2022年医学专题-第八章脉冲波形的产生与整形

第九章

脉冲(màichōng)波形

的产生与变换第一页，共三十二页。《电子技术(jìshù)基础》精品课程（一）555定时器的电路(diànlù)结构一.集成(jíchénɡ)555定时器电压(diànyā)比较器的功能：v+>v-，vO=1v+<v-，vO=0由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器

C1和C2。第二页，共三十二页。（3）基本(jīběn)RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。电路符号第三页，共三十二页。（二）工作(gōngzuò)原理（1）4脚为复位输入端（RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的(duāndì)状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。1/3VCC2/3VCC第四页，共三十二页。（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制(kòngzhì)比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。1/3VCC2/3VCC阈值输入阈值输入复位输出vI1vI2RDvo×＜2/3VCC＞2/3VCC＜2/3VCC×＜1/3VCC＞1/3VCC＞1/3VCC0111010不变功能表第五页，共三十二页。二.施密特触发器施密特触发器——具有(jùyǒu)回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。（一）用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理1/3VCC2/3VCC第六页，共三十二页。电路符号第七页，共三十二页。2.电压(diànyā)滞回特性和主要参数（2）主要静态参数（a）上限阈值电压VT+vI上升过程中，输出电压(diànyā)vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VT—vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT—=1/3VCC。（3）回差电压ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（1）电压(diànyā)滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT—ΔVTVT+VT—ΔVT第八页，共三十二页。电路符号O2vtO1vtVCC2vO1第九页，共三十二页。（二）集成(jíchénɡ)施密特触发器2.TTL集成(jíchénɡ)施密特触发器74LS14

1.CMOS集成(jíchénɡ)施密特触发器CC40106第十页，共三十二页。（三）施密特触发器的应用(yìngyòng)举例1.用作接口电路——将缓慢变化的输入(shūrù)信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。2.用作整形电路——把不规则的输入信号(xìnhào)整形成为矩形脉冲。输入输出VT+VT-第十一页，共三十二页。

3.用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号(xìnhào)中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。

第十二页，共三十二页。0vctvo0t三.多谐振荡器多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。（一）用555定时器构成的多谐振荡器1.电路(diànlù)组成及工作原理2/3VCC1/3VCC第十三页，共三十二页。555组成(zǔchénɡ)多谐振荡器第十四页，共三十二页。2.振荡频率(pínlǜ)的估算（1）电容(diànróng)充电时间T1：（用三要素法计算）（2）电容(diànróng)放电时间T2（3）电路振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比q（4）电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC第十五页，共三十二页。（二）占空比可调的多谐振荡器电路(diànlù)

利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电(fàngdiàn)回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。

可计算(jìsuàn)得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：第十六页，共三十二页。（三）石英(shíyīng)晶体多谐振荡器有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身(běnshēn)的特性决定：fs≈fp≈f0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。1.石英(shíyīng)晶体的选频特性X感性0容性第十七页，共三十二页。2.石英(shíyīng)晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。

对于(duìyú)TTL门，常取R1=R2=0.7～2kΩ，对于CMOS门，常取R1=R2=10～100MΩ；C1=C2是耦合电容。

石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率=f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。第十八页，共三十二页。（2）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。

晶体工作在略大于fS与fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容(diànróng)三点式振荡电路。电路的振荡频率=f0。反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。第十九页，共三十二页。四.单稳态触发器单稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态(zhuàngtài)维持一段时间后，自动返回到稳态。（1）无触发信号输入时电路(diànlù)工作在稳定状态当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（一）用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作(gōngzuò)原理第二十页，共三十二页。（2）vI下降沿触发(chùfā)当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。第二十一页，共三十二页。第二十二页，共三十二页。（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数τ1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前(zhīqián)，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回时间——当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新(chóngxīn)转入稳态。（5）恢复过程——当暂稳态结束后，C通过饱和导通的T放电，时间常数τ2=RCESC，由于(yóuyú)RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。第二十三页，共三十二页。2.主要参数估算(ɡūsuàn)(1)输出脉冲宽度(kuāndù)Tw（用三要素法计算）（2）恢复时间(shíjiān)tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作频率fmax

vI周期的最小值：

Tmin=tW＋tre

最高工作频率:TTW第二十四页，共三十二页。（二）集成(jíchénɡ)单稳态触发器74121A1、A2是下沿有效的触发(chùfā)信号输入端，B是上沿有效的触发(chùfā)信号输入端。保持稳态010101010×1×01××011×下沿触发1↓1↓11↓↓1上沿触发工作特征vOvO输出0×↑×0↑A1A1B输入74121功能表第二十五页，共三十二页。集成单稳态触发器74121的外部元件连接(liánjiē)方法:（b）使用内部(nèibù)电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。（a）使用外部电阻Rext且电路(diànlù)为下降沿触发的连接方式。第二十六页，共三十二页。74121的主要参数

(1)输出脉冲宽度tW

使用外接电阻(diànzǔ)：tW≈0.7RextC使用内部电阻：tW≈0.7RintC74121内部电阻=2kΩ，外接电阻Rext可在1.4～40kΩ之间选择，外接电容C可在10pF～10μF之间选择，（2）输入触发脉冲最小周期Tmin

Tmin=tW＋tre（3）周期性输入触发脉冲占空比q定义：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin所以，当R=2kΩ时，最大占空比qmax为67%；当R=40kΩ时，最大占空比qmax可达90%。第二十七页，共三十二页。（三）单稳态触发器的应用(yìngyòng)1.延时与定时(dìnɡshí)（1）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后(zhìhòu)了时间tW。（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。第二十八页，共三十二页。

2.整形(zhěngxíng)单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同(xiānɡtónɡ)的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。第二十九页，共三十二页。3.触摸定时控制(kòngzhì)开关555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间(yèjiān)定时照明，定时时间可由RC参数调节。第三十页，共三十二页。本章(běnzhānɡ)小结1．多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2．施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3．555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外(yǐwài)，还可以接成各种