2022年医学专题—第7章脉冲波形的产生与整形1(1).ppt

7.1 集成(j chn)555定时器,7.2 单稳态触发器,7.4 施密特触发器,7.3 多谐振荡器,第7章 脉冲波形的产生(chnshng)与变换,第一页，共四十三页。,前言：数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作(gngzu)信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,数字电路离不开脉冲信号，它需要(xyo)不同幅度、宽度及有陡峭边沿的脉冲信号。,第二页，共四十三页。,惰性电路产生(chnshng)的暂态过程，对一阶问题而言，可用三要素法来描述，获得电压或电流随时间变化的方程，该方程是脉冲波形计算的重要依据。三要素即起始值X(0+)、趋向值X()和时间常数，若三要素已知，则得方程,或,第三页，共四十三页。,美国Signetics公司(n s)1972年研制，用于取代机械式定时器。流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两7555）。,流行(lixng)产品:,7.1 集成(j chn)555定时器,第四页，共四十三页。,一、555定时器的电路(dinl)结构,7.1 集成(j chn)555定时器,电压(diny)比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0,由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。,（2）两个电压比较器 C1和C2。,第五页，共四十三页。,（3）基本(jbn)RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。,电路符号,第六页，共四十三页。,二工作(gngzu)原理,（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(zhungti)如何，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,第七页，共四十三页。,（3）2脚为触发输入端，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(judng)输出状态。,1/3VCC,2/3VCC,功能表,第八页，共四十三页。,7.2 单稳态触发器,单稳态触发器有一个稳态(0)和一个暂稳态(1)；在触发脉冲作用下，由稳态(0)翻转到暂稳态(1)；暂稳状态维持一段时间后，自动(zdng)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 用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作(gngzu)原理,第九页，共四十三页。,（2）vI下降沿触发(chf)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。,第十页，共四十三页。,第十一页，共四十三页。,（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止(jizh)，VCC经R向C充电。时间常数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(zdng)返回时间当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(huf)过程当暂稳态结束后，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。,第十二页，共四十三页。,2.主要参数估算(sun),(1)输出脉冲(michng)宽度Tw（用三要素法计算）,（2）恢复(huf)时间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:,第十三页，共四十三页。,二集成(j chn)单稳态触发器74121,A1、A2是下降沿有效(yuxio)的触发信号输入端，B是上沿有效(yuxio)的触发信号输入端。,第十四页，共四十三页。,集成单稳态触发器74121的外部元件连接(linji)方法:,（b）使用内部电阻Rint且电路(dinl)为上升沿触发的连接方式。,（a）使用外部电阻(dinz)Rext且电路为下降沿触发的连接方式。,第十五页，共四十三页。,74121的主要参数,(1)输出脉冲宽度tW 使用外接电阻：tW 0.7RextC 使用内部(nib)电阻：tW 0.7RintC 74121内部电阻=2k，外接电阻Rext可在1.440k之间选择，外接电容C可在10pF10F之间选择，（2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre（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/Tmin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%。,第十六页，共四十三页。,三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(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。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,第十七页，共四十三页。,2.整形(zhng xng),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(kund)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。,第十八页，共四十三页。,3.触摸定时(dn sh)控制开关,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）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间(shjin)（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。,第十九页，共四十三页。,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(tngyng)，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。,第二十页，共四十三页。,7.3 多谐振荡器,多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一 用555定时器构成的多谐振荡器1.电路(dinl)组成及工作原理,第二十一页，共四十三页。,第二十二页，共四十三页。,2.振荡(zhndng)频率的估算,（1）电容(dinrng)充电时间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,第二十三页，共四十三页。,二 占空比可调的多谐振荡器电路(dinl),利用二极管的单向(dn xin)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：,第二十四页，共四十三页。,7.4.2 由555电路(dinl)构成施密特触发器,7.4.1 特性(txng)与原理,7.4 施密特触发器,7.4.3 应用(yngyng)举例,第二十五页，共四十三页。,7.4.1施密特触发器 特性(txng)与原理,基础知识,第二十六页，共四十三页。,7.4.1施密特触发器 特性(txng)与原理,基础知识,第二十七页，共四十三页。,7.4.1施密特触发器 特性(txng)与原理,基础知识,第二十八页，共四十三页。,7.4.1施密特触发器 特性(txng)与原理,基础知识,施密特触发器是具有滞后(zh hu)特性的数字传输门。,电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压(diny)和负向阈值电压，二者的差值称为回差。输出电平的变化滞后于输入，形成回环。,与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。,特点：,第二十九页，共四十三页。,7.4.1施密特触发器 特性(txng)与原理,基础知识,第三十页，共四十三页。,7.4.2 由555电路(dinl)组成的施密特触发器,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。一.用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作(gngzu)原理,第三十一页，共四十三页。,电路符号,第三十二页，共四十三页。,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上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应(duyng)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=1/3VCC,（1）电压(diny)滞回特性,VT+,VT,VT,VT+,VT,第三十三页，共四十三页。,二 集成(j chn)施密特触发器,2.TTL集成(j chn)施密特触发器74LS14,1.CMOS集成(j chn)施密特触发器CC40106,第三十四页，共四十三页。,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(xnho)，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(shr)信号整形成为矩形脉冲。,第三十五页，共四十三页。,3.用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号(xnho)中，选 出那些幅度大于VT+的输入脉冲。,第三十六页，共四十三页。,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(jngt)也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体(jngt)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，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。,第三十七页，共四十三页。,第7章 习题(xt),2.3.5,第三十八页，共四十三页。,练习一：下图为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信 号，其幅值vIm=4V。（1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；（2）说明电路的组成及工作(gngzu)原理。,第三十九页，共四十三页。,第四十页，共四十三页。,练习(linx)二：间歇振荡器,EWB演示555组成(z chn)间歇振荡器,第四十一页，共四十三页。,练习(linx)三：报警器,EWB演示(ynsh)555组成报警器,第四十二页，共四十三页。,内容(nirng)总结,7.1 集成555定时器。BJT两个(lin)：555，556（含有两个(lin)555）。v+v-，vO=1。v+v-，vO=0。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。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。多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。2.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。练习三：报警器,第四十三页，共四十三页。,