2022年医学专题—第7章--脉冲信号的产生与整形(1).ppt

7.1 多谐振荡器,7.1.1 由门电路构成(guchng)的多谐振荡器,7.1.2 由555定时器构成(guchng)的多谐振荡器,7.1.3 多谐振荡器的应用(yngyng),退出,第一页，共四十六页。,7.1.1 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,第二页，共四十六页。,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(jish)，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,第三页，共四十六页。,第二暂稳态及其自动翻转(fn zhun)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(su zhe)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，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。,第四页，共四十六页。,2、CMOS多谐振荡器,在t1时刻，uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，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(jish)，电路进入第二个暂稳态。,第一暂稳态及其自动(zdng)翻转的工作过程,第五页，共四十六页。,第二暂稳态及其自动翻转的工作(gngzu)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(fng din)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，又开始重复前面的过程。,第六页，共四十六页。,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(zhndng)频率等于石英晶体的谐振频率f0。,第七页，共四十六页。,7.1.2 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,第八页，共四十六页。,0,0,1,第九页，共四十六页。,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,第十页，共四十六页。,2VCC/3,VCC/3,1,0,0,1,1,1,1,0,第十一页，共四十六页。,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,第十二页，共四十六页。,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(chng din)。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，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,第十三页，共四十六页。,第十四页，共四十六页。,7.1.3 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,第十五页，共四十六页。,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。,第十六页，共四十六页。,本节小结(xioji),多谐振荡器是一种自激振荡电路(dinl)，不需要外加输入信号，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(wnglu)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。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。,第十七页，共四十六页。,7.2 单稳态触发器,7.2.1 由门电路构成(guchng)的单稳态触发器,7.2.2 由555定时器构成(guchng)的单稳态触发器,7.2.3 单稳态触发器的应用(yngyng),退出,第十八页，共四十六页。,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(zhng xng)（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后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：,（1）电路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(chngji)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。,7.2.1 由门电路构成(guchng)的单稳态触发器,第十九页，共四十六页。,（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(shr)端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，电容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,第二十页，共四十六页。,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(doli)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。,第二十一页，共四十六页。,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(yuy)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。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。,脉冲(michng)宽度：tp=0.7RC,第二十二页，共四十六页。,电路(dinl)的改进,当ui的宽度很宽时，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(fnhu)到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。,第二十三页，共四十六页。,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(diny)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。,第二十四页，共四十六页。,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(dinz)和电容的连接端，外接定时电阻(dinz)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，不用时则应将Rin开路。,74121的输出(shch)脉冲宽度：tp0.7RC,第二十五页，共四十六页。,第二十六页，共四十六页。,7.2.2 由555定时器构成(guchng)的单稳态触发器,第二十七页，共四十六页。,第二十八页，共四十六页。,7.2.单稳态触发器的应用(yngyng),延迟(ynch)与定时,整形(zhng xng),第二十九页，共四十六页。,本节小结(xioji),单稳态触发器具有(jyu)一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。,单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲(michng)宽度也由电路的阻容元件决定。,单稳态触发器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，用途很广。,第三十页，共四十六页。,7.3 施密特触发器,7.3.1 由门电路构成(guchng)的施密特触发器,7.3.2 由555定时器构成(guchng)的施密特触发器,7.3.3 施密特触发器的应用(yngyng),退出,第三十一页，共四十六页。,7.3.1 由门电路构成(guchng)的施密特触发器,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合(shh)于数字电路需要的矩形脉冲的电路。,0,0,1,1,第三十二页，共四十六页。,0,1,1,1,第三十三页，共四十六页。,1,1,0,0,第三十四页，共四十六页。,0,1,1,0,第三十五页，共四十六页。,0,0,1,1,第三十六页，共四十六页。,下限(xixin)阈值电压,上限(shngxin)阈值电压,回差电压(diny)（滞后电压(diny)）：UT UTUT,前面介绍的施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺点是回差太小，且不能调整。,第三十七页，共四十六页。,集成(j chn)施密特触发器,第三十八页，共四十六页。,7.3.2 由555定时器构成(guchng)的施密特触发器,第三十九页，共四十六页。,第四十页，共四十六页。,第四十一页，共四十六页。,7.3.3 施密特触发器的应用(yngyng),第四十二页，共四十六页。,精品(jn pn)课件！,第四十三页，共四十六页。,精品(jn pn)课件！,第四十四页，共四十六页。,本节小结(xioji),施密特触发器是一种能够把输入波形(b xn)整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,第四十五页，共四十六页。,内容(nirng)总结,7.1 多谐振荡器。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。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。振荡