2022年醫(yī)學(xué)專題-第8章-脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形

8.1555集成(jíchénɡ)定時(shí)器

555集成定時(shí)器是一種將模擬和數(shù)字電路集成于一體的電子器件,通過外加(wàijiā)少量的阻容元件,能構(gòu)成多種用途的電路。

555集成定時(shí)器的型號(hào)(xínghào)較多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)(xínghào)后的3位數(shù)字都是555，CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后的4位數(shù)字都是7555。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。

為了提高集成度,隨后又生產(chǎn)了雙定時(shí)器產(chǎn)品556（雙極型）和7556（CMOS型）。

第一頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.1.1555定時(shí)器的電路(diànlù)結(jié)構(gòu)1.分壓器2.比較(bǐjiào)器3.RS鎖存器4.三極管放電(fàngdiàn)開關(guān)5.輸出緩沖器組成：VCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQOUT5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2V’oRDVoTD第二頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.1.2定時(shí)器的邏輯(luójí)功能1）Vi1>2/3VCC

Vi2>1/3VCC

2）Vi1<2/3VCC

Vi2<1/3VCC

3）Vi1<2/3VCC

Vi2>1/3VCC當(dāng)RD=1時(shí)：VCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2V’oRDVoTD*Q的高低確定TD

管是否導(dǎo)通。Vo=0Vo=1

Vo不變第三頁(yè)，共四十三頁(yè)。稱TH為高電平觸發(fā)端；TR低電平觸發(fā)端。555定時(shí)器功能表00導(dǎo)通10VCCVCC導(dǎo)通1VCCVCC不變不變11VCCVCC截止RDVi1(TH)Vi2(TR)VO(OUT)TD(放電管)第四頁(yè)，共四十三頁(yè)。

特點(diǎn)：555定時(shí)器能在很寬的電源(diànyuán)電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型555定時(shí)器的電源電壓范圍為5~16V，最大的負(fù)載電流達(dá)200mA。CMOS型7555定時(shí)器的電源電壓范圍為3~18V，但最大負(fù)載電流在4mA以下。第五頁(yè)，共四十三頁(yè)。思考題：555定時(shí)器按下圖連接，輸入如圖所示，試畫出定時(shí)器輸出(shūchū)的波形（設(shè)初始狀態(tài)為0）并說(shuō)明相當(dāng)于何器件Vo8462153555VCCVi1Vi210t0t0tVOVi1Vi2第六頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.2施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)邏輯符號(hào)及電壓傳輸(chuánshū)特性VoVoHVoLVT-VT+Vi0ViVo同相輸出施密特觸發(fā)電路VT+稱作為上觸發(fā)電平(diànpínɡ)或正向閾值電壓;VT-稱作為(zuòwéi)下觸發(fā)電平或負(fù)向閾值電壓;第七頁(yè)，共四十三頁(yè)。ViVo反相輸出施密特觸發(fā)電路VoVoHVoLVT-VT+Vi0特點(diǎn)(tèdiǎn)：1）有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)VOH和VOL,但穩(wěn)態(tài)要靠輸入電平(diànpínɡ)來(lái)維持；2）具有滯回電壓傳輸特性.當(dāng)輸入信號(hào)高于VT+時(shí),電路處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)輸入信號(hào)低于VT-時(shí),電路處于另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)輸入信號(hào)處于兩觸發(fā)(chùfā)電平之間時(shí),其輸出保持原狀態(tài)不變。第八頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.2.1用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)(chùfā)電路1.電路(diànlù)組成Vo8462153555VCCViVoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第九頁(yè)，共四十三頁(yè)。2.工作(gōngzuò)原理當(dāng)Vi<1/3VCC時(shí),VO=VOH;2)當(dāng)1/3VCC<Vi<2/3VCC時(shí),VO

保持(bǎochí),VO=VOH;3)當(dāng)Vi>2/3VCC時(shí),VO=VOL.首先分析輸入電壓Vi由0逐漸(zhújiàn)升高的過程VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第十頁(yè)，共四十三頁(yè)。4)當(dāng)1/3VCC<Vi<2/3VCC時(shí),VO

