2022年医学专题—第6章-脉冲波形的产生与整形(1).ppt

脉冲波形脉冲波形(b xn)(b xn)的产生与整的产生与整形形 1 概述概述(i sh)(i sh)2 555 555定时器定时器3 单稳态触发器单稳态触发器 4 施密特触发器施密特触发器5 多谐振荡器多谐振荡器第一页，共四十七页。1 1 概述概述(i sh)(i sh)一、脉冲一、脉冲(michng)(michng)信信号号 脉冲脉冲(michng)(michng)是是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲信号。都是脉冲信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波第二页，共四十七页。1 1 概述概述(i sh)(i sh)在在数数字字系系统统中中常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡陡峭峭(duqio)(duqio)边沿的矩形脉冲信号边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常有两种：脉冲产生电路直接产生；脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。第三页，共四十七页。1 1 概述概述(i sh)(i sh)二、脉冲信号二、脉冲信号(xnho)(xnho)的参数的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲脉冲(michng)(michng)周周期期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。第四页，共四十七页。1 1 概述概述(i sh)(i sh)三、脉冲产生电路三、脉冲产生电路(dinl)(dinl)的暂态分析的暂态分析脉冲脉冲(michng)(michng)波形产生与整形电路多是由波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构构成的。成的。开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定定理理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电电容容器器相相当当于开路于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR第五页，共四十七页。令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+)变变到到U UT T所所经经历历(jngl)(jngl)的的时间时间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：电电路路(dinl)(dinl)的的时时间间常常数数=RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三要素公式三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 1 1 概述概述(i sh)(i sh)tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC第六页，共四十七页。一、一、555555定时器的电路定时器的电路(dinl)(dinl)结构结构2 5552 555定时器定时器 555 555定时器是一种多用途的定时器是一种多用途的数字数字模拟混合模拟混合(hnh)(hnh)集成电路集成电路，可以，可以方便地构成方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。双极型双极型产品型号最后数码为产品型号最后数码为555555，CMOSCMOS型型产品型号最后数码为产品型号最后数码为75557555。其功能和外部引脚排列完全相同。其功能和外部引脚排列完全相同。TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu第七页，共四十七页。2 5552 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.1.分压器分压器电压电压(diny)控制端控制端55脚悬空时，脚悬空时，；55脚外接控制电压脚外接控制电压U UCOCO时，时，。注：注：当当5 5脚不加控制电压时，通常经过脚不加控制电压时，通常经过(jnggu)(jnggu)一个一个0.01F0.01F的电容接地的电容接地，以，以抑制干扰。抑制干扰。第八页，共四十七页。2 5552 555定时器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.2.电压电压(diny)(diny)比较器比较器U U+U U-时，时，C Ci i1 1；U U+U U-时，时，C Ci i0 0。阈值阈值(y zh)输输入端入端触发触发(chf)输输入端入端3.3.基本基本RSRS触发器触发器/R /S/R /SQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n异步清零端异步清零端第九页，共四十七页。2 5552 555定时器定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端放电端uu4.4.放电放电(fng din)(fng din)三三极管极管VTVT是一个是一个集电极开路集电极开路(kil)(kil)的放电三极管。的放电三极管。当当u uO O0 0时，时，VTVT导通；导通；当当u uO O1 1时，时，VTVT截止。截止。第十页，共四十七页。二、二、555555定时器的功能定时器的功能(gngnng)(gngnng)2 5552 555定时器定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制脚不外接控制(kngzh)(kngzh)电电压。压。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放电管触发器和放电管VTVT状态状态(zhungti)(zhungti)的控制。的控制。第十一页，共四十七页。2 5552 555定时器定时器不变不变不变不变不变不变不变不变1 1 1 1导通导通导通导通0 0 0 01 1 1 1截止截止截止截止1 1 1 11 1 1 1导通导通导通导通0 0 0 00 0 0 0VTVTu uOOu u2 2u u6 6输出输出输出输出输入输入输入输入555555定时器功能表定时器功能表5 5脚不接控制电压脚不接控制电压，则 ，。第十二页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的脉冲脉冲脉冲脉冲(michng)(michng)(michng)(michng)整形电路整形电路整形电路整形电路，简称单稳。，简称单稳。，简称单稳。，简称单稳。由外界由外界(wiji)触发触发自动自动(zdng)返回返回稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期恢复期工作特性：工作特性：它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态；在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能持一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。数，与外界触发脉冲无关。第十三页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器一、门电路构成一、门电路构成(guchng)(guchng)的单稳态触发器的单稳态触发器11VDDCdRdRCvdvo1vovi2第十四页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器二、二、555555定时器构成定时器构成(guchng)(guchng)的单稳态触发器的单稳态触发器48762315uCCuouIRUCC0.01F5555 5脚经过脚经过0.010.01FF电容接地，容接地，则 ，。第十五页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器1.1.工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理 稳态：稳态：无触发信号时，无触发信号时，u uI I为高电平。电容先充电后放电，为高电平。电容先充电后放电，当当u uC C0 0时，电路时，电路(dinl)(dinl)进入稳态：进入稳态：u uO O0 0。第十六页，共四十七页。暂稳态：暂稳态：u u2 2触发脉冲下降沿到达时（触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂），电路进入暂稳态，稳态，u uO O1 1。当。当 时，时，u uO O0 0，暂稳态结束。，暂稳态结束。3 3 单稳态触发器单稳态触发器1.1.工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理 第十七页，共四十七页。恢复期：恢复期：VTVT导通，电容导通，电容C C迅速放电迅速放电(fng din)(fng din)，直到使，直到使u uC C00，电路又，电路又恢复到稳态。恢复到稳态。3 3 单稳态触发器单稳态触发器1.1.工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理 第十八页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图波形图 电电路路对对输输入入触触发发(chf)(chf)脉脉冲冲的的宽宽度度有有一一定定要要求求，它它必必须须小小于于t tW W。若若输输入入触触发脉冲宽度大于发脉冲宽度大于t tW W时，应在时，应在u u2 2输入端加入输入端加入微分电路微分电路。第十九页，共四十七页。因此因此(ync)(ync)可得可得 3 3 单稳态触发器单稳态触发器2.2.输出输出(shch)(shch)脉冲宽度脉冲宽度t tW W 输输出出脉脉冲冲宽宽度度t tW W是是暂暂稳稳态态的的停停留留时时间间，即即电电容容C C的的电电压压从从0 0充电到充电到 所需的时间。根据电容所需的时间。根据电容C C的充电过程可知：的充电过程可知：上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度t tW W仅决定仅决定(judng)(judng)于定于定时元件时元件R R、C C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节压无关，因此调节R R、C C的大小，即可方便地改变的大小，即可方便地改变t tW W。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。第二十页，共四十七页。3 3 单稳态触发器单稳态触发器三、单稳态触发器的应用三、单稳态触发器的应用(yngyng)(yngyng)1.1.脉冲脉冲(michng)(michng)整形整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号不规则脉冲信号u uI I，整形，整形(zhng(zhng xng)xng)为具有一定幅度和一定宽度的标准为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉冲u uO O。u uO O的幅度的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度取决于