2022年医学专题—第6章脉冲波形的产生与整形(1).ppt

脉冲(michng)波形的产生与整形,1 概述(i sh)2 555定时器3 单稳态触发器 4 施密特触发器5 多谐振荡器,第一页，共四十七页。,1 概述(i sh),一、脉冲(michng)信号,脉冲是脉动和短促的意思，凡是(fnsh)具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。,第二页，共四十七页。,1 概述(i sh),在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。获取这些(zhxi)脉冲信号的方法通常有两种：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。,第三页，共四十七页。,1 概述(i sh),二、脉冲(michng)信号的参数,脉冲幅度,脉冲(michng)周期,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比D脉冲宽度与脉冲周期的比值，DtW/T。,第四页，共四十七页。,1 概述(i sh),三、脉冲产生(chnshng)电路的暂态分析,脉冲波形(b xn)产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。,开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC()为0，即电容器相当于开路。,第五页，共四十七页。,令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历的时间tW（脉冲宽度(kund)）可用下式计算：,电路(dinl)的时间常数=RC，决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为,1 概述(i sh),第六页，共四十七页。,一、555定时器的电路(dinl)结构,2 555定时器,555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码(shm)为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同。,第七页，共四十七页。,2 555定时器,1.分压器,电压(diny)控制端,5脚悬空时，；,5脚外接控制电压UCO时，。,注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F的电容(dinrng)接地，以抑制干扰。,第八页，共四十七页。,2 555定时器,2.电压(diny)比较器,阈值(y zh)输入端,触发(chf)输入端,3.基本RS触发器,异步清零端,第九页，共四十七页。,2 555定时器,4.放电(fng din)三极管,VT是一个集电极开路(kil)的放电三极管。,第十页，共四十七页。,二、555定时器的功能(gngnng),2 555定时器,5脚不外接控制(kngzh)电压。,定时器的主要功能取决于两个比较器输出(shch)对RS触发器和放电管VT状态的控制。,第十一页，共四十七页。,2 555定时器,555定时器功能表,5脚不接控制电压，则，。,第十二页，共四十七页。,3 单稳态触发器,单稳态触发器是一种常用的脉冲(michng)整形电路，简称单稳。,由外界(wiji)触发,自动(zdng)返回,工作特性：,它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；在外界触发脉冲作用下，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数，与外界触发脉冲无关。,第十三页，共四十七页。,3 单稳态触发器,一、门电路构成(guchng)的单稳态触发器,1,1,VDD,Cd,Rd,R,C,vd,vo1,vo,vi2,第十四页，共四十七页。,3 单稳态触发器,二、555定时器构成(guchng)的单稳态触发器,5脚经过0.01F电容接地，则，。,第十五页，共四十七页。,3 单稳态触发器,1.工作(gngzu)原理,稳态：无触发信号时，uI为高电平。电容(dinrng)先充电后放电，当uC0时，电路进入稳态：uO0。,第十六页，共四十七页。,暂稳态：u2触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂稳态，uO1。当 时，uO0，暂稳态结束。,3 单稳态触发器,1.工作(gngzu)原理,第十七页，共四十七页。,恢复期：VT导通，电容C迅速(xn s)放电，直到使uC0，电路又恢复到稳态。,3 单稳态触发器,1.工作(gngzu)原理,第十八页，共四十七页。,3 单稳态触发器,波形图,电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求(yoqi)，它必须小于tW。若输入触发脉冲宽度大于tW时，应在u2输入端加入微分电路。,第十九页，共四十七页。,因此(ync)可得,3 单稳态触发器,2.输出(shch)脉冲宽度tW,输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压从0充电到 所需的时间。根据电容C的充电过程可知：,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，且成正比关系(gun x)，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节R、C的大小，即可方便地改变tW。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 单稳态触发器,三、单稳态触发器的应用(yngyng),1.脉冲(michng)整形,单稳态触发器能够把输入(shr)的不规则脉冲信号uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。,单稳态触发器的整形波形,第二十一页，共四十七页。,3 单稳态触发器,2.脉冲(michng)延时,脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成(wn chng)。延时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R和C。,单稳态触发器的延时波形(b xn),第二十二页，共四十七页。,3 单稳态触发器,3.定时(dn sh),由于(yuy)单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。