2022年醫(yī)學(xué)專題-第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

脈沖(màichōng)波形的產(chǎn)生與整形1

概述(ɡàishù)

2555定時器3

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4

施密特觸發(fā)器5

多諧振蕩器第一頁，共四十七頁。1概述(ɡàishù)一、脈沖(màichōng)信號

脈沖是脈動和短促的意思，凡是(fánshì)具有不連續(xù)波形的信號均可稱為脈沖信號。廣義講，各種非正弦信號都是脈沖信號。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波第二頁，共四十七頁。1概述(ɡàishù)

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號，如觸發(fā)器的時鐘脈沖（CP）。獲取這些(zhèxiē)脈沖信號的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時電路——555定時器。第三頁，共四十七頁。1概述(ɡàishù)二、脈沖(màichōng)信號的參數(shù)trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脈沖信號的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖(màichōng)周期脈沖寬度上升時間下降時間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T

。第四頁，共四十七頁。1概述(ɡàishù)三、脈沖產(chǎn)生(chǎnshēng)電路的暫態(tài)分析脈沖波形(bōxínɡ)產(chǎn)生與整形電路多是由RC充放電電路構(gòu)成的。①開關(guān)閉合的一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿足開關(guān)定理UC(0+)=UC(0-)。②充電暫態(tài)過程結(jié)束后，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當(dāng)于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR第五頁，共四十七頁。④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時間tW（脈沖寬度(kuāndù)）可用下式計算：③電路(diànlù)的時間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時間變化的方程為1概述(ɡàishù)tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC第六頁，共四十七頁。一、555定時器的電路(diànlù)結(jié)構(gòu)2555定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，可以方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。

雙極型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼(shùmǎ)為555，CMOS型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為7555。其功能和外部引腳排列完全相同。TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu12348765地2oRDUCC放電端6UCO555uuu第七頁，共四十七頁。2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu1.分壓器電壓(diànyā)控制端①5腳懸空時，，；②5腳外接控制電壓UCO時，。注：當(dāng)5腳不加控制電壓時，通常經(jīng)過一個0.01μF的電容(diànróng)接地，以抑制干擾。第八頁，共四十七頁。2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu2.電壓(diànyā)比較器U+≥U-時，Ci＝1；U+＜U-時，Ci＝0。

閾值(yùzhí)輸入端觸發(fā)(chùfā)輸入端3.基本RS觸發(fā)器/R/SQn+100不定01010111Qn異步清零端第九頁，共四十七頁。2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu4.放電(fàngdiàn)三極管VT是一個集電極開路(kāilù)的放電三極管。當(dāng)uO＝0時，VT導(dǎo)通；當(dāng)uO＝1時，VT截止。

第十頁，共四十七頁。二、555定時器的功能(gōngnéng)2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu5腳不外接控制(kòngzhì)電壓。

定時器的主要功能取決于兩個比較器輸出(shūchū)對RS觸發(fā)器和放電管VT狀態(tài)的控制。第十一頁，共四十七頁。2555定時器不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通0××0VTuOu2u6輸出輸入555定時器功能表5腳不接控制電壓，則，。第十二頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常用的脈沖(màichōng)整形電路，簡稱單穩(wěn)。由外界(wàijiè)觸發(fā)自動(zìdòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)恢復(fù)期工作特性：①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；②在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，電路能自動返回穩(wěn)態(tài)；③暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，其維持時間的長短取決于電路自身參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)。第十三頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路構(gòu)成(gòuchéng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器≥11VDDCdRdRCvdvo1vovi2第十四頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、555定時器構(gòu)成(gòuchéng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器48762315uCCuouIRUCC0.01μF5555腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。第十五頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作(gōngzuò)原理①穩(wěn)態(tài)：

無觸發(fā)信號時，uI為高電平。電容(diànróng)先充電后放電，當(dāng)uC＝0時，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)：uO＝0。第十六頁，共四十七頁。②暫穩(wěn)態(tài)：u2觸發(fā)脈沖下降沿到達(dá)時（），電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，uO＝1。當(dāng)時，uO＝0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作(gōngzuò)原理第十七頁，共四十七頁。③恢復(fù)期：

