2022年医学专题—第五章-脉冲波形的产生与整形(1).ppt

第五章脉冲波形(b xn)的产生与整形,5.1 555定时器,5.2 555定时器的应用(yngyng),5.3 CMOS多谐波(xi b)发生器,第一页，共三十页。,一、电路(dinl)组成,5.1 555定时器,电压(diny)比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0,由以下(yxi)几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。,（2）两个电压比较器 C1和C2。,第二页，共三十页。,（3）基本(jbn)RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。,电路(dinl)符号,1,2,6,5,8,4,3,7,DIS,TR,TH,C-V,V,DD,OUT,555,D,R,第三页，共三十页。,二逻辑(lu j)功能,（1）4脚为复位输入端（RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何(rh)，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC。,1/3VCC,2/3VCC,C,C,&,&,&,1,R,S,5k,5k,5k,1,2,V,R,C-V,TR,OUT,DD,D,(2),(6),(5),(8),(4),(3),电源(dinyun),复位,TH,阈值输入,控制电压,触发输入,(7),DIS,VT,放电端,(1),G1,G2,G3,G2,第四页，共三十页。,（3）2脚为触发(chf)输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,1/3VCC,2/3VCC,功能表,第五页，共三十页。,5.2 555定时器的应用(yngyng),用555定时器构成的施密特触发器施密特触发器具有回差电压(diny)特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。（一）电路组成及工作原理,第六页，共三十页。,电路符号,C,OUT,5k,S,1,(2),2/3V,(7),(6),v,&,放电(fng din)端,I1,(3),G,V,&,v,CC,(4),T,CC,C,I2,(8),5k,5k,2,R,CC,(1),&,1,1/3V,V,O2,1,R,v,I,v,CC2,第七页，共三十页。,2.电压(diny)滞回特性和主要参数,（2）主要静态参数（a）上限阈值电压VT+vI上升过程(guchng)中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VT vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压VT VT=VT+VT=1/3VDD,（1）电压(diny)滞回特性,VT+,VT,VT,VT+,VT,v,I,t,O1,v,t,第八页，共三十页。,电路符号,第九页，共三十页。,（二）施密特触发器的应用(yngyng),1.用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为(chngwi)符合TTL系统要求的脉冲波形。,2.用作整形电路把不规则的输入信号(xnho)整形成为矩形脉冲。,第十页，共三十页。,3.用于脉冲(michng)鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。,第十一页，共三十页。,二、多谐波(xi b)发生器,多谐波发生器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。（一）电路组成(z chn)及工作原理,第十二页，共三十页。,振荡(zhndng)频率的估算,（1）电容充电(chng din)时间T1：（用三要素法计算）,（2）电容放电(fng din)时间T2,（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（5）输出波形占空比q,（4）电路振荡频率f,vc,t,v0UT,t,2/3VDD,1/3VDD,第十三页，共三十页。,占空比可调的多谐波(xi b)发生器,利用(lyng)二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,可计算(j sun)得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：,2,6,V,CC,R,D,OUT,555,3,v,I2,I1,v,8,4,v,7,V,CC,C,1,5,0.01,F,C,1,v,C,D,D,1,2,RP,PR”,第十四页，共三十页。,（二）多谐波(xi b)发生器的应用,1.简易(jiny)温控报警器,第十五页，共三十页。,2.双音门铃(mn ln)。,第十六页，共三十页。,三.单稳态触发器,单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持(wich)一段时间后，自动返回到稳态。,（1）无触发信号输入时电路(dinl)工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。,（一）电路组成及工作(gngzu)原理,第十七页，共三十页。,（2）vI下降(xijing)沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,第十八页，共三十页。,（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数(sh jin chn sh)1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。,（4）自动返回时间(shjin)当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程当暂稳态结束(jish)后，C通过饱和导通的T放电，时间常数 2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。,第十九页，共三十页。,主要参数估算(sun),(1)输出脉冲宽度(kund)Tw（用三要素法计算）,（2）恢复时间(shjin)tre tre=（35）2（3）最高工作频率fmax vI周期的最小值：Tmin=tWtre 最高工作频率:,第二十页，共三十页。,（二）单稳态触发器的应用(yngyng),1.延时与定时(dn sh),（1）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后(zh hu)了时间tW。,（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,第二十一页，共三十页。,*附加(fji):2.整形,单稳态触发器能够把不规则的输入(shr)信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。,第二十二页，共三十页。,*附加(fji):3.触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下(yxi)金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。,第二十三页，共三十页。,*附加:4.触摸(ch m)、声控双功能延时灯,555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；同样，若触摸金属片A时，人体感应(gnyng)电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。,第二十四页，共三十页。,5.3 CMOS多谐波(xi b)发生器,一、电路(dinl)的组成,二、电路(dinl)的工作原理,因为CMOS电路的输入阻抗很高，其输入电流近似为0，又因为，其输出高、低电平分别接近UDD和OV，所以CMOS反相器可以看作是一个电压控制的电子开关。,T=T1+T2=2RCln,1.4RC,振荡周期为,第二十五页，共三十页。,2.基本(jbn)特性,1.结构(jigu)：,极板(j bn)间加电场,极板间加机械力,压电效应：,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。,当交变电压频率=固有频率时，振幅最大,（三）石英晶体,第二十六页，共三十页。,有两个谐振(xizhn)频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：fs fp f0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。,3.石英(shyng)晶体的选频特性,第二十七页，共三十页。,4.石英(shyng)晶体的等效电路与频率特性,等效电路：,（1）串联(chunlin)谐振,频率特性：,晶体等效(dn xio)纯阻且阻值0,（2）并联谐振,通常,所以,第二十八页，共三十页。,本章(bn zhn)小结,1多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3555定时器是一种用途很广的集成电路(jchng-dinl)，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。4除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。,第二十九页，共三十页。,内容(nirng)总结,第五章脉冲波形的产生与整形。v+v-，vO=1。v+v-，vO=0。施密特触发器具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。vI下降(xijing)过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。1.用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。2.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。图中，v/O的下降(xijing)沿比vI的下,第三十页，共三十页。,