2022年医学专题-第6章脉冲波形的产生与整形

脉冲(màichōng)波形的产生与整形1

概述(ɡàishù)

2555定时器3

单稳态触发器4

施密特触发器5

多谐振荡器第一页，共四十七页。1概述(ɡàishù)一、脉冲(màichōng)信号

脉冲是脉动和短促的意思，凡是(fánshì)具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲信号。(a)矩形波(b)方波(c)尖脉冲(d)锯齿波第二页，共四十七页。1概述(ɡàishù)

在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。获取这些(zhèxiē)脉冲信号的方法通常有两种：①脉冲产生电路直接产生；②利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路——单稳态触发器施密特触发器；脉冲产生电路——多谐振荡器；多用途的定时电路——555定时器。第三页，共四十七页。1概述(ɡàishù)二、脉冲(màichōng)信号的参数trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脉冲信号的主要参数脉冲幅度脉冲(màichōng)周期脉冲宽度上升时间下降时间占空比D－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，D＝tW/T

。第四页，共四十七页。1概述(ɡàishù)三、脉冲产生(chǎnshēng)电路的暂态分析脉冲波形(bōxínɡ)产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。①开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。②充电暂态过程结束后，流过电容器的电流iC(∞)为0，即电容器相当于开路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR第五页，共四十七页。④令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历的时间tW（脉冲宽度(kuāndù)）可用下式计算：③电路(diànlù)的时间常数τ=RC，τ决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为1概述(ɡàishù)tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC第六页，共四十七页。一、555定时器的电路(diànlù)结构2555定时器555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。

双极型产品型号最后数码(shùmǎ)为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同。TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu第七页，共四十七页。2555定时器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.分压器电压(diànyā)控制端①5脚悬空时，，；②5脚外接控制电压UCO时，。注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01µF的电容(diànróng)接地，以抑制干扰。第八页，共四十七页。2555定时器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.电压(diànyā)比较器U+≥U-时，Ci＝1；U+＜U-时，Ci＝0。

阈值(yùzhí)输入端触发(chùfā)输入端3.基本RS触发器/R/SQn+100不定01010111Qn异步清零端第九页，共四十七页。2555定时器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu4.放电(fàngdiàn)三极管VT是一个集电极开路(kāilù)的放电三极管。当uO＝0时，VT导通；当uO＝1时，VT截止。

第十页，共四十七页。二、555定时器的功能(gōngnéng)2555定时器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1/RQQG2/SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5脚不外接控制(kòngzhì)电压。

定时器的主要功能取决于两个比较器输出(shūchū)对RS触发器和放电管VT状态的控制。第十一页，共四十七页。2555定时器不变不变1导通01截止11导通0××0VTuOu2u6输出输入555定时器功能表5脚不接控制电压，则，。第十二页，共四十七页。3单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的脉冲(màichōng)整形电路，简称单稳。由外界(wàijiè)触发自动(zìdòng)返回稳定状态稳定状态暂稳态恢复期工作特性：①它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；②在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；③暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。第十三页，共四十七页。3单稳态触发器一、门电路构成(gòuchéng)的单稳态触发器≥11VDDCdRdRCvdvo1vovi2第十四页，共四十七页。3单稳态触发器二、555定时器构成(gòuchéng)的单稳态触发器48762315uCCuouIRUCC0.01μF5555脚经过0.01µF电容接地，则，。第十五页，共四十七页。3单稳态触发器1.工作(gōngzuò)原理①稳态：

无触发信号时，uI为高电平。电容(diànróng)先充电后放电，当uC＝0时，电路进入稳态：uO＝0。第十六页，共四十七页。②暂稳态：u2触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂稳态，uO＝1。当时，uO＝0，暂稳态结束。3单稳态触发器1.工作(gōngzuò)原理第十七页，共四十七页。③恢复期：

VT导通，电容C迅速(xùnsù)放电，直到使uC≈0，电路又恢复到稳态。3单稳态触发器1.工作(gōngzuò)原理第十八页，共四十七页。3单稳态触发器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01μF555波形图

电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求(yāoqiú)，它必须小于tW。若输入触发脉冲宽度大于tW时，应在u2输入端加入微分电路。第十九页，共四十七页。因此(yīncǐ)可得3单稳态触发器2.输出(shūchū)脉冲宽度tW

输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压从0充电到所需的时间。根据电容C的充电过程可知：

上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，且成正比关系(guānxì)，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节R、C的大小，即可方便地改变tW。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。第二十页，共四十七页。3单稳态触发器三、单稳态触发器的应用(yìngyòng)1.脉冲(màichōng)整形IutWOu

单稳态触发器能够把输入(shūrù)的不规则脉冲信号uI，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于定时元件R和C。单稳态触发器的整形波形第二十一页，共四十七页。3单稳态触发器2.脉冲(màichōng)延时

脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成(wánchéng)。延时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）单稳态触发器的延时波形(bōxínɡ)第二十二页，共四十七页。3单稳态触发器3.定时(dìnɡshí)

由于(yóuyú)单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时(dìnɡshí)波形第二十三页，共四十七页。4施密特触发器施密特触发器是又一种(yīzhǒnɡ)常用的脉冲信号整形电路。工作(gōngzuò)特性：①具有两个稳态；②属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生(fāshēng)突变；③输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。uo0U－U+uI电压传输特性①输入信号上升时对应的转换电平U+

