器
VCC RA
7 4 8 3 5 1
RB
6 2
555
uo
C
C5
电容器之所 以能够放电，是 由于有放电端7 脚的作用，因7 脚的状态与输出 端一致，7脚为 低电平电容器即 放电。
uC
2VCC/3 1VCC/3
0 uO tw1 0 tw2 图4.29 多谐振荡器波形图
uc
VCC RA
7 4 8 3 5 1
u '5
2 VCC 3 u '5 2 1
3
VCC
RB
6 2
555
uo C5
O
t uo t t
+ -
C
u5
O
uo
O
T T
555定时器做压控振荡器，其工作原理与多谐振荡器无 本质不同。在压控振荡器中，实质上是通过5脚加入一个控 制电压u5，u5的加入使555定时器的阈值随之改变，从而可 以改变多谐振荡器的振荡频率。为了使u5的控制作用明显， u5应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈值是由 三个5kΩ的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻， 压控作用均不明显。
t w2 = 0.7 RBC
因T1 ＞T2 ，它的占空比大于50% ，占空比不可调节。该 电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可 以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电 位器可以获得50%的占空比。

电子课件《数字电子技术》7第7章 脉冲波形的产生与整形电路


7.4 多谐振荡器
简单环形多 谐振荡器
RC环形多谐 振荡器
秒脉冲发生 器
7.4.1 简单环形多谐振 荡器
如图7-25所示为3非门多谐振荡器的电路结构。
图7-25 3非门多谐振荡器的电路结构
如图7-26所示为3非门多谐振荡器各点的输出波形图。
图7-26 3非门多谐振荡器各点的输出波形图
7.4.2 RC环形多谐振荡 器
如图7-23所示为74HC123典型应用的电路结构。
（a）上电噪声脉冲消除电路
（b）掉电保护电路
图7-23 74HC123典型应用的电路结构
（1）系统上电时，输出会产生一噪声脉冲，其宽度由 RX和 CX决定，为消除该噪声脉冲，需要引入上电噪声脉冲消除 电路，如图7-23（a）所示。 （2）系统掉电时，电容需通过输入级的保护二极管放电， 有可能会损坏芯片。为避免该类情况的发生，通常会使用 一只锗二极管或肖斯特二极管以抵抗大电容放电时产生的 大浪涌电流，其接法如图7-23（b）所示。
图7-9 CD40106工作电压波形
如图7-10所示为某CD40106电路的电路结构及工作电压波形图。
（a）电路结构
（b）工作电压波形
图7-10 CD40106的典型应用
计算CD40106电路输出波形的相关参数，可得
t1
≈
RC
ln
VT + VT
t2
≈
RC
ln VDD VDD
VT VT+
图7-17 微分型单稳态触发器的电压波形图
2．积分型单稳态触发器
如图7-18所示为CMOS门电路和RC积分电路组成的积分型 单稳态触发器。
图7-18 积分型单稳态触发器的电路结构

数字电子技术07脉冲波形的产生与变换


2019/7/10
23
(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7-8 施密特触发与非门的逻辑符号
2019/7/10
24
3. 施密特触发器的应用
(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）。
工作原理：
当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电， 当TH = uC≥2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此时， 放电管导通，C放电，TH = uC =0。稳态为0状态。
当触发脉冲uI下降沿到来时，低触发端TR有效 置1状态，电路进入暂稳态。
此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。 当TH = uC≥2/3VCC时，使高触发端TH有效，置 0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。 电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电， 使电路迅速恢复到初始状态。
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31
2. 集成单稳态触发器
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简 单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小， 而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单 稳态触发器。
1. 输入脉冲触发方式
上升沿触发 下降沿触发
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32
2. 不可重复触发型与可重复触发型
图（b）为可重复 图（a）为不可重复
4
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。
图7-1 常见的脉冲波形图
2. 矩形波及其参数 数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波

第7章脉冲波形的产生与变换PPT课件


5K UR1
5K UR2
5K
7.2 555定时电路
R S
图 7 –2 CC7555集成定时电路
第4页/共37页
集成555电路的八个 引脚的作用及名称为：
5 K
R
脚1 接地端
USS
UR
1
脚2 触发器输入端 TR
5
脚3 输出端
OUT
K UR
S
2
脚4 复位端 脚5 控制端
R
5
CO
K
脚6 阈值输入端 TH
uC
1 C
t
0 iCdt
I0 C
t
其中，I0为恒定电流。 UD D
线性增长
uI
84
Re
Rb 2
7
uI
2
6
V
uC
3
uO
uC
15
C
Rb 1
0 .0 1 F
uO
(a)
(b)
图 7 – 5 第线18性页/锯共3齿7页波电路
7.4 多 谐 振 荡 器
tw
Um
tr
tf
T
脉 冲 幅 度 Um：脉冲电压变化的最大值
第1页/共37页
（4）三要素公式
三要素即起始值x (0+)、趋向值x (∞)和时间常数τ，若三要素已知，则得方程
x(t )
x()
[x(0 )
t
x()]e
终止值 初始值
时间常数
计算信号从某个初始值 x (0+)变化到某个特定值 x (t) 所需 要的时间：
t ln x() x(0 )
x() x(t)
第25页/共37页
(二)工作原理、工作波形与周期估算

