2022年醫(yī)學專題-第9章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

9.1集成(jíchénɡ)555定時器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4施密特觸發(fā)器9.3多諧振蕩器第9章脈沖波形的產(chǎn)生(chǎnshēng)與變換

第一頁，共三十九頁。美國Signetics公司1972年研制，用于取代機械式定時器。流行的產(chǎn)品主要(zhǔyào)有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩7555）。流行(liúxíng)產(chǎn)品:9.1集成(jíchénɡ)555定時器第二頁，共三十九頁。一、555定時器的電路(diànlù)結(jié)構(gòu)9.1集成(jíchénɡ)555定時器電壓(diànyā)比較器的功能：v+>v-，vO=1v+<v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）三個5k電阻組成的分壓器。（2）兩個電壓比較器

C1和C2。第三頁，共三十九頁。（3）基本(jīběn)RS觸發(fā)器，（4）放電三極管T及緩沖器G。電路符號第四頁，共三十九頁。二．工作(gōngzuò)原理（1）4腳為復位輸入端（RD），當RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平。正常工作時，應將其接高電平。（2）5腳為電壓控制端，當其懸空(xuánkōng)時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。1/3VCC2/3VCC第五頁，共三十九頁。（3）2腳為觸發(fā)輸入(shūrù)端，6腳為閾值輸入(shūrù)端，兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。1/3VCC2/3VCC閾值輸入觸發(fā)輸入復位輸出vI1vI2RDvoT功能表XX＜2/3VCC＜1/3VCC>2/3VCC>1/3VCC＜2/3VCC>1/3VCC0111010不變導通截止(jiézhǐ)導通不變第六頁，共三十九頁。9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器——有一個穩(wěn)態(tài)(0)和一個暫穩(wěn)態(tài)(1)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)(0)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)(1)；暫穩(wěn)狀態(tài)(zhuàngtài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。一．用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路(diànlù)組成及工作原理第七頁，共三十九頁。（2）暫穩(wěn)態(tài):當vI下降沿到達(dàodá)時，vO由0跳變?yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。（1）靜止期:觸發(fā)(chùfā)脈沖沒有來到,保持vI=1，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。第八頁，共三十九頁。第九頁，共三十九頁。（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。時間常數(shù)τ1=RC，vC由0V開始(kāishǐ)增大，在vC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動返回時間——當vC上升至2/3VCC時，vO變0，電路(diànlù)由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(huīfù)過程——當暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過飽和導通的T放電，時間常數(shù)τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復過程結(jié)束。第十頁，共三十九頁。2.主要參數(shù)估算(ɡūsuàn)(P354)(1)輸出脈沖寬度(kuāndù)Tw（用三要素法計算）（2）恢復時間(shíjiān)tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作頻率fmax

vI周期的最小值：

Tmin=tW＋tre

最高工作頻率:TTW第十一頁，共三十九頁。二．集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121(74121)A1、A2是下降沿有效的觸發(fā)信號輸入(shūrù)端，B是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入(shūrù)端。保持穩(wěn)態(tài)010101010×1×01××011×下沿觸發(fā)1↓1↓11↓↓1上沿觸發(fā)工作特征vOvO輸出0×↑×0↑A1A1B輸入74121功能表第十二頁，共三十九頁。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件(yuánjiàn)連接方法:（b）使用內(nèi)部(nèibù)電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。（a）使用(shǐyòng)外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式。第十三頁，共三十九頁。74121的主要參數(shù)

(1)輸出脈沖寬度tW

使用外接電阻：tW≈0.7RextC使用內(nèi)部電阻：tW≈0.7RintC74121內(nèi)部電阻=2kΩ，外接電阻Rext可在1.4～40kΩ之間選擇，外接電容C可在10pF～10μF之間選擇，（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin

Tmin=tW＋tre（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q定義(dìngyì)：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，當R=2kΩ時，最大占空比qmax為67%；當R=40kΩ時，最大占空比qmax可達90%。第十四頁，共三十九頁。三．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用(yìngyòng)1.延時與定時(dìnɡshí)（1）延時圖中，v/O的下降(xiàjiàng)沿比vI的下降沿滯后了時間tW。（2）定時當v/O=1時，與門打開，vO=vF。當v/O=0時，與門關(guān)閉，vO為低電平。與門打開的時間是單穩(wěn)輸出脈沖v/O的寬度tW。第十五頁，共三十九頁。2.整形(zhěngxíng)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅度和寬度都相同的標準(biāozhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。第十六頁，共三十九頁。3.觸摸(chùmō)定時控制開關(guān)

555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸(chùmō)一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個負脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間（tW）結(jié)束時，555輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。第十七頁，共三十九頁。4.觸摸、聲控(shēnɡkònɡ)雙功能延時燈555和T1、R3、R2、C4組成單穩(wěn)定時電路，定時（即燈亮）時間約為1分鐘。當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時(piànshí)，HTD將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)T2、T1放大，觸發(fā)555，使555輸出高電平，觸發(fā)導通晶閘管SCR，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片A時，人體感應電信號經(jīng)R4、R5加至T1基極，也能使T1導通，觸發(fā)555，達到上述效果。第十八頁，共三十九頁。0vctvo0t9.3多諧振蕩器多諧振蕩器——能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一．用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路(diànlù)組成及工作原理2/3VCC1/3VCC第十九頁，共三十九頁。第二十頁，共三十九頁。2.振蕩(zhèndàng)頻率的估算（1）電容(diànróng)充電時間T1：（用三要素法計算）（2）電容放電(fàngdiàn)時間T2（3）電路振蕩周期T

T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q（4）電路振蕩頻率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC第二十一頁，共三十九頁。二．占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路(diànlù)

利用二極管的單向?qū)щ娦?，把電容C充電和放電回路(huílù)隔離開，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。

可計算(jìsuàn)得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：第二十二頁，共三十九頁。9.4.2集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器

9.4.1特性(tèxìng)與原理9.4施密特觸發(fā)器

9.4.3應用(yìngyòng)舉例

第二十三頁，共三十九頁。9.4.1施密特觸發(fā)器特性(tèxìng)與原理基礎知識第二十四頁，共三十九頁。9.4.1施密特觸發(fā)器特性(tèxìng)與原理基礎知識第二十五頁，共三十九頁。9.4.1施密特觸發(fā)器特性(tèxìng)與原理基礎知識

施密特觸發(fā)器是具有滯后(zhìhòu)特性的數(shù)字傳輸門。①電路具有兩個(liǎnɡɡè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓，二者的差值稱為回差。輸出電平的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。②與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。特點：第二十六頁，共三十九頁。9.4.1施密特觸發(fā)器特性(tèxìng)與原理基礎知識第二十七頁，共三十九頁。9.4.1施密特觸發(fā)器特性(tèxìng)與原理基礎知識第二十八頁，共三十九頁。由555電路(diànlù)組成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器——具有(jùyǒu)回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一.用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1.電路組成及工作原理1/3VCC2/3VCC第二十九頁，共三十九頁。電路符號第三十頁，共三十九頁。2.電壓(diànyā)滯回特性和主要參數(shù)

（2）主要靜態(tài)參數(shù)(cānshù)（a）上限閾值電壓VT+vI上升過程中，輸出電壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時，所對應的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。（b）下限閾值電壓VT—vI下降過程中，vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時，所對應的輸入電壓值。VT—=1/3VCC。（3）回差電壓ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（1）電壓(diànyā)滯回特性1/3VCCVoVi0傳輸特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT—ΔVTVT+VT—ΔVT第三十一頁，共三十九頁。電路符號O2vtO1vtVCC2vO1第三十二頁，共三十九頁。

二．集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器

2.TTL集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器74LS14

1.CMOS集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器CC40106第三十三頁，共三十九頁。三．施密特觸發(fā)器的應用(yìngyòng)舉例1.用作整形電路——把不規(guī)則的輸入信號(xìnhào)整形成為矩形脈沖。輸入輸出VT+VT-第三十四頁，共三十九頁。

2.用于脈沖鑒幅——從一系列幅度不同的脈沖信號(xìnhào)中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。

第三十五頁，共三十九頁。

3.電動(diàndònɡ)窗