2022年医学专题—第八章-脉冲波形的变换与产生(1).ppt

主要介绍由单稳态触发器、施密特触发器组成的脉冲波变形电路和多谐振荡器及定时器组成的波形产生电路。重点(zhngdin)讨论其工作特点及其应用。,本章(bn zhn)教学目标,数字电路,shuzidianlu,第一页，共五十八页。,555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成(guchng)单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。,8.1 集成(j chn)555定时器,1、分压器：由三个等值电阻(dinz)（5k）构成分压器,2、比较器：由电压比较器C1和C2构成,一、555定时器的电路结构,电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=03、基本SR触发器4、放电三极管T及缓冲器G。,第二页，共五十八页。,分压器,比较(bjio)器,S-R触发器,T放大(fngd)管,缓冲器,一、555定时器的电路(dinl)结构,第三页，共五十八页。,（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(diny)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。,（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端；两端的电位(din wi)高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制SR触发器，决定输出状态。,第四页，共五十八页。,二、555定时器的工作(gngzu)原理,第五页，共五十八页。,8.2 单稳态触发器,特点：有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用(zuyng)下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。,一 用555定时器组成(z chn)单稳态触发器 1.电路组成及工作原理,第六页，共五十八页。,一 用555定时器组成单稳态触发器 1.电路组成及工作(gngzu)原理,接通(ji tn)电源,2/3VCC,0,1,1,VO=0,导通,1,稳定(wndng)状态,1,vC,R,VCC,vi,C,第七页，共五十八页。,一 用555定时器组成单稳态触发器 1.电路(dinl)组成及工作原理,vC,R,VCC,vi,C,VO=1,截止(jizh),暂稳状态(zhungti),0,1/3VCC,0,若vi低电平不消失，VO=1,第八页，共五十八页。,一 用555定时器组成(z chn)单稳态触发器 1.电路组成及工作原理,vC,R,VCC,vi,C,VO=1,截止(jizh),暂稳状态(zhungti),0,0,若vi由0变1,1,1,保持状态,C继续充电,第九页，共五十八页。,一 用555定时器组成单稳态触发器 1.电路组成及工作(gngzu)原理,vC,R,VCC,vi,C,VO=1,截止(jizh),0,0,若vC大于2/3 VCC,1,1,保持(boch)状态,C继续充电,0,1,0,VO=0,导通,C放电,第十页，共五十八页。,8.2 单稳态触发器,特点：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(zhungti)维持一段时间后，自动返回到稳态。,一 用555定时器组成单稳态触发器 1.电路组成及工作(gngzu)原理,（1）无触发信号输入时电路工作(gngzu)在稳定状态当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。,（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1电路由稳态转入暂稳态,第十一页，共五十八页。,（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1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升(shngshng)到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间 当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。,第十二页，共五十八页。,（5）恢复过程 当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常数 2=RCESC，经过(jnggu)(35)2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。,第十三页，共五十八页。,2.主要参数估算(sun),（1）输出(shch)脉冲宽度tw（用三要素法计算）,上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值；与输入触发信号和电源电压(diny)无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。,（2）恢复时间tre,（3）最高工作频率fmax,第十四页，共五十八页。,二集成(j chn)单稳态触发器74121,说明(shumng)：A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。,8.2 单稳态触发器,第十五页，共五十八页。,集成单稳态触发器74121的外部元件连接(linji)方法:（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式；（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。,二集成(j chn)单稳态触发器74121,8.2 单稳态触发器,第十六页，共五十八页。,（1）输出脉冲宽度tW 使用外接电阻：tW 0.7RextC 使用内部电阻：tW 0.7RintC（2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre tre是恢复时间。（3）周期性输入触发脉冲占空比q 定义：q=tW/T 最大占空比：qmax=tW/Tmin74121内部电阻=2K，外接电阻Rext可在1.440K之间选择(xunz)，外接电容C可在10pF10uF之间选择。