2022年医学专题—第5章脉冲信号的产生与整形介绍.ppt

,第 5 章脉冲信号的产生(chnshng)与整形,概述,555 定时器及其应用(yngyng),本章(bn zhn)小结,第一页，共五十页。,主要(zhyo)要求：,了解脉冲信号(xnho)产生与整形的方法。,了解多谐振荡器的常用(chn yn)电路及其工作原理。,5.1 概 述,了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑功能、工作特点和典型应用。,第二页，共五十页。,常用(chn yn)的有施密特触发器和单稳态触发器。,一、脉冲信号产生(chnshng)与整形的方法,获取(huq)脉冲信号的方法,脉冲信号产生与整形电路的实现,是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。,施密特触发器,主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。,单稳态触发器,主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。,第三页，共五十页。,二、施密特触发器,(一)施密特触发器的特性(txng)和符号,UT=,UT+-UT-,回差电压(diny),施密特触发器工作(gngzu)特点,正向阈值电压,负向阈值电压,当 uI 从小增大时，经过 UT+处才能使输出发生跃变。,当uI从大减小时，经过UT-处才能使输出发生跃变。,Schmitt Trigger,具有施密特特性的与非门符号,第四页，共五十页。,(二)施密特触发器应用(yngyng)举例,波形(b xn)变换,将三角(snjio)波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。,第五页，共五十页。,脉冲(michng)整形,将受到干扰(gnro)的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。,第六页，共五十页。,脉冲幅度鉴别(jinbi),鉴别并取出幅度(fd)大于 UT+的脉冲。,第七页，共五十页。,即距形脉冲产生(chnshng)电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。,(1)不需输入信号。(2)无稳定(wndng)状态，只有两个暂稳态。,三、多谐振荡器,(一)多谐振荡器的工作(gngzu)特点和符号,通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。,工作特点,Astable Multivibrator,第八页，共五十页。,(二)对称(duchn)多谐振荡器,形成(xngchng)正反馈回路,输出(shch)波形,第九页，共五十页。,(二)对称(duchn)多谐振荡器,振荡周期的估算(sun),取 RF1=RF2=RF，C1=C2=C，UTH=1.4 V，UOH=3.6 V，UOL=0.3 V则可输出(shch)占空比 50%的矩形波。,T=2tW 1.4 RFC,脉冲宽度,第十页，共五十页。,(三)施密特触发器组成(z chn)的多谐振荡器,设电容初始电压 uC(0)=0。则接通电源(dinyun)后 uO 输出高电平 UOH，输出端通过 R 向电容 C 充电，使 uC 升高。,工作(gngzu)原理,0,UOH,充电,当 uC 上升到 UT+时，施密特触发器状态翻转，uO 跃变为低电平 UOL。这时 C 经 R 和施密特触发器的输出电阻 RO 放电，使 uC 下降。,uCUT+,UOL,电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。,振荡频率与充放电元件值 R、C 及 VDD、UT+、UT-有关。,第十一页，共五十页。,(四)石英(shyng)晶体多谐振荡器,振荡(zhndng)频率稳定,RF,通常取 5 10 M，使 G1门工作在电压(diny)传输特性的转折区，使 G1 门放大工作。,选频和形成正反馈。,振荡频率 晶体频率,采用 CMOS 门,调节 C1 可微调振荡频率；调节 C1、C2 比值可调节反馈系数。,第十二页，共五十页。,四、单稳态触发器,(一)工作(gngzu)特点与电路符号,有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入(shr)时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。,工作特点,暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发(chf)脉冲无关。,monostable flip-flop,第十三页，共五十页。,单稳态触发器,暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲(michng)宽度 tW 仍从第一次触发开始计算。,暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础(jch)上再展宽 tW。,第十四页，共五十页。,下面通过工作波形的分析来说明可重复(chngf)触发型和不可重复(chngf)触发型触发器的区别。,单稳工作波形举例,暂稳态期间不能再次(zi c)触发。,暂稳态期间能再次(zi c)触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽 tW。,第十五页，共五十页。,外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输入脉冲的正跃变触发，又可用负跃变触发，使用十分方便，而且工作稳定性好。因此应用(yngyng)很广泛。,(二)集成(j chn)单稳态触发器,TTL 不可重复(chngf)触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号,有 3 个触发信号输入端，TR-A和 TR-B 用负脉冲触发，TR+用正脉冲触发。,有 2 个互补输出端,RI CX RX/CX,不可重复触发型单稳的限定符号,外接定时元件端,“”号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外接 R、C 和 VCC 等。,第十六页，共五十页。,如何(rh)使用 Rint、Cext 和 Rext/Cext 端？,第十七页，共五十页。,那么 CT74121 的触发(chf)信号应如何加呢？,通过对 CT74121 功能表的分析(fnx)就可知道触发端的用法。,欲负脉冲(michng)触发，则将触发脉冲(michng)从 TR-A 或 TR-B 加入，而 TR+接 1。,欲正脉冲触发，则将触发脉冲从 TR+加入，而 TR-A 和 TR-B 至少有一接 0。,第十八页，共五十页。