2022年医学专题—第8章脉冲波形的产生与整形.ppt

矩形脉冲波常作为时钟信号。波形的好坏直接关系到电路(dinl)能否正常工作。为了定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所示参数。,一些(yxi)基本概念,第一页，共八十页。,脉冲宽度Tw从脉冲波形上升沿上升到0.5Vm起到下降(xijing)沿下降(xijing)到0.5Vm止的时间。上升时间tr脉冲波形的上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需时间。下降时间tf脉冲波形的下降沿从0.9Vm下降 到0.1Vm所需时间。占空比q脉冲宽度Tw与脉冲周期T之比即,第二页，共八十页。,脉冲周期T周期性重复的脉冲序列中，相邻两个(lin)脉冲间的时间间隔。脉冲频率f频率f表示单位时间内脉冲重复的次数，脉冲幅度Vm脉冲波形的电压最大变化幅度。,第三页，共八十页。,8.1 集成(j chn)555定时器及应用,集成555定时器的用途很广，有双极型（型号最后三位为555）和CMOS型（型号最后四位为7555）两类电路。它们的功能、外引线排列完全相同。在测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛的应用。5G555定时器的电路组成(z chn)及工作原理集成555定时器的应用,第四页，共八十页。,8.1.1 电路(dinl)组成,图8-1为双极型5G555定时器的原理电路(dinl)和引脚排列图。,V-C,3,图8-1集成(j chn)5G555定时器原理图,第五页，共八十页。,电阻(dinz)分压器,比较(bjio)器,基本(jbn)RS触发器,三极管开关,输出缓冲器,555定时器基本结构,第六页，共八十页。,分压器,分压器由三个阻值均为5k的电阻串联连接构成，为比较器C1、C2提供参考电压VR1、VR2，C1的同相输入端V+=VR1=2VCC/3。C2的反相输入端V-=VR2=VCC/3。如果在电压控制端5另加控制电压，可以改变(gibin)比较器C1、C2参考电压VR1、VR2的值。若工作中不使用控制端5时，则控制端5通过一个0.01F的电容接地，以旁路高频干扰。分压器上端8接VCC，下端1接地。,第七页，共八十页。,比较(bjio)器,C1和C2是两个比较器。分别由集成运算(yn sun)放大器构成。C1的同相输入端“+”接到参考电压VR1端上，即电压控制端5，反相控制端“-”用TH表示，称为高触发端6；C2的反相输入端“-”接参考电压端VR2端上，同相输入端“+”用TL表示，称为低触发端2。当同相输入端电压V+大于反相输入端电压V-(V+V-)时，比较器输出为高电平；若同相输入端电压V+小于反相输入端电压V-(V+V-)时，比较器输出为低电平；,第八页，共八十页。,基本(jbn)RS触发器,基本RS触发器由两个与非门构成，是可以从外部进行置“0”的复位(f wi)端4，当=0时，使Q=0，=1，工作时，触发器的状态受比较器输出VC1和VC2的控制。,第九页，共八十页。,输出(shch)缓冲器,输出缓冲器由接在输出端的非门3构成，其作用是提高定时器的带负载能力(nngl)，隔离负载对定时器的影响。非门3的输出为定时器的输出端3(vo)。,第十页，共八十页。,三极管开关(kigun),三极管T在此电路(dinl)中作为开关使用，其状态受触发器 端控制，当=0时，T截止，=1时T饱和导通。5G555定时器有八个引出端：1地端、2低触发端、3输出端、4复位端、5电压控制端、6高触发端、7放电端、8电源端。,第十一页，共八十页。,8.1.2 工作(gngzu)原理,分析(fnx)图8-1所示原理图，便可以得到5G555定时器的功能表。如表8-1所示。,第十二页，共八十页。,只要=0，则=1，vo=0，T处于(chy)导通状态；当TH2VCC/3时，即V-V+，vC1=0，=1，vo=0，T导通；若THVCC/3时，则vC1=1、vC2=1，基本RS触发器保持原来状态不变，因此输出vo和三极管T保持原来状态；当TH2VCC/3,TLVCC/3时，则vC1=1、vC2=0、Q=1、=0，vo=1，三极管T截止。