醫(yī)學(xué)專題—-脈-沖-波-形-的產(chǎn)生和整形課件

1、 教學(xué)內(nèi)容10.1 概述(i sh)10.2 施密特觸發(fā)器10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4 多諧振蕩器10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用第一頁(yè)，共五十五頁(yè)。 教學(xué)要求 一.重點(diǎn)(zhngdin)掌握的內(nèi)容：(1)555定時(shí)器及其應(yīng)用(yngyng).(2)石英晶體多諧振蕩器.二.一般(ybn)掌握的內(nèi)容：(1)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和典型應(yīng)用。(2)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系；多諧振蕩器振蕩周期的估算方法。第二頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.1 概述(i sh)矩形脈沖信號(hào)(xnho)的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號(hào)源，加上電源自激振蕩，直接(zhji)產(chǎn)

2、生波形。整形:輸入信號(hào)源進(jìn)行整形.脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第三頁(yè)，共五十五頁(yè)。脈沖(michng)周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度Wt上升時(shí)間tr下降時(shí)間tf占空比：TtqW/第四頁(yè)，共五十五頁(yè)。施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于 數(shù)字電路需要(xyo)的矩形脈沖的電路。 10.2 施密特觸發(fā)器第五頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.2.1 用門(mén)電路組成(z chn)的施密特觸發(fā)器設(shè)G1、G2閾值電壓VTHVDD/2， R1R2（否則電路進(jìn)入(jnr)自鎖狀態(tài),不能正常工作）0100IvOOAIvvvv1TTHAVRRRVv212THTHTVRRVRR

3、RV)1 (212211IvOOAIvvvv1THTVRRV)1 (21第六頁(yè)，共五十五頁(yè)。正向(zhn xin)閾值電壓負(fù)向閾值電壓回差電壓(diny)：VT VTVT滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過(guò)程和下降過(guò)程的閾值(y zh)電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。 同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器第七頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)1.用于波形(b xn)變換： 第八頁(yè)，共五十五頁(yè)。2.用于脈沖(michng)整形：第九頁(yè)，共五十五頁(yè)。3.用于脈沖(michng)鑒幅：施密特觸發(fā)器能將幅度(fd)大于VT+的脈沖選出。第十頁(yè)，共五十五頁(yè)。4

4、.用于構(gòu)成(guchng)多諧振蕩器： 第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。本節(jié)小結(jié)(xioji)施密特觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，是一種能夠(nnggu)把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性，所以抗干擾能力也很強(qiáng)。 施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門(mén)電路及555定時(shí)器構(gòu)成。 施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點(diǎn)：1、電路中有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)；2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻 轉(zhuǎn)至?xí)悍€(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)翻轉(zhuǎn)至穩(wěn)態(tài)；3、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短(chngdun)取決于電

5、路本身的 參數(shù)與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.3.1 用門(mén)電路組成(z chn)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因?yàn)殡娐?dinl)具有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)而得名。它由兩個(gè)門(mén)電路(dinl)、一個(gè)RC電路組成。它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過(guò)程來(lái)維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為微分型和積分型。第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。010101 穩(wěn)態(tài) 沒(méi)有(mi yu)觸發(fā)器電平時(shí)，vI為低電平，vO為低電平，vO1為高電平。 第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。 穩(wěn)態(tài)至?xí)悍€(wěn)態(tài) 當(dāng)vI正跳變時(shí)，vO1由高到低，vI2為低電平。于是vO為高電平。即使vI 觸發(fā)器信號(hào)撤除(chch)，由于vO的作用，vO1仍可為低電

6、平。11010第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。 暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)期間(qjin)，電源經(jīng)電阻R和門(mén)G1對(duì)電容C充電，vI2升高，當(dāng)vI2=VTH時(shí)，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最終vO1=1，vO=0。00101脈沖(michng)寬度要窄tW=0.69RC第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。 當(dāng)vI的脈沖寬度很寬時(shí)，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個(gè)RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于(yuy)門(mén)G1被vI封住了，會(huì)使vo的下降沿變緩。 第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.3.2 集成(j chn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能表見(jiàn)表10.3.1tW=0.69RextCext第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。圖10.3.

7、10第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)。 外接電阻（下降沿觸發(fā)） 內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）第二十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。 目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過(guò)程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(jish)后，才接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)tW寬度。不可重復(fù)(chngf)觸發(fā)型可重復(fù)(chngf)觸發(fā)型第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)1、定時(shí)( d n sh)只有(zhyu)在脈

8、沖寬度 tpo內(nèi)的信號(hào)才能通過(guò)。第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。2、延時(shí)與整形(zhng xng) 可將脈沖寬度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬度相等(xingdng)的矩形波。第二十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號(hào)都具有一定的寬度。因此(ync)，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號(hào)寬度即可消除噪聲。3、消除(xioch)噪聲第二十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。本節(jié)小結(jié)(xioji)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中,由穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)需要輸入(shr)觸發(fā)脈沖,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度是由電路的阻容元件RC決定的,與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以(

9、ky)由門(mén)電路構(gòu)成，也可以(ky)由555定時(shí)器構(gòu)成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號(hào)，用途很廣。第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4 多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱無(wú)穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時(shí)間脈沖信號(hào)。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加(wiji)觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。 性能特點(diǎn)： 沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 工作不需要(xyo)外加信號(hào)源，只需要電源。第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4.1 對(duì)稱(duchn)式多諧振蕩器T1.3RFC第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4.2 非對(duì)稱

