第10章 脉冲波形的产生与变换
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《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
1 第10章 脉冲波形的产生与变换
教学重点
1. 了解脉冲波形的主要参数及常见脉冲波形。
2. 了解非门组成的多谐振荡器的电路形式和工作原理。
3. 了解石英晶体多谐振荡器电路的构成。
4. 掌握单稳态触发器的工作特点。
5. 掌握施密特触发器的工作特点。
6. 会测试集成施密特触发器的主要参数。
7. 了解555时基电路的电路框图和引脚功能，掌握555时基电路的逻辑功能。
8. 掌握555时基电路构成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路构成，理解其工作原理。
教学难点
1. 用集成门电路搭接多谐振荡器。
2. 集成单稳态触发器的功能及其应用。
3. 集成施密特触发器的功能及其应用。
4. 555时基电路的典型应用；
学时分配
序号 内 容 学 时
1 10.1常见的脉冲产生电路 4
2 10.2 555时基电路及应用 4
3 技能实训：用555时基电路制作双音报警器 4
4 本章总学时 12
10.1 常见的脉冲产生电路
10.1.1 脉冲的基本概念
1．脉冲的概念
脉冲是指一种瞬间突变、持续时间极短的电压或电流信号。它可以是周期性变化的，也可以是非周期性的或单次变化的。常见的几种脉冲波形，如图所示。
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2. 矩形脉冲波的参数
（1）理想矩形波
脉冲幅值Vm、脉冲重复周期T和脉冲宽度tw
（2）实际的矩形波
脉冲幅值Vm ；
脉冲上升时间tr ；
脉冲下降时间tf ； 脉冲宽度tw ； 脉冲周期T ； 其倒数为脉冲的频率f，f =T1。
占空比D ， D =Ttw，占空比为50%的矩形波即为方波。
10.1.2 多谐振荡器
不需要外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形波脉冲。
1． 集成门电路组成的多谐振荡器
两个非门接成RC耦合正反馈电路，使之产生振荡。RC的另一个重要作用是组成定时电路，决定多谐振荡器的振荡频率和脉冲宽度。
振荡周期的估算：T≈1.4RC 《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
3 在实际应用中，常通过调换电容C的容量来粗调振荡周期，通过改变电阻R的值来细调振荡周期，使电路的振荡频率达到要求。
做一做：非门组成的多谐振荡电路的测试
2． 石英晶体多谐振荡器
做一做：CC4011构成石英晶体振荡器的测试
10.1.3 单稳态触发器
定义：是指有一个稳态和一个暂稳态的波形变换电路。
工作特性：
第一：它有一个稳定状态（简称稳态）和一个暂稳定状态（简称暂稳态）。若无外界触发脉冲作用，电路将始终保持稳定状态；
第二：在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；
第三：暂稳态维持时间的长短通常都是靠RC 电路的充、放电过程来维持的。与触发脉冲的宽度和幅度无关。
1． 74LS121集成单稳态触发器
（1）逻辑符号和引脚排列
A1、A2和B为三个触发信号输入端，
v0和Ov是两个状态互补的输出端，vO为正脉冲输出端，Ov为负脉冲输出端。
Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端。
Rint是74LS121内部2kΩ的定时电阻的引出端。
NC为空引脚，VCC为电源端，GND为接地端。
（2）逻辑功能
输入输出AABvoov0×1011010×××01011×0111110×10×工作特征保持稳态下降沿触发上升沿触发12《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
4 2．74LS123集成单稳态触发器
（1）逻辑符号和引脚排列
内部含有两个独立的可重复触发的单稳态触发器，每一个电路分别具有各自的正触发输入端B、负触发输入端A、复位输入端DR、外接电容端Cext、外接电阻/电容端Rext/Cext、输出端Q和Q端。
（2）逻辑功能
输入 输出 工作特征
DR A B Q Q
0 × × 0 1 复位清零
1 0 上升沿触发
1 1 下降沿触发
0 1 上升沿触发
× 1 × 0 1 稳定状态 × × 0 0 1
3．集成单稳态触发器应用举例
（1）定时控制
利用单稳态触发器的暂稳态脉冲信号可控制电子开关在规定的时间动作，达到定时的目的。如图所示是利用74LS123构成的一个相片曝光定时电路，按一下按钮开关S，触发器进入暂稳态，继电器J吸合,灯亮。曝光时间长短即为暂稳态的时间tW，可根据曝光要求设定RT、CT的参数。