,经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰(gnro)，利用整形可使其变成符合要求的波形。,(三)单稳态触发器应用(yngyng)举例,2.脉冲(michng)定时,1.脉冲整形,因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。,门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。,uC 为与门 G 开通与否的控制信号。uC=1，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出；uC=0，门 G 关闭，uB 不能输出。,第十九页，共五十页。,若已知 Rext=10 k，Cext=1 F则可得 tW 0.7 RextCext=7 ms,3.脉冲(michng)展宽,第二十页，共五十页。,掌握用 555 定时器构成(guchng)施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的方法。,主要(zhyo)要求：,了解 555 定时器的电路结构(jigu)，掌握其符号和功能。,5.2 555 定时器及其应用,第二十一页，共五十页。,555 定时器简介(jin ji),555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型 555 定时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为 3 18 V)，可提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率(gngl)，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555，双定时器的为 7556。,一、555 定时器的工作原理(yunl)和逻辑功能,第二十二页，共五十页。,555 定时器的电路结构(jigu)与符号,集电极开路(kil)输出端,构成电阻分压器，为比较器 C1、C2 提供(tgng)两个参考电压，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。,输出缓冲器OUT=Q,构成基本 RS 触发器，决定电路输出。,第二十三页，共五十页。,555 定时器的工作原理(yunl)与逻辑功能,定时器 5G555 的功能表,第二十四页，共五十页。,定时器 5G555 的功能表,555 定时器的工作原理(yunl)与逻辑功能,第二十五页，共五十页。,555 定时器的工作(gngzu)原理与逻辑功能,定时器 5G555 的功能表,第二十六页，共五十页。,555 定时器的工作(gngzu)原理与逻辑功能,定时器 5G555 的功能表,第二十七页，共五十页。,简化(jinhu)功能表,使用(shyng)要点,通常不用 CO 端，为了提高电路工作稳定性，将其通过(tnggu)0.01 F 电容接地。,第二十八页，共五十页。,二、用 555 定时器组成(z chn)施密特触发器,电压传输(chun sh)特性为反相输出的滞回特性,UT+=2/3 VCC UT-=1/3 VCCUT=UT+-UT-=1/3 VCC,第二十九页，共五十页。,例 试对应(duyng)输入波形画出下图中输出波形。,+12V,解：,UT+=2/3 VCC=8 V,UT-=1/3 VCC=4 V,因此(ync)可画出输出波形为,电路(dinl)构成反相输出的施密特触发器,第三十页，共五十页。,三、用555 定时器组成(z chn)单稳态触发器,(一)电路(dinl)结构,R、C 为定时(dn sh)元件,第三十一页，共五十页。,(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与参数估算,1.稳定(wndng)状态,接通电源(dinyun)后 VCC 经 R 向 C 充电，使 uC 上升。,该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应 1/3 VCC)。,工作原理,导通,第三十二页，共五十页。,2.触发(chf)进入暂稳态,(二)工作原理(yunl)、工作波形与参数估算,第三十三页，共五十页。,3.自动返回(fnhu)稳定状态,(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与参数估算,2.触发(chf)进入暂稳态,这时 uI 必须已恢复为高电平,第三十四页，共五十页。,例 用上述单稳态电路输出定时时间为1 s 的正脉冲(michng)，R=27 k，试确定定时元件 C 的取值。,(二)工作原理(yunl)、工作波形与参数估算,输出脉冲宽度(kund)tW 即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件 R、C。,该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽 tWO。,解：,因为 tWO 1.1 RC,故可取标称值 33 F。,估算公式 tWO 1.1 RC,第三十五页，共五十页。,四、用 555 定时器组成(z chn)多谐振荡器,(一)电路(dinl)结构,第三十六页，共五十页。,(二)工作原理、工作波形与周期(zhuq)估算,UOH,工作(gngzu)原理,第三十七页，共五十页。,(二)工作原理(yunl)、工作波形与周期估算,UOL,工作(gngzu)原理,第三十八页，共五十页。,(二)工作(gngzu)原理、工作(gngzu)波形与周期估算,工作(gngzu)原理,第三十九页，共五十页。,(二)工作原理、工作波形(b xn)与周期估算,电容 C 如此循环充电(chng din)和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。,周期(zhuq)与占空比估算,tWH 0.7(R1+R2)C tWL 0.7 R2CT=tWH+tWL 0.7(R1+2R2)C,第四十页，共五十页。,例 指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调(yndio)高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调(yndio)，又该如何调节？,解：,R1、R2、RP1 和 C 共同构成(guchng)定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。,欲提高(t go)音调，则应减小 RP1，因此触头应下移。,RP2,RP1,第四十一页，共五十页。,本章(bn zhn)小结,施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，可将输入(shr)的