2022年醫(yī)學(xué)專題-第八篇-脈沖波形的變換及產(chǎn)生

8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.2施密特觸發(fā)器8.3多諧振蕩器8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用(yìngyòng)8脈沖(màichōng)波形的變換與產(chǎn)生第一頁(yè)，共五十五頁(yè)。4、掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標(biāo)(zhǐbiāo)的計(jì)算。1、正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成(zǔchénɡ)及工作原理。2、掌握多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能及主要指標(biāo)(zhǐbiāo)計(jì)算。3、掌握555定時(shí)器的工作原理。教學(xué)基本要求第二頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.1用門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.2集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)第三頁(yè)，共五十五頁(yè)。①電路(diànlù)在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作(gōngzuò)特點(diǎn)：②在外來(lái)觸發(fā)(chùfā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);③由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)保持,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。8.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第四頁(yè)，共五十五頁(yè)。門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可(bùkě)重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點(diǎn)劃分第五頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.1.1用CMOS門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路(diànlù)CMOS與非門(mén)構(gòu)成(gòuchéng)的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

CMOS或非門(mén)構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

穩(wěn)態(tài)為1正脈沖觸發(fā)穩(wěn)態(tài)為0負(fù)脈沖觸發(fā)

第六頁(yè)，共五十五頁(yè)。電路(diànlù)處于一種穩(wěn)態(tài)：00110o=0c=0a)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，I=0設(shè)定CMOS反相器的閾值電壓工作(gōngzuò)原理：第七頁(yè)，共五十五頁(yè)。b)外加(wàijiā)觸發(fā)信號(hào)dd=VTH產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程：迅速使o1=

0o=1電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電容充電I210

-

+

31

vO1

vO

G2

G1

C

D

R

VDD

vI

vI2

vC

1

Rd

Cd

vd

1第八頁(yè)，共五十五頁(yè)。c)電容(diànróng)充電,電路(diànlù)由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)01I2I2=VTH產(chǎn)生如下(rúxià)正反饋過(guò)程：迅速使o1=

1o=0電容放電c=0vo2ˉ-vO1-vR-

vO1

vO

vI2

0

t

t

t

0

VTH

VDD

t1

t2

0

tw第九頁(yè)，共五十五頁(yè)。

tw≈0.7RC

（1）輸出(shūchū)脈沖寬度tw(2)恢復(fù)(huīfù)時(shí)間tretre3d

(3)最高工作頻率fmax

3、主要參數(shù)的計(jì)算(jìsuàn)

vC(0+)=0；vC()=VDD

=RC,VTH

=VDD/2

=RCln2

第十頁(yè)，共五十五頁(yè)。4.討論(tǎolùn)b)用TTL門(mén)電阻R的取值可以(kěyǐ)是任意的嗎？a)在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t=t2)瞬間，門(mén)G2的輸入(shūrù)電壓I2達(dá)到VDD+VTH，可能損壞G2門(mén)，怎么辦？采用TTL與非門(mén)構(gòu)成單穩(wěn)電路時(shí)，電阻R要小于0.7k。第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.1.2集成(jíchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)(chóngfù)觸發(fā)可重復(fù)(chóngfù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒(méi)有被重復(fù)觸發(fā)第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。

1.不可重復(fù)觸發(fā)(chùfā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)(chùfā)器74121觸發(fā)(chùfā)信號(hào)控制電路微分(wēifēn)型單穩(wěn)觸發(fā)器電路的連接：R：外接電阻或采用內(nèi)部電阻C：外接電容第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。輸出(shūchū)脈沖寬度：tw≈0.7RC電路(diànlù)的不可重復(fù)觸發(fā)特性

(1)工作(gōngzuò)原理在暫穩(wěn)態(tài)期間即使有觸發(fā)信號(hào)輸入，但由于G4門(mén)在此期間關(guān)閉，不會(huì)被再次觸發(fā)，電路屬于不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài):Q=1Q=01000第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL邏輯(luójí)功能表不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變A1、A2中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，在B端輸入上升沿時(shí)電路被觸發(fā)B

和A1、A2、中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平，輸入端有一個(gè)或兩個(gè)下降沿時(shí)電路被觸發(fā)第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)1.定時(shí)(dìnɡshí)

該電路(diànlù)可用于頻率計(jì)第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。

2.延時(shí)第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。4.組成噪聲消除(xiāochú)電路

單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號(hào)(xìnhào)脈寬，才可消除噪聲。如用I作為(zuòwéi)下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤.第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.2施密特觸發(fā)器8.2.2集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器8.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)

第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.2施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性及工作(gōngzuò)特點(diǎn)：①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當(dāng)輸入信號(hào)(xìnhào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。②電路有兩個(gè)閾值電壓。輸入信號(hào)(xìnhào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負(fù)閾值電壓（VT-）。同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)。1、電路(diànlù)組成2、工作(gōngzuò)原理I18.2.1用門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的施密特觸發(fā)器R1<R2I為三角波假定：第二十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。

108

6

4

2

0

vI/V

2

4

6

8

10

VOH≈VDD

vO/V

B

vI1001(1)I上升(shàngshēng)當(dāng)vI1=0，=0VvO正向閾值電壓(VT+):I值在增加過(guò)程中，使輸出電壓(diànyā)產(chǎn)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I的值。只要