1 1 A
2 1 B
3 1 R D
4 1 Q
5 2 Q
6 2 C ext
7 74LS123 16 V CC 15
14
13 1 R ext /C ext
12
11
8 2 B 10
9 GND 2 R ext /C ext 1 C ext
1 Q
2 Q
2 R D
2 A C ext
1 Q
1Q 74LS123 VCC R T
C T
(15)
(14)
(4)
(13)
1 B 1 A 1 R D
(2) Cext /Rext
(3) (16)
(1)
(a)引脚排列图 (b)逻辑符号 《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
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定时电路
脉冲延时电路
（2）延时脉冲信号
单稳态触发器在输入信号的上升沿时刻被触发，输出信号的下降沿比输入信号的上升沿延时了tW时间，调节RC时间常数可改变延时的时间。如图是用两片74LS121组成的脉冲延时电路，第一级单稳态触发器在输入信号vI的上升沿触发下，产生脉宽为tW1的信号v01输出，再利用v01的下降沿作为第二级单稳态触发器的触发信号，再产生脉宽为tW2的信号v0输出。如图波形所示。这样输出v0的信号比输入vI的信号延时了tW1。
单稳态触发器除应用于定时、延时场合外，还可用于脉冲整形、变换脉冲宽度等场合，应用范围很广。
10.1.4 施密特触发器
定义：是一种靠输入触发信号维持的双稳态电路。
特点：电路具有两个稳态，当输入信号电压升高至上限触发电压VT+时，电路翻转到第二稳态；当输入触发信号降低至下限触发电压VT-时，电路就由第二稳态返回第一稳态。
类型：反相输出施密特触发器和同相输出施密特触发器。 《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
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反相输出施密特触发器 同相输出施密特触发器
1． 施密特触发器的主要参数与工作波形
（1）主要参数
上限触发电压(正向阈值电压)VT+ ；下限触发电压（负向阈值电压）VT-
回差电压ΔVT= VT+－VT—。回差电压越大，施密特触发器的抗干扰性越强。施密特触发器的这种特性称为滞回特性.
（2）工作波形
如图所示，当输入三角波时，根据施密特触发器的电压传输特性，可得到对应的施密特触发器的输出波形。
2．CMOS集成施密特触发器
CC40106为六施密特反相器
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做一做：测试集成施密特触发器CC40106的阀值电压
3．施密特触发器应用举例
（1）波形变换
三角波、正弦波及其他不规则信号变换成矩形脉冲。如图所示为用施密特触发器将正弦波变换成同周期的矩形脉冲。
（2）脉冲整形
当传输的信号受到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的信号整形成较好的矩形脉冲，如图所示。
（3）脉冲幅度鉴别
如输入信号为一组幅度不等的脉冲，可将输入幅度大于VT+的脉冲信号选出来，而幅度《电子技术基础与技能》配套多媒体CAI课件 电子教案
8 小于VT+的脉冲信号则去掉了。如图所示。
利用施密特触发器还可以构成多谐振荡器和单稳态触发器等电路，应用范围很广。
10.2 555时基电路及应用
10.2.1 555时基电路
1． 电路组成和引脚功能
（1）电路组成
一般由分压器、比较器、触发器和开关及输出等四部分组成。
由三个阻值为5kΩ的电阻串联组成的分压器（555由此得名）。
两个电压比较器C1和C2：
v+＞v－，vo=1；
v+＜v－，vo=0。
基本RS触发器；
放电三极管T及缓冲器G。
（2）引脚功能
2． 逻辑功能
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对于上述功能为便于记忆，我们把TH输入端电压在大于CC32V时作为1状态，在小于CC32V时作为0状态；而把TR输入端电压在大于CC31V时作为1状态，在小于CC31V作为0状态。这样在R=1时，555定时器输入TH、TR与输出Q的状态关系可归纳为：1、1出0；0、0出1；0、1不变。
值得注意，当vTH CC32V、vTRCC31V时，电路的工作状态不确定。在实际应用中不允许使用，应避免。
10.2.2 555时基电路的应用
1．构成多谐振荡器
（1）电路组成
外接的R1、R2和C为多谐振荡器的定时元件，2脚TR端和6脚TH端连接在一起并对地外接电容C，7脚接放电管T的集电极与R1、R2的连接点。
（2）工作过程
动画：555组成的多谐振荡器的工作过程