,第十三页，共八十页。,8.1.3 集成(j chn)555定时器的应用,多谐振荡器单稳态触发器施密特触发器,第十四页，共八十页。,(一)多谐振荡器,多谐振荡器是一种产生矩形脉冲波的自激振荡器。由于(yuy)矩形波含有丰富的高次谐波，所以矩形波振荡器又称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，不需外加触发信号，当接通电源后，便可以自动地周而复始地产生矩形波输出。,第十五页，共八十页。,用555定时器很容易构成多谐振荡器。如图8-2所示。图中的R1、R2和C是外接电阻(dinz)和电容，是定时元件。,第十六页，共八十页。,工作原理分析如下：电路接通电源前，定时电容C上的电压vC=0V，TH、TL的电位为0，即vTH=vTL=vd=vC=0V。电路接通电源VCC开始时，由于电容器上的电压不能突变(tbin)，所以TH、TL均处于低电位，则vTHVR1，,第十七页，共八十页。,使比较器C2输出vC2=0。此时，基本RS触发器处于1状态，Q=1，=0，定时器输出vo=1使三极管开关截止，电源VCC通过R1、R2给电容器充电，使TH、TL的电位(din wi)逐渐升高。电路处于暂稳态，定时器输出vo保持高电平。,第十八页，共八十页。,当电容器C充电使vC上升到2VCC/3时，TH、TL的电位同时也上升到2VCC/3，使比较(bjio)器C1输出vC1=0，比较器C2的输出vC2=1，此时，基本RS触发器置0，Q=0，=1，,第十九页，共八十页。,定时器vo跳变为低电平(vo=0)，同时使三极管开关T导通，电容器C经R2和三极管T放电，TH、TL的电位逐渐下降，电路处于(chy)另一个暂稳态，定时器输出vo保持低电平。,第二十页，共八十页。,当电容器C放电使vC下降到VCC/3时，TH、TL的电位同时(tngsh)也下降到VCC/3，使比较器C1输出vC1=1，比较器C2的输出vC2=0，此时，基本RS触发器置1，Q=1，=0，定时器vo跳变为高电平(vo=1)，,第二十一页，共八十页。,同时又使三极管开关T截止，电源VCC又通过R1和R2给电容器C充电，如此周而复始地两个暂稳态不停地相互转换，在定时器的输出(shch)端就得到矩形波脉冲信号输出(shch)。工作波形如图8-3所示。,第二十二页，共八十页。,振荡周期T和振荡频率f的近似计算公式(gngsh)如下：tw1(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C tw2R2Cln20.7R2CT=tw1+tw20.7(R1+2R2)C,输出(shch)脉冲幅度为：VmVCC,第二十三页，共八十页。,图8-4是用5G555定时器构成的占空比(脉冲宽度与周期之比)可调的多谐振荡器。该电路比图8-2多两个(lin)二极管D1、D2和一个电位器Rw。,第二十四页，共八十页。,当三极管T截止时，VCC通过R1、D1给电容器C充电；若三极管T导通时，电容器C通过R2、D2放电。因此有：脉冲(michng)宽度tw10.7R1C脉冲间隔时间tw20.7R2C振荡周期T0.7(R1+R2)C,第二十五页，共八十页。,当调节Rw时，就改变了R1、R2的阻值(z zh)，也就改变了占空比，而振荡周期保持不变。,占空比,第二十六页，共八十页。,(二)单稳态触发器,单稳态触发器是一种用于整形、延时、定时的脉冲电路。整形：把不规则的波形转换成宽度、幅度(fd)都相等的矩形脉冲。延时：将输入信号延迟一定时间之后输出。定时：产生一定宽度的方波。单稳态触发器特点单稳态触发器电路的功能：每触发一次，电路输出一个宽度一定、幅度一定的矩形波。,第二十七页，共八十页。,单稳态触发器特点(tdin)：,单稳态触发器虽然有两个工作状态，但其中一个为稳态，而另一个为暂稳态。未加触发信号前的状态为稳态，加触发信号后的状态为暂稳态。单稳态触发器在外加触发脉冲的作用下，可以从稳态翻转到暂稳态。