,单稳态触发器的定时(dn sh)波形,第二十三页，共四十七页。,4 施密特触发器,施密特触发器是又一种(y zhn)常用的脉冲信号整形电路。,工作(gngzu)特性：,具有两个稳态；属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生(fshng)突变；输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。,电压传输特性,输入信号上升时对应的转换电平U+，称为正向阈值电压；输入信号下降时对应的转换电平U，称为负向阈值电压；差值UU+U-，称为回差电压。,第二十四页，共四十七页。,4 施密特触发器,一、门电路构成(guchng)的施密特触发器,1,R1,vo,1,vi1,vi,R2,vo1,vi,vo1,vo,vOH,vOL,vOL,vOH,v+,v-,第二十五页，共四十七页。,反向(fn xin)输出施密特触发器,4 施密特触发器,二、555定时器构成(guchng)的施密特触发器,1.电路结构和逻辑(lu j)符号,第二十六页，共四十七页。,2.工作(gngzu)原理,4 施密特触发器,5脚经过0.01F电容接地，则，。,第二十七页，共四十七页。,2.工作(gngzu)原理,4 施密特触发器,(1)上升过程：时，uO1；时，uO保持不变；时，输出翻转uO0。,第二十八页，共四十七页。,2.工作(gngzu)原理,4 施密特触发器,(2)下降过程：时，uO0；时，uO保持不变；时，输出翻转uO1。,第二十九页，共四十七页。,综之：当5脚不接控制电压时，当5脚接控制电压UCO时，比较电压变为UCO和（1/2）UCO，,2.工作(gngzu)原理,4 施密特触发器,第三十页，共四十七页。,4 施密特触发器,三、施密特触发器的应用(yngyng),1.波形(b xn)变换,施密特触发器可以将边沿变化缓慢(hunmn)的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。,第三十一页，共四十七页。,4 施密特触发器,2.波形(b xn)整形,施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若适当(shdng)增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。,第三十二页，共四十七页。,从一系列幅度不同的脉冲信号(xnho)中选出幅度大于正向阈值电压U+的输入脉冲，即对幅度进行鉴别。,4 施密特触发器,3.幅度(fd)鉴别,同向输出(shch)施密特触发器,第三十三页，共四十七页。,4 施密特触发器,4.构成(guchng)多谐振荡器,工作原理：电容上初始(ch sh)电压为零，即uI0，则uO1，并经R向C充电，当充至uIU+时，输出翻转uO0。电容C又经R进行放电，当放电至uIU-时，输出翻转uO1。,第三十四页，共四十七页。,5 多谐振荡器,多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生(chnshng)电路。,工作(gngzu)特性：,无稳态，具有两个暂稳态；自激振荡器在接通电源后，不需外加触发(chf)信号，便能自动产生矩形脉冲；矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为多谐振荡器。,自动触发,自动返回,第三十五页，共四十七页。,5 多谐振荡器,一、门电路构成(guchng)的多谐振荡器,1,vo,1,R,C,vi,vo1,第三十六页，共四十七页。,5 多谐振荡器,二、555定时器构成(guchng)的多谐振荡器,1.电路(dinl)结构,第三十七页，共四十七页。,5 多谐振荡器,2.工作(gngzu)原理,接通电源后，电容C来不及充电，uc0，则uO1(第一个暂稳态)，VT截止(jizh)。这时Ucc经R1和R2向C充电，当充至uc2/3Ucc时，输出翻转uO0(第二个暂稳态)，VT导通；这时电容C经R2和VT放电，当降至uc1/3Ucc时，输出翻转uO1。,第三十八页，共四十七页。,5 多谐振荡器,3.参数(cnsh)的估算,电容(dinrng)充电时间T1：,电容放电(fng din)时间T2：,电路振荡周期T：,第三十九页，共四十七页。,电路振荡(zhndng)频率f：,通过改变(gibin)R、C的参数可改变振荡周期和振荡频率。,输出(shch)波形占空比D：,5 多谐振荡器,若R2R1，则D1/2，即输出为对称方波。,（D50）,第四十页，共四十七页。,5 多谐振荡器,4.改进(gijn)电路占空比可调的多谐振荡器,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来，再加上一个可调电位器RW，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,电容(dinrng)充电时间T1：T10.7R1C,电容放电时间T2：T20.7R2C,输出波形占空比D：,电路振荡周期T：TT1+T20.7(R1+R2)C,若R1=R2，则D=50%。,第四十一页，共四十七页。,5 多谐振荡器,5.555定时器构成(guchng)的振荡器应用实例模拟声响发生器,将振荡器A的输出电压uo1，接到振荡器B中555定时器的复位端（4脚）。当uo1为高电平时振荡器B振荡，当uo1为低电平时555定时器复位，振荡器B停止振荡。这样(zhyng)，扬声器便发出“呜呜”的间歇声响。,第四十二页，共四十七页。,当频率为谐振频率f0时，石英晶体(jngt)的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频率信号均被衰减掉。晶体的选频特性极好。,为了提高振荡器的频率(pnl)稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。,5 多谐振荡器,三、石英(shyng)晶体多谐振荡器,555构成的多谐振荡器的特点：优点：工作可靠，调节方便。缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；受电源波动、温度变化等影响，频率稳定性较差。,f0只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关，而与电路中的R、C数值无关。输出频率稳态性很高。,石英晶体的固有频率或谐振频率,第四十三页，共四十七页。,5 多谐振荡器,石英(shyng)晶体振荡器,电阻R1、R2的作用：保证两个反相器在静态时都能工作(gngzu)在线性放大区。对TTL反相器，常取R0.7k2k，而对于CMO