第20章脉冲波形的产生和变换PPT课件

第20章脉冲波形的产生和变换
第20章 脉冲波形的产生和变换
20.1 单稳态及多谐振荡器 20.2 施密特触发器 20.3 555定时器及其应用 20
1
第20章脉冲波形的产生和变换
20.1 单稳态及多谐振荡器
描述矩形脉冲波形的特性主要有以下几个主要参 数（见图20.1）
2
第20章脉冲波形的产生和变换
4
第20章脉冲波形的产生和变换 1. 门电路组成的单稳态触发器 用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳
态触发器如图20.2所示。
5
第20章脉冲波形的产生和变换
VDD
R
Cd UI
Ud
G1
≥1
C
G2 1
UO1
UI2
UO
Rd
图 20.2 微分型单稳态触发器
6
第20章脉冲波形的产生和变换
1. 门电路组成的单稳态触发器 用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触 发器如图20.2所示。 对于CMOS电路， 可近似认为UOH≈VDD，UOL≈0， 在 稳态下UI=0，UI2=VDD，UO=0，UO1=VDD，电容上没有电 压。 当输入触发脉冲UI加到输入端时， 由Rd、Cd组成的微 分电路的输出端得到一个很窄的正、 负脉冲电压Ud，当 Ud上升到UTH以后， 将引发如下的正反馈过程:
11
第20章脉冲波形的产生和变换
U I
U I
U O
单 稳 U O 电 路
t
t
图20.4 整形示意图
12
第20章脉冲波形的产生和变换 （2） 脉冲延时（展宽）如图20.5所示。
U I
U O
U I
74121 U O
单稳
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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。
2020/8/11
7
7.1 555定时器及其应用
(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。
2020/8/11
22
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。
整形级可图以7使-7施输密出特波触形发的反相边器沿更加陡峭，
输(a)出原级理框可图以提(b)高电电压路传输的特负性载(能c) 力逻辑。符号
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16
（5）缓冲器
缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能 力。
2020/8/11
17
2. 工作原理
表8-1 555定时器的功能表
TH接至反相输入端，当TH＞UR1时，UC1输出低电 平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；
TR接至同相输入端，当TR＜UR2时，UC2输出 低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置
峭的矩形脉冲。
2020/8/11
19
（4）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。
下限触发转 换电平UT－
上限触发转 换电平UT+
图7-5 施密特触发器的工作波形及电压传输特性
3回改. 差变重ΔR（要U1a和）T参=R工数U2作的T波+大－形小UT可－以（改通（变常b）回U电T差+压＞Δ传UU输TT－特）性
（1） 电阻分压器
由3个5kΩ2020/8/11
11
（2） 电压比较器
C1和C2。当U＋＞U－时， UC输出高电平，反之 则输出低电平。
2020/8/11
12
CO为控制电压输入端。
当CO悬空时，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。 当CO＝UCO时，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO
2
第7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。
2020/8/11
3
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）
2020/8/11
23
(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7-8 施密特触发与非门的逻辑符号
2020/8/11
24
3. 施密特触发器的应用
(1). 波形变换
2020/8/11
20
1. 555构成施密特触发器
图7-6 555定时器构成的施密特触发器
（a）电路
（b）工作波形
如果在UIC加上控制电压，
2020/8/11 则可以改变电路的UT+和UT－。
21
2. 集成施密特触发器
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。
第7章 脉冲波形的产生与变换
7.1 概述 7.2 555定时器
7.2.1 555定时器 7.2.2 555定时器的应用举例
2020/8/11
1
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？
2020/8/11
1）。
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18
7.2 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
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13
TH称为高触发端，TR 称为低触发端。
2020/8/11
14
（3） 基本RS触发器 其置0和置1端为低电平有效触发。 R是低电平有效的复位输入端。 正常工作时，必须使R处于高电平。
2020/8/11
15
（4） 放电管T T是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开 关。 输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。
优点 电源电压工作范围
负载电流
双极型产品
CMOS产品
555
7555
556
7556
驱动能力较大 低功耗、高输入阻抗
5~16V 可达200mA
3~18V 可达4mA
2020/8/11
9
1. 电路组成 电阻分压器 电压比较器 基本RS触发器
缓冲器 放电管T
图7-4 555定时器 (a) 原理图 (b)外引线排列图
为数字—模拟混合集成电路。 可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5KΩ的 电阻分压器，故称555。 在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、 电子玩具等许多领域中都得到了应用。
2020/8/11
8
各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线 排列都完全相同。
单555型号的最后几位数码 双555型号的最后几位数码
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。
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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。
图7-1 常见的脉冲波形图
2. 矩形波及其参数 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。
图7-2 非周期性和周期性矩形波
(a) 非周期性 (b) 周期性
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图7-3 矩形波的主要参数