保持(bǎochí),VO=VOL;5)當(dāng)Vi<1/3VCC時(shí),VO=VOH.其次分析(fēnxī)輸入電壓Vi從2/3VCC逐漸開始下降的過程VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。Vit2/3VCC1/3VCC0VOt0VOHVOLVT+=2/3VCCVT-=1/3VCCΔVT=VT+

－VT-=1/3VCC第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.2.2集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)電路由于(yóuyú)施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用非常廣泛，集成施密特觸發(fā)電路的種類較多，有施密特非門74HC/HCT14、CC40106，施密特與非門74HC/HCT132、CC4093等。

CC40106閾值電壓數(shù)值(shùzí)表

第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.2.3施密特觸發(fā)電路(diànlù)的應(yīng)用1.波形(bōxínɡ)變換ViVo帶反相器VitVOtVT+VT-00可以把邊沿(biānyán)變化緩慢的周期性信號(hào)變換為同頻率的矩形脈沖.第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。2.脈沖(màichōng)整形ViVo帶反相器VitVOtVT+VT-00可以適當(dāng)(shìdàng)調(diào)節(jié)施密特觸發(fā)器的回差電壓,得到整齊的矩形脈沖.第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。3.幅度(fúdù)鑒別ViVo帶反相器VitVOtVT+VT-00可以通過調(diào)整電路的VT+和VT-,將輸入信號(hào)中幅度超過VT+的脈沖選出,幅度較小的脈沖消除,所以(suǒyǐ)具有幅度鑒別能力.第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)(chùfā)電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路(diànlù)特點(diǎn):電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài).在沒有外界觸發(fā)信號(hào)作用時(shí),電路處于穩(wěn)定狀態(tài);在外界信號(hào)作用下,電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)態(tài),經(jīng)過一段時(shí)間,電路自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài).單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路常用于脈沖(màichōng)的整形、定時(shí)和延時(shí)。第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.3.1由555定時(shí)器構(gòu)成(gòuchéng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路1.電路(diànlù)組成8462153555VCCVoVi7RCC?

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VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ未加入負(fù)觸發(fā)脈沖,當(dāng)

Vi為高電平１并穩(wěn)定一段時(shí)間后，Q端一定為1(Q為0),Vo為低電平的穩(wěn)定狀態(tài);2.工作(gōngzuò)原理1)穩(wěn)態(tài)第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ當(dāng)Vi來(lái)一個(gè)較短的負(fù)脈沖后,Q端改變狀態(tài),Vo由低電平跳變?yōu)楦唠娖?電路進(jìn)入(jìnrù)暫穩(wěn)態(tài).

而后經(jīng)過一段時(shí)間后

(這時(shí)Vi已返回1),Q自動(dòng)返回到0的狀態(tài),即電路恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)Vo為低電平.2)暫穩(wěn)態(tài)第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)。3.工作(gōngzuò)波形圖VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μVitVCt00VOt02/3VCCtwtw第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。4.輸出(shūchū)脈沖寬度估算輸出脈沖(màichōng)寬度tw:就是暫穩(wěn)期的持續(xù)時(shí)間,它等于電容電壓Vc從0上升到2/3Vcc所需時(shí)間tw=RC×Ln

Vcc-0Vcc-2/3Vcc=RC×Ln3≈1.1RC*Vi的負(fù)脈沖(màichōng)寬度要小于tw

*輸出脈沖寬度僅取決于外接定時(shí)元件R和C的數(shù)值,而與電源電壓無(wú)關(guān)VitVCt00VOt02/3VCCtwtw第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.3.2用施密特觸發(fā)(chùfā)電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路ViVoCRVR1.電路(diànlù)結(jié)構(gòu)2.工作(gōngzuò)原理1)穩(wěn)態(tài)時(shí),輸入Vi=0,VR=0時(shí),輸出Vo=VOH;2)暫穩(wěn)態(tài):當(dāng)幅度為VDD(>VT+)的正觸發(fā)脈沖加到電路輸入端時(shí),電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn),Vo=VOL,進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài).隨著對(duì)電容C的充電,VR按指數(shù)規(guī)律下降,當(dāng)下降到略低于VT-時(shí),電路狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn),返回到原來(lái)的穩(wěn)態(tài),輸出Vo=VOH.VitVRt00VOt0VT+twVT-第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。ViVoCRVRVitVRt00VOt0VT+twVT-*Vi的正脈沖(màichōng)寬度應(yīng)大于twtw=RCln(VDD/VT-)3.工作(gōngzuò)波形圖輸出脈沖寬度tw:VR從初始值VDD下降到VT-所需要(xūyào)的時(shí)間第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.3.3集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路根據(jù)電路工作特性不同，集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路分為(fēnwéi)不可重復(fù)觸發(fā)和可重復(fù)觸發(fā)兩種。

