2022年医学专题—第五章脉冲信号的产生与整形(1).ppt

1 多谐振荡器,2 单稳态触发器,3 施密特触发器,退出(tuch),脉冲信号的产生(chnshng)与整形,第一页，共五十七页。,1 多谐振荡器,1.1 由门电路构成(guchng)的多谐振荡器,1.2 由555定时器构成(guchng)的多谐振荡器,1.3 多谐振荡器的应用(yngyng),退出,第二页，共五十七页。,开关电路,RC延时环节(hunji),多谐振荡器的基本(jbn)组成：,开关器件(qjin)：产生高、低电平,反馈延迟环节（RC电路）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。,概述,1.1 多谐振荡器,第三页，共五十七页。,1.1 由门电路构成(guchng)的多谐振荡器,能产生(chnshng)矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。,1、RC环形(hun xn)多谐振荡器,第四页，共五十七页。,在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持(wich)已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。,第一暂稳态及其自动翻转(fn zhun)的工作过程,第五页，共五十七页。,第二(d r)暂稳态及其自动翻转的工作过程,在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回(fnhu)到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。,第六页，共五十七页。,2、CMOS多谐振荡器,在t1时刻，uo由0变为1，由于电容(dinrng)电压不能跃变，故ui1必定跟随uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。,第一暂稳态及其自动翻转的工作(gngzu)过程,第七页，共五十七页。,第二暂稳态及其自动(zdng)翻转的工作过程,在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始(kish)重复前面的过程。,第八页，共五十七页。,石英(shyng)晶体振荡器,1、石英晶体电路(dinl)符号和选频特性,阻特性(txng),当 f=f0 时,电抗 X=0,第九页，共五十七页。,2、石英(shyng)晶体振荡器,R:使G1工作(gngzu)在线性区,C1:耦合电容(dinrng),C2:抑制高次谐波,第十页，共五十七页。,3、石英(shyng)晶体多谐振荡器,电阻R1、R2的作用(zuyng)是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。,振荡频率等于(dngy)石英晶体的谐振频率f0。,第十一页，共五十七页。,1.2 由555定时器构成(guchng)的多谐振荡器,1、555定时器,低电平(din pn)触发端,高电平(din pn)触发端,电压控制端,复位端低电平有效,放电端,7.516V,第十二页，共五十七页。,0,0,1,第十三页，共五十七页。,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,第十四页，共五十七页。,2VCC/3,VCC/3,1,0,0,1,1,1,1,0,第十五页，共五十七页。,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,第十六页，共五十七页。,2、由555定时器构成(guchng)的多谐振荡器,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程(guchng)，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,第十七页，共五十七页。,第十八页，共五十七页。,已知滞回比较器的输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。滞回比较器的两种不同的输出电平使RC电路进行充电或放电，于是电容(dinrng)上的电压将升高或降低，而电容(dinrng)上的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变为放电过程或相反。如此循环往复，周而复始，最后在滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平周期性的矩形波。,3、由集成运放(yn fn)构成的多谐振荡器,第十九页，共五十七页。,矩形(jxng)波发生器的电路见图9-2其中，集成运放与电阻R1、R2、组成滞回比较器，电阻R和电容C构成充放电回路，稳压管D2和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器的输出电压限制在稳压管的稳定电压值6V。,第二十页，共五十七页。,如图3-1中的电路参数确定(qudng)，则输出电压uo的波形是正负半周对称的矩形波，即方波，该电路也即方波发生器。,图3-1 方波发生器电路(dinl),第二十一页，共五十七页。,运用(ynyng)前首先将放大器调零;,第二十二页，共五十七页。,2.占空比可调的矩形波发生电路。实验电路如图3-2所示。前面图3-1中输出电压uo的波形是正负半周对称的矩形波，即uo等于高电平和低电平的时间各为T/2，这种矩形波的占空比等于50%，如果希望矩形波的占空比能够根据需要进行调节，则可以通过分别改变图3-2中电路中充电和放电的时间常数(sh jin chn sh)来实现。,第二十三页，共五十七页。,图3-2 占空比可调的矩形波发生(fshng)电路,第二十四页，共五十七页。,3.三角波发生电路按自行设计的实验电路图连接线路，分别观测用示波器V01及V02的波形并作记录。如何改变输出波形的频率？按预习方案分别进行设计、实验并记录。4.锯齿波发生电路自拟实验电路；电路参数请参照模拟电路学习机上的现成元件(yunjin)；按自行设计的实验电路图连接线路，观测电路输出和波形和频率；并记录之。按预习时的方案改变锯齿波频率并测量变化范围，并记录之。,第二十五页，共五十七页。,图9-4 方波、三角(snjio)波发生电路,第二十六页，共五十七页。,图3-3 锯齿(jch)波发生电路,第二十七页，共五十七页。,1.4 多谐振荡器的应用(yngyng),秒信号(xnho)发生器,多谐振荡器,分频(fn pn)电路,第二十八页，共五十七页。,模拟声响(shngxing)电路,将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止(tngzh)震荡。,第二十九页，共五十七页。,本节小结(xioji),多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入(shr)信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲(michng)。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。,555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。,第三十页，共五十七页。,2 单稳态触发器,2.1 由门电路构成(guchng)的单稳态触发器,2.2 由555定时器构成(guchng)的单稳态触发器,2.3 单稳态触发器的应用(yngyng),退出,第三十一页，共五十七页。,单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间(shjin)后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：,（1）电路(dinl)有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,2.1 由门电路构成(guchng)的单稳态触发器,第三十二页，共五十七页。,（1）没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；或非门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，电容(dinrng)C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。,0,0,1,1,第三十三页，共五十七页。,1,1,0,（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个(zh ge)高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo10，uo21。,第三十四页，共五十七页。,0,0,1,1,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出(tuch)暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。,脉冲(michng)宽度：tp=0.7RC,第三十五页，共五十七页。,电路(dinl)的改进,当ui的宽度(kund)很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。,第三十六页，共五十七页。,稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截止时，C通过R和G1的导通管放电，使uA逐渐(zhjin)上升。当uA上升到管子的开启电压UT时，如果ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。当ui回到高电平后，G1导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复到稳定状态。,第三十七页，共五十七页。,TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻R（R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之间，外接定时电容C（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用(byng)时则应将Rin开路。,7412