VT導(dǎo)通，電容C迅速(xùnsù)放電，直到使uC≈0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作(gōngzuò)原理第十八頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01μF555波形圖

電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求(yāoqiú)，它必須小于tW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW時，應(yīng)在u2輸入端加入微分電路。第十九頁，共四十七頁。因此(yīncǐ)可得3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.輸出(shūchū)脈沖寬度tW

輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時間，即電容C的電壓從0充電到所需的時間。根據(jù)電容C的充電過程可知：

上式說明：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時元件R、C的取值，且成正比關(guān)系(guānxì)，而與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，因此調(diào)節(jié)R、C的大小，即可方便地改變tW。矩形脈沖的周期與輸入的觸發(fā)信號周期相同。第二十頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)1.脈沖(màichōng)整形IutWOu

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把輸入(shūrù)的不規(guī)則脈沖信號uI，整形為具有一定幅度和一定寬度的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖uO。uO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于定時元件R和C。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形波形第二十一頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.脈沖(màichōng)延時

脈沖延時電路一般要用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成(wánchéng)。延時時間為tW1，它決定于第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時波形(bōxínɡ)第二十二頁，共四十七頁。3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.定時(dìnɡshí)

由于(yóuyú)單穩(wěn)觸發(fā)器可產(chǎn)生寬度為tW的矩形脈沖，利用這個矩形脈沖去控制某電路使它在tW的時間內(nèi)動作或不動作，這就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時作用。定時時間為tW，可通過調(diào)節(jié)定時元件R和C來調(diào)節(jié)定時時間。1&uIOuuO單穩(wěn)與門uFtWuIuOuFOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(dìnɡshí)波形第二十三頁，共四十七頁。4施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是又一種(yīzhǒnɡ)常用的脈沖信號整形電路。工作(gōngzuò)特性：①具有兩個穩(wěn)態(tài)；②屬于電平觸發(fā)，緩慢變化的信號也可以作為輸入信號，當(dāng)輸入信號達(dá)到某一特定值時，輸出電平就發(fā)生(fāshēng)突變；③輸入信號從低電平上升時，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降時對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。uo0U－U+uI電壓傳輸特性①輸入信號上升時對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U+

，稱為正向閾值電壓；②輸入信號下降時對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U－

，稱為負(fù)向閾值電壓；③差值ΔU＝U+－U-，稱為回差電壓。第二十四頁，共四十七頁。4施密特觸發(fā)器一、門電路構(gòu)成(gòuchéng)的施密特觸發(fā)器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-第二十五頁，共四十七頁。反向(fǎnxiànɡ)輸出施密特觸發(fā)器4施密特觸發(fā)器二、555定時器構(gòu)成(gòuchéng)的施密特觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)和邏輯(luójí)符號846210.01μF3UCCuIuo5555第二十六頁，共四十七頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特觸發(fā)器5腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。第二十七頁，共四十七頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特觸發(fā)器(1)上升過程：①時，uO＝1；②時，uO保持不變；③時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。第二十八頁，共四十七頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特觸發(fā)器(2)下降過程：①時，uO＝0；②時，uO保持不變；③時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第二十九頁，共四十七頁。綜之：①當(dāng)5腳不接控制電壓時，②當(dāng)5腳接控制電壓UCO時，比較電壓變?yōu)閁CO和（1/2）UCO，

uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特觸發(fā)器第三十頁，共四十七頁。4施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)1.波形(bōxínɡ)變換

施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢(huǎnmàn)的周期性信號變換成邊沿陡峭的矩形脈沖信號。第三十一頁，共四十七頁。4施密特觸發(fā)器2.波形(bōxínɡ)整形

施密特觸發(fā)器可以將不規(guī)則的波形整形為矩形波。若適當(dāng)(shìdàng)增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力?；夭铍妷菏怯?腳接入的控制電壓UCO來控制的。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)第三十二頁，共四十七頁。