(a)不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路(diànlù)工作波形

(b)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路工作波形第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。1&≥1RICXRXCXA1A2BRextCextRxcx3459101161QQ功能表

A1A2BQQ0×101×0101××00111×01111110××074121是不可(bùkě)重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路1．不可(bùkě)重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。1&≥1RICXRXCX3459101161QQVCCCext1&≥1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC兩種連接(liánjiē)方法：tw≈0.7RextCext第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。2．可重復(fù)觸發(fā)(chùfā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)(chùfā)電路

74122是一種(yīzhǒnɡ)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。74122功能表

74122的定時(shí)(dìnɡshí)電阻、電容連接方式與74121相同，但輸出脈沖寬度tw為：tw≈0.32RCext

需要注意的是，74122是可重復(fù)的觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，只要在輸出脈沖結(jié)束(jiéshù)之前，重新輸入觸發(fā)信號(hào)，就可以方便地延長(zhǎng)輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間。

第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.3.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)(chùfā)電路的應(yīng)用1.脈沖(màichōng)整形ViV0tt001&≥1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCCViVo第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)。2.脈沖(màichōng)的延時(shí)1&≥1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&≥1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCC第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。t0Vit0t0tw1tw1tw2tdQ1Vo1&≥1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&≥1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCC第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)。3.脈沖(màichōng)的定時(shí)1&≥1RICXRXCX3459101161QQCRVCCViVoVB&10tVi0tQ0tVB0tVO一個(gè)(yīɡè)測(cè)頻的例子第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.4多諧振蕩器

能自行產(chǎn)生具有一定頻率(pínlǜ)和一定脈寬的矩形脈沖的電路.

多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài),有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài).且兩暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換都不需要外加觸發(fā)信號(hào),而是靠電路(diànlù)本身完成的.第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。8.4.1用555定時(shí)器構(gòu)成(gòuchéng)多諧振蕩器VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2C8472153555VCCVo6R1C0.01uf?

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R21.電路(diànlù)組成第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2CVCt0VOt02/3VCC1/3VCCT1T2TT1=(R1+R2)Cln2T2=R2Cln22.工作(gōngzuò)原理占空比:正脈寬T1與周期T之比T1R1+R2q=

T=R1+2R2第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。Q=0,TD截止,VCC→R1→R2→C充電,VC按指數(shù)規(guī)律上升;2)當(dāng)VC略大于2/3VCC，輸出(shūchū)Vo

由1轉(zhuǎn)換為0；4)

當(dāng)VC降至略低于1/3VCC，輸出(shūchū)Vo

由0轉(zhuǎn)換為1。3)Q=1,TD導(dǎo)通,C→R2→TD放電，VC按指數(shù)規(guī)律下降；第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。①555構(gòu)成振蕩器電路簡(jiǎn)單,頻率(pínlǜ)易于調(diào)節(jié)靈敏度較高;②上述電路(diànlù)占空比q=T1/T衡大于0.5,調(diào)節(jié)不方便.③555構(gòu)成振蕩器頻率振蕩低(一般(yībān)不超過幾百KHz),且頻率穩(wěn)定度不高.3.電路特點(diǎn)第三十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。4.改進(jìn)(gǎijìn)電路VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2CRwT1=R1Cln2T2=R2Cln2占空比:T1R1q=

T=R1+R2當(dāng)R1=R2時(shí),q=1/2當(dāng)R1>R2時(shí),q>1/2當(dāng)R1<R2時(shí),q<1/2第三十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。8