所以，当R=2k时，最大占空比qmax为67%；当R=40K时，最大占空比qmax可达90%。,74121的主要参数,二集成(j chn)单稳态触发器74121,8.2 单稳态触发器,第十七页，共五十八页。,1.延时与定时(dn sh),（1）延时,三 单稳态触发器的应用(yngyng),8.2 单稳态触发器,图中：v/O的下降(xijing)沿比vI的下降沿滞后了时间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。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,第十八页，共五十八页。,2.整形(zhng xng),作用(zuyng)：单稳态触发器能够把不规则的输入信号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。,三 单稳态触发器的应用(yngyng),8.2 单稳态触发器,第十九页，共五十八页。,3.触摸定时(dn sh)控制开关,工作原理：555定时器构成单稳态触发器，只要用手触摸一下金属片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(y)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。作用：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。,三 单稳态触发器的应用(yngyng),8.2 单稳态触发器,第二十页，共五十八页。,4.触摸(ch m)、声控双功能延时灯,工作原理：（1）555和T1、R3、R2、C4组成单稳定(wndng)时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。（2）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。,第二十一页，共五十八页。,【8.1.2】图所示电路时用CMOS 或非门构成的单稳态触发器的另一种形式。是回答(hud)下列问题：（1）分析电路的工作原理；（2）画出加入触发脉冲后vO1、vO2及vR的工作波形；（3）写出输出脉宽tw的表达式。,【分析】本电路为由R、C和与非门构成的单稳态电路，通过对C的充放电实现(shxin)单稳态和暂稳态之间的转换。,解：（1）电路的工作过程稳态：当vI=0，vR=0时，vO1=1，vO2=0；暂稳态：当vI有上跳沿时（即01），vO1由10，vO2由01，经C电容耦合，vR也由01。此后vO2对C充电(chng din)，vR呈指数下降。,由暂稳态返回稳态：当vR下降至Vth，且vI撤除后，G1输入全为0，因此，vO1由01，vO2由10，又返回稳态。同样由于电容的耦合，vR也和vO2一样作等副下降。然后，电容C放电，使vR回到稳态。,（2）工作波形,C,R,第二十二页，共五十八页。,解：（1）电路的工作(gngzu)过程稳态：当vI=0，vR=0时，vO1=1，vO2=0；暂稳态：当vI有上跳沿时（即01），vO1由10，vO2由01，经C电容耦合，vR也由01。此后vO2对C充电，vR呈指数下降。,由暂稳态返回稳态：当vR下降至Vth，且vI撤除后，G1输入全为0，因此，vO1由01，vO2由10，又返回稳态。同样由于电容的耦合，vR也和vO2一样作等副下降。然后(rnhu)，电容C放电，使vR回到稳态。,（2）工作(gngzu)波形,（3）,若,则,C,R,第二十三页，共五十八页。,【8.1.3】由集成单稳态触发器74121组成的延时电路及输入波形如图。（1）计算输出脉宽的变化(binhu)范围；（2）解释为什么使用电位器时要串接一个电阻。,【解】（1）,因此(ync)脉宽,（2）串接的5.1K电阻是一个保护电阻，以防止(fngzh)电位器调到零时触发器不能正常工作。,第二十四页，共五十八页。,【8.1.4】某控制系统要求生产的信号va与vb系统时钟CP的时序关系(gun x)如图所示。试用4位二进制计数器74LVC161、集成单稳74121设计该信号发生电路，画出电路图。,【解】va与CP呈四分频关系，而vb则是在va波形的下降沿触发下，产生的脉宽为tw的正脉冲。电路设计应做如下考虑：首先，设计出产生va电路，然后用va作为触发信号，用单稳态触发器得到题意(t y)要求的输出波形。,根据74161的逻辑功能表，将其连接为4位二进制加法计数器的工作状态(zhungti)。分析在CP作用下Q3、Q2、Q1、Q0的工作波形可知，va Q1Q0则，可用一片74LVC161和与门就能组成va产生电路。,第二十五页，共五十八页。,然后，再用va作为集成单稳态触发器74121的触发信号，这样，在74121的Q端即可得到(d do)vb波形。合理选择R、C的值，使tw的值满足题意要求。由以上分析，可画出时序信号产生电路，如图。,CP,第二十六页，共五十八页。,8.3 施密特触发器,施密特触发器具有(jyu)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。一.用555定时器构成的施密特触发器 1.电路组成及工作原理,第二十七页，共五十八页。,第二十八页，共五十八页。,2.电压(diny)滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性,8.3 施密特触发器,一.用555定时器构成(guchng)的施密特触发器,逻辑符号(fho)（反相输出）,反相输出的传输特性,（2）主要静态参数上限阈值电压VT+vI上升过程中，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。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-=1/3VCC,第二十九页，共五十八页。,2.TTL集成(j chn)施密特触发器74LS14,二集成(j chn)施密特触发器 1.CMOS集成施密特触发器CC40106,8.3 施密特触发器,第三十页，共五十八页。,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。,三施密特触发器的应用(yngyng)举例,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。,8