10、式多諧振蕩器T2.2RFC第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4.3 環(huán)形(hun xn)振蕩器 利用(lyng)延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、等于3的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連接成環(huán)形電路，都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡(jiǎn)單，但不實(shí)用。101010101010T=2ntpd第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4.4 施密特觸發(fā)器構(gòu)成(guchng)的多諧振蕩器第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.4.5 石英(shyng)晶體多諧振蕩器 在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。前面幾種(j zhn)電路頻率穩(wěn)定性不是很高。在對(duì)頻率穩(wěn)定性有較高要求時(shí)，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率取決于石英(sh

11、yng)晶體的固有振蕩頻率。第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。本節(jié)小結(jié)(xioji) 多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有(zhyu)兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 工作不需要外加信號(hào)源，只需要電源。 要想得到頻率(pnl)穩(wěn)定性高的多諧振蕩器時(shí)，應(yīng)采用石英晶體多諧振蕩器。第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用(yngyng) 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可應(yīng)用于定時(shí)、檢測(cè)、控制、報(bào)警(bo jng)等方面。第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。 集成555定時(shí)器因?yàn)槠鋬?nèi)部有3個(gè)精密的5K電阻而得名(d m

12、n)。后來(lái)國(guó)內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和CMOS型555集成電路。雖然CMOS型3個(gè)分壓電阻不再是5K,但仍然延用555名稱。 目前一些廠家在同一基片上集成2個(gè)555單元，型號(hào)后加556，同一基片上集成4個(gè)555單元，型號(hào)后加558。第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。集成555定時(shí)器具體元件(yunjin)簡(jiǎn)介 555定時(shí)器的封裝一般有兩種： 八腳圓形封裝 八腳雙列直插式封裝。 第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.5.1 555定時(shí)器的電路(dinl)結(jié)構(gòu)與功能放電(fng din)三極管精密(jngm)電阻比較器SR鎖存器第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)?？刂?kngzh)電壓觸發(fā)(chf)輸入 復(fù)位(f

13、wi)端輸出放電端閾值輸入 電源516V第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。注意：工作中不使用VCO時(shí)，一般都通過(guò)一個(gè)0.01F的電容接地(jid)(交流接地），以旁路高頻干擾。 當(dāng)VCO懸空(xunkng)時(shí)，VR1=2/3Vcc, VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存器置0，TD導(dǎo)通，同時(shí)vO為低電平。01010比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器狀態(tài)保持不變，TD和vO均保持不變。11比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器置1，TD截止，同時(shí)vO為高電平。10101比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出

14、vC2=0，SR鎖存器違反約束條件，輸出為1，TD截止。00101第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1555定時(shí)器有兩個(gè)閾值電壓，分別是 和 。 2輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時(shí)，7腳為高電平。 3.輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 CCV32CCV31CCV31第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.5.2 555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器二六(r li)搭一第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。8 462153VccIvOv交流(jioli)接地VT-VT+回差電壓:CCTTT

15、VVVV31第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。VT+ =VCOVT- =1/2VCO回差電壓:COTTTVVVV21第四十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.5.3 555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C 第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。vI下降沿到達(dá),vO輸出(shch)高電平，TD截止，VCC經(jīng)R向C充電，當(dāng)vC=2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，vO輸出低電平，TD導(dǎo)通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個(gè)下降沿到達(dá),重復(fù)上述過(guò)程。001100010第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。w特性(txng)：n這個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖(michng)觸發(fā)的。n穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)(zh ge)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。n

16、暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，這個(gè)觸發(fā)器輸出高電平。n該電路輸出脈沖寬度為tw1.1RC 。第四十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。10.5.4 555定時(shí)器接成多諧振蕩器2ln)(ln)(21211CRRVVVVCRRTTCCTCC充電時(shí)間：2ln00ln222CRVVCRTTT放電時(shí)間：振蕩周期：T=0.69(R1+2R2)C輸出脈沖占空比:21212RRRRq例10.5.1第四十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。占空比可調(diào)的多諧振蕩器輸出脈沖占空比:BABARRRRq2第四十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。輸出脈沖占空比:BAARRRq第五十頁(yè)，共五十五頁(yè)。P505 題10.26兩個(gè)(lin )555定時(shí)器均接成了多諧振蕩器。 I輸出(shch)接II

17、VCO,控制其閾值電壓VT+和VT-。I的輸出高低電平的持續(xù)時(shí)間決定了電路高低音持續(xù)時(shí)間，II的頻率決定了高低音頻率。第五十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。（1）vO1的高電平持續(xù)時(shí)間為：sCRRtH1 . 169. 0101010)15010(2ln)(63121此時(shí)，vO1為11V. VCC=12V,由疊加定理可求得右邊555定時(shí)器5腳電壓(diny)VCO=8.8V.因此，VT+=8.8V,VT-=4.4V片555定時(shí)器振蕩頻率，及揚(yáng)聲器聲音(shngyn)的周期為：HzTf611111sVVCRVVVVCRRTTTTCCTCC363632525411063. 12ln1001. 0101008 .

18、8124 . 412ln1001. 010)10010(00lnln)(第五十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。（2）vO1的低電平持續(xù)時(shí)間為：sCRtL04. 169. 01010101502ln6312此時(shí)，vO1為0.2V. VCC=12V,由疊加定理可求得右邊555定時(shí)器5腳電壓(diny)VCO=6V.因此，VT+=6V,VT-=3V片555定時(shí)器振蕩(zhndng)頻率，及揚(yáng)聲器聲音的周期為：sVVCRVVVVCRRTTTTCCTCC363632525421014. 12ln1001. 010100612312ln1001. 010)10010(00lnln)(HzTf876122 因此可知，高音頻率(pnl)為876Hz，持續(xù)時(shí)間1.04s。低音頻率為611Hz，持續(xù)時(shí)間1.1s。第五十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。8 462153VccIvOv本節(jié)小結(jié)(xioji)555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器