I1

<VTH，則保持=0VOVTHυI1υo(2)當(dāng)=VTH，電路發(fā)生正反饋：υI1第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。vI1(3)

υI1VTH電路,維持不變?chǔ)設(shè)=VOH

,只要υI1>VTH，υI1(4)當(dāng)υI下降,

也下降則保持=VOHυo當(dāng)=VTH，電路產(chǎn)生如下正反饋：

υI1第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。vI1vovI第二十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.2.2集成(jíchénɡ)施密特觸發(fā)器

第二十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)

VT+VT_vT+vT-1.波形(bōxínɡ)變換第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。2.波形(bōxínɡ)的整形第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。vovI合理選擇(xuǎnzé)回差電壓，可消除干擾信號(hào)。3.消除(xiāochú)干擾信號(hào)第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。oυI4.幅度(fúdù)鑒別第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.3多諧振蕩器8.3.1由門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的多諧振蕩器8.3.2由門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的多諧振蕩器8.3.3用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形(bōxínɡ)產(chǎn)生電路第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)。開(kāi)關(guān)電路

RC延時(shí)環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本(jīběn)組成：開(kāi)關(guān)(kāiguān)器件：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲(yánchí)環(huán)節(jié)（RC電路）：利用RC電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，輸出電壓經(jīng)延時(shí)后,反饋到開(kāi)關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài),以獲得所脈沖波形輸出。概述8.3多諧振蕩器第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.3.1由CMOS門(mén)電路(diànlù)組成的多諧振蕩器

1.電路(diànlù)組成

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VC組成(zǔchénɡ)的多諧振蕩器

υo1=1,υo=0時(shí),電容充電,υI增加;υo1=0,υo=1時(shí),電容放電,υI下降;υo1與υo反相,電容接在υo與υI之間:第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。2.工作(gōngzuò)原理假定電路初態(tài)：=1vO1=0vOvI=0V電容(diànróng)充電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速(xùnsù)使G1導(dǎo)通、G2截止電路進(jìn)入第二暫態(tài)=0vO1=1vO（1）第一暫穩(wěn)態(tài)（初態(tài)）電容充電，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第二暫穩(wěn)態(tài)vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。（2）第二暫穩(wěn)態(tài)電容放電(fàngdiàn)，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容(diànróng)放電vCvIvI當(dāng)=VTH時(shí)，迅速(xùnsù)使得G1截止、G2導(dǎo)通電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)υO(shè)=0υO(shè)1=1

2.工作原理vIvO1vO第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。

T＝RC1n4≈1.4RC

由門(mén)電路組成(zǔchénɡ)的多諧振蕩器的振蕩周期T取決于R、C電路和VTH，頻率穩(wěn)定性較差。3.振蕩周期的計(jì)算(jìsuàn)vI(0+)0；vC()

VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)

VDD；vC()0

=RC,t=t3-t2T2:第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0tCvovIR18.3.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成(gòuchéng)波形產(chǎn)生電路第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.3.3石英(shíyīng)晶體振蕩器1、石英(shíyīng)晶體電路符號(hào)和選頻特性電路符號(hào)阻特性fXf0電感性電容性電容性當(dāng)f=f0時(shí),電抗(diànkàng)

X=0第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。2、石英(shíyīng)晶體振蕩器R:使G1工作(gōngzuò)在線性區(qū)C1:耦合電容(diànróng)C2:抑制高次諧波第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。CPQf1f23、雙相脈沖產(chǎn)生(chǎnshēng)電路第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用(yìngyòng)8.4.1555定時(shí)器8.4.2用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)施密特觸發(fā)器

8.4.3用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)。555定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模(guīmó)集成電路,廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。8.4555定時(shí)器及其應(yīng)用(yìngyòng)電阻(diànzǔ)分壓器電壓比較器基本SR鎖存器輸出緩沖反相器集電極開(kāi)路輸出三極管TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G1、電路結(jié)構(gòu)8.4.1555定時(shí)器第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。2、工作(gōngzuò)原理不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。3、555定時(shí)器功能表不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.4.2用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)施密特觸發(fā)器vI如何改變電路(diànlù)的閾值電壓和回差電壓?第四十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(yìngyòng)①波形(bōxínɡ)變換VT+VT_電路(diànlù)的頻率可變?占空比可變?如何改變占空比?回差電壓減小,占空比如何變化?第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.4.3用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、電路(diànlù)VCCvI第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。②外加觸發(fā)信號(hào)(xìnhào)，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1③觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電電路自動(dòng)(zìdòng)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)輸出為0①?zèng)]有觸發(fā)信號(hào)時(shí)(υi)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

13VCCVCCvI第四十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。tw=RC1n3≈1.1RC

4、）工作波形及輸出(shūchū)脈寬的計(jì)算電路(diànlù)是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)?如將5腳接電壓V,電路的脈寬會(huì)改變嗎?V增加(zēngjiā),脈寬如何改變?減小?第四十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。

①脈沖(màichōng)寬度調(diào)制器工作(gōngzuò)波形555組成(zǔchénɡ)的單穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用:第四十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。②用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第五十頁(yè)，共五十五頁(yè)。8.4.4用555定時(shí)器組成(zǔchénɡ)多諧振蕩器1、電路(diànlù)組成R1R2

TC1C2+--+(4)RS&5k

5k

5k

&&1RD