從一系列幅度不同的脈沖信號(xìnhào)中選出幅度大于正向閾值電壓U+的輸入脈沖，即對幅度進(jìn)行鑒別。4施密特觸發(fā)器3.幅度(fúdù)鑒別uIU+U-t0uo0t同向輸出(shūchū)施密特觸發(fā)器第三十三頁，共四十七頁。4施密特觸發(fā)器4.構(gòu)成(gòuchéng)多諧振蕩器工作原理：電容上初始(chūshǐ)電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經(jīng)R向C充電，當(dāng)充至uI＝U+時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進(jìn)行放電，當(dāng)放電至uI＝U-時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第三十四頁，共四十七頁。5多諧振蕩器多諧振蕩器是一種常用的脈沖信號產(chǎn)生(chǎnshēng)電路。工作(gōngzuò)特性：①無穩(wěn)態(tài)，具有兩個暫穩(wěn)態(tài)；②自激振蕩器－－在接通電源后，不需外加觸發(fā)(chùfā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖；③矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波－－故稱為多諧振蕩器。自動觸發(fā)自動返回暫穩(wěn)態(tài)0暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)0第三十五頁，共四十七頁。5多諧振蕩器一、門電路構(gòu)成(gòuchéng)的多諧振蕩器1vo1RCvivo1第三十六頁，共四十七頁。5多諧振蕩器二、555定時器構(gòu)成(gòuchéng)的多諧振蕩器1.電路(diànlù)結(jié)構(gòu)48762315CUCCR1R2555uo0.01μFuC第三十七頁，共四十七頁。5多諧振蕩器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.工作(gōngzuò)原理

接通電源后，電容C來不及充電，uc＝0，則uO＝1(第一個暫穩(wěn)態(tài))，VT截止(jiézhǐ)。這時Ucc經(jīng)R1和R2向C充電，當(dāng)充至uc＝2/3Ucc時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0(第二個暫穩(wěn)態(tài))，VT導(dǎo)通；這時電容C經(jīng)R2和VT放電，當(dāng)降至uc＝1/3Ucc時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第三十八頁，共四十七頁。5多諧振蕩器3.參數(shù)(cānshù)的估算①電容(diànróng)充電時間T1：②電容放電(fàngdiàn)時間T2：③電路振蕩周期T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T第三十九頁，共四十七頁。④電路振蕩(zhèndàng)頻率f：通過改變(gǎibiàn)R、C的參數(shù)可改變振蕩周期和振蕩頻率。⑤輸出(shūchū)波形占空比D：5多諧振蕩器若R2>>R1，則D≈1/2，即輸出為對稱方波。（D≥50％）第四十頁，共四十七頁。5多諧振蕩器4.改進(jìn)(gǎijìn)電路－－占空比可調(diào)的多諧振蕩器

利用二極管的單向(dānxiànɡ)導(dǎo)電性，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個可調(diào)電位器RW，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。①電容(diànróng)充電時間T1：

T1＝0.7R1C②電容放電時間T2：

T2＝0.7R2C④輸出波形占空比D：③電路振蕩周期T：

T＝T1+T2＝0.7(R1+R2)C若R1=R2，則D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01μFCVD2VD151第四十一頁，共四十七頁。5多諧振蕩器5.555定時器構(gòu)成(gòuchéng)的振蕩器應(yīng)用實例－－模擬聲響發(fā)生器

將振蕩器A的輸出電壓uo1，接到振蕩器B中555定時器的復(fù)位端（4腳）。當(dāng)uo1為高電平時振蕩器B振蕩，當(dāng)uo1為低電平時555定時器復(fù)位，振蕩器B停止振蕩。這樣(zhèyàng)，揚(yáng)聲器便發(fā)出“嗚…嗚”的間歇聲響。84762351555A0.01μFCR1AR2A847623155550.01μFCR1BR2BRduo18Ωuo25μFUCCuo1uo2(a)(b)B第四十二頁，共四十七頁。

當(dāng)頻率為諧振頻率f0時，石英晶體(jīngtǐ)的等效阻抗最小，信號最容易通過，而其它頻率信號均被衰減掉。－－晶體的選頻特性極好。

為了提高振蕩器的頻率(pínlǜ)穩(wěn)定度，往往使用石英晶體多諧振蕩器。5多諧振蕩器三、石英(shíyīng)晶體多諧振蕩器555構(gòu)成的多諧振蕩器的特