，称为正向阈值电压；②输入信号下降时对应的转换电平U－

，称为负向阈值电压；③差值ΔU＝U+－U-，称为回差电压。第二十四页，共四十七页。4施密特触发器一、门电路构成(gòuchéng)的施密特触发器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-第二十五页，共四十七页。反向(fǎnxiànɡ)输出施密特触发器4施密特触发器二、555定时器构成(gòuchéng)的施密特触发器1.电路结构和逻辑(luójí)符号846210.01µF3UCCuIuo5555第二十六页，共四十七页。uot00uI13UCC23UCCtU-­U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特触发器5脚经过0.01µF电容接地，则，。第二十七页，共四十七页。uot00uI13UCC23UCCtU-­U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特触发器(1)上升过程：①时，uO＝1；②时，uO保持不变；③时，输出翻转uO＝0。第二十八页，共四十七页。uot00uI13UCC23UCCtU-­U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特触发器(2)下降过程：①时，uO＝0；②时，uO保持不变；③时，输出翻转uO＝1。第二十九页，共四十七页。综之：①当5脚不接控制电压时，②当5脚接控制电压UCO时，比较电压变为UCO和（1/2）UCO，

uot00uI13UCC23UCCtU-­U+uOHuOL2.工作(gōngzuò)原理4施密特触发器第三十页，共四十七页。4施密特触发器三、施密特触发器的应用(yìngyòng)1.波形(bōxínɡ)变换

施密特触发器可以将边沿变化缓慢(huǎnmàn)的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。第三十一页，共四十七页。4施密特触发器2.波形(bōxínɡ)整形

施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若适当(shìdàng)增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)第三十二页，共四十七页。

从一系列幅度不同的脉冲信号(xìnhào)中选出幅度大于正向阈值电压U+的输入脉冲，即对幅度进行鉴别。4施密特触发器3.幅度(fúdù)鉴别uIU+U-t0uo0t同向输出(shūchū)施密特触发器第三十三页，共四十七页。4施密特触发器4.构成(gòuchéng)多谐振荡器工作原理：电容上初始(chūshǐ)电压为零，即uI＝0，则uO＝1，并经R向C充电，当充至uI＝U+时，输出翻转uO＝0。电容C又经R进行放电，当放电至uI＝U-时，输出翻转uO＝1。第三十四页，共四十七页。5多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生(chǎnshēng)电路。工作(gōngzuò)特性：①无稳态，具有两个暂稳态；②自激振荡器－－在接通电源后，不需外加触发(chùfā)信号，便能自动产生矩形脉冲；③矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波－－故称为多谐振荡器。自动触发自动返回暂稳态0暂稳态1暂稳态0第三十五页，共四十七页。5多谐振荡器一、门电路构成(gòuchéng)的多谐振荡器1vo1RCvivo1第三十六页，共四十七页。5多谐振荡器二、555定时器构成(gòuchéng)的多谐振荡器1.电路(diànlù)结构48762315CUCCR1R2555uo0.01µFuC第三十七页，共四十七页。5多谐振荡器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.工作(gōngzuò)原理

接通电源后，电容C来不及充电，uc＝0，则uO＝1(第一个暂稳态)，VT截止(jiézhǐ)。这时Ucc经R1和R2向C充电，当充至uc＝2/3Ucc时，输出翻转uO＝0(第二个暂稳态)，VT导通；这时电容C经R2和VT放电，当降至uc＝1/3Ucc时，输出翻转uO＝1。第三十八页，共四十七页。5多谐振荡器3.参数(cānshù)的估算①电容(diànróng)充电时间T1：②电容放电(fàngdiàn)时间T2：③电路振荡周期T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T第三十九页，共四十七页。④电路振荡(zhèndàng)频率f：通过改变(gǎibiàn)R、C的参数可改变振荡周期和振荡频率。⑤输出(shūchū)波形占空比D：5多谐振荡器若R2>>R1，则D≈1/2，即输出为对称方波。（D≥50％）第四十页，共四十七页。5多谐振荡器4.改进(gǎijìn)电路－－占空比可调的多谐振荡器

利用二极管的单向(dānxiànɡ)导电性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个可调电位器RW，便可构成占空比可调的多谐振荡器。①电容(diànróng)充电时间T1：

T1＝0.7R1C②电容放电时间T2：

T2＝0.7R2C④输出波形占空比D：③电路振荡周期T：

T＝T1+T2＝0.7(R1+R2)C若R1=R2，则D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01µFCVD2VD151第四十一页，共四十七页。5多谐振荡器5.555定时器构成(gòuchéng)的振荡器应用实例－－模拟声响发生器

将振荡器A的输出电压uo1，接到振荡器B中555定时器的复位端（4脚）。当uo1为高电平时振荡器B振荡，当uo1为低电平时555定时器复位，振荡器B停止振荡。这样(zhèyàng)，扬声器便发出“呜…呜”的间歇声响。84762351555A0.01µFCR1AR2A847623155550.01µFCR1BR2BRduo18Ωuo25µFUCCuo1uo2(a)(b)B第四十二页，共四十七页。

当频率为谐振频率f0时，石英晶体(jīngtǐ)的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频率信号均被衰减掉。－－晶体的选频特性极好。

为了提高振荡器的频率(pínlǜ)稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。5多谐振荡器三、石英(shíyīng)晶体多谐振荡器555构成的多谐振荡器的特