暂稳态维持一段时间后，自动返回到稳态，无需外加触发脉冲。暂稳态持续的时间就是单稳态触发器的脉冲宽度(kund)的大小。只取决于电路本身的参数，而与触发脉冲无关。,第二十八页，共八十页。,图8-5是5G555定时器构成的单稳态触发器，图中R、C是定时元件；单稳态触发器的输入信号(xnho)vI加在低触发端TL端，3端是单稳态触发器输出脉冲端(vO)。高触发端TH(6)和放电端D(7)连接到C与R的连接处d。,第二十九页，共八十页。,稳态时,稳态时，触发脉冲(michng)vI为高电平，基本RS触发器处于0状态，=1，三极管导通，TH和D端处于低电平，输出vO为低电平。其过程为：没有输入触发脉冲，vI=1。接通电源VCC时，VCC通过R给C充电，vC上升，TH和D端电位也随之上升。当上升到2VCC/3（vC=vTH=2VCC/3）时，使比较器C1输出vC1=0，此时，RS触发器置0状态，Q=0，=1，定时器输出（单稳态触发器输出）vO=0。同时三极管T导通，C通过T放电，vTH=vC=0，电路处于稳定状态。,第三十页，共八十页。,翻转(fn zhun)过程,输入窄触发负脉冲到来后，即vI由高电平跳变(tio bin)到低电平时，单稳态触发器电路状态由稳态翻转到暂态；vO=1，三极管T截止，电源VCC又通过R给C充电。翻转过程：当vI由1变0，即vIVR2，使比较器C2输出vC2=0，此时基本RS触发器置1，Q=1，=0，输出vO=1。同时三极管T截止，电源VCC又重新通过R给C充电，电路由稳态翻转到暂态，输入负跳变触发脉冲结束，vI由低电平又跳变到为高电平。,第三十一页，共八十页。,暂态期间(qjin),在暂稳态期间，电源VCC通过R给C充电，随着电容器C充电过程，vC升高，TH和D端电位也随之升高。当TH端电位上升到2VCC/3时，使比较器C1输出(shch)vC1=0，此时基本RS触发器复0，Q=0，=1，输出vO=0。同时三极管T导通，电容器C通过T放电，电路由暂稳态自动返回到稳态。暂稳态时间由RC电路参数决定。,第三十二页，共八十页。,单稳态触发器在负脉冲触发作用下，由稳态翻转(fn zhun)到暂稳态。由于电容器充电，暂稳态自动返回稳态。这一转换过程为单稳态触发器的一个工作周期。其工作波形图如图8-6所示。,第三十三页，共八十页。,如果忽略三极管的饱和压降，则电容C从零电平上升到2VCC/3的时间为暂稳态时间，即输出脉冲宽度Tw为：Tw=RCln3=1.1RC这种单稳态触发器电路要求输入触发脉冲宽度要小于Tw，而输入vI的周期要大于Tw，使vI的每一个(y)负触发脉冲都起作用。,第三十四页，共八十页。,如果输入负触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度Tw时，可以(ky)在输入负触发脉冲和触发器输入端之间接一个RC微分电路。即vI通过RC微分电路接到低触发端TL上。,第三十五页，共八十页。,施密特触发器,施密特触发器是一种具有回差特性的脉冲波形变换电路。它有如下特点：施密特触发器有两个稳定输出状态，属电位触发。当输入触发信号电平达到阈值电压时（所加电位信号不得撤去），输出电平会发生(fshng)突变。突变的原因是电路内部正反馈所致。这样施密特触发器便可以将缓慢变化的输入信号，变换成矩形波输出。,第三十六页，共八十页。,施密特触发器具有回差特性。输入信号电平增加时，引起输出电平突变的转换电平称为(chn wi)上限阈值电压，用VT+表示。输入信号电平减小时，引起输出电平突变的转换电平称为下限阈值电压，用VT-表示。VT+和VT-不等称作回差。回差电压VT=VT+-VT-。使其抗干扰能力较强。,第三十七页，共八十页。,将5G555定时器的高触发(chf)端TH和低触发(chf)端TL连接起来就构成了施密特触发(chf)器。如图8-7所示。,第三十八页，共八十页。,如果输入信号(xnho)电压vI是三角波，当vIVCC/3时比较器C2输出vC2=0，基本RS触发器置1，Q=1，=0，输出vO=1。当vI上升到2VCC/3时，比较器C1输出vC1=0，此时基本RS触发器