2022年医学专题—第8章脉冲波形的产生与整形课件

1、2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形矩形脉冲波常作为时钟信号。波形的好坏直接矩形脉冲波常作为时钟信号。波形的好坏直接关系到电路关系到电路(dinl)能否正常工作。为了定量描述矩能否正常工作。为了定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所示参数。形脉冲波，通常采用如图所示参数。 trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脉冲波形参数脉冲波形参数一些一些(yxi)基本概念基本概念第一页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形 脉冲宽度脉冲宽度Tw从脉冲波形上升沿上升到从脉冲波形上升沿上升到0.5Vm起到下降起到下降(xijing)沿下降沿下降(xijing)到到0.5Vm止的

2、时间。止的时间。上升时间上升时间tr脉冲波形的上升沿从脉冲波形的上升沿从0.1Vm上升到上升到0.9Vm所所需时间。需时间。下降时间下降时间tf脉冲波形的下降沿从脉冲波形的下降沿从0.9Vm下降下降 到到0.1Vm所需时间。所需时间。占空比占空比q脉冲宽度脉冲宽度Tw与脉冲周期与脉冲周期T之比即之比即 TTqwtrtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脉冲波形参数脉冲波形参数第二页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形脉冲周期脉冲周期T周期性重复的脉冲序列中，周期性重复的脉冲序列中，相邻两个相邻两个(lin )脉冲间的时间间隔。脉冲间的时间间隔。脉冲频率脉冲频率f频率频

3、率f表示单位时间内脉冲重表示单位时间内脉冲重复的次数，复的次数，脉冲幅度脉冲幅度Vm脉冲波形的电压最大变化幅脉冲波形的电压最大变化幅度。度。Tf1第三页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形集成集成555定时器的用途很广，有双极型（型定时器的用途很广，有双极型（型号最后三位为号最后三位为555）和）和CMOS型（型号最后型（型号最后四位为四位为7555）两类电路。它们的功能、外引）两类电路。它们的功能、外引线排列完全相同。在测量与控制、家用电器线排列完全相同。在测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛的应用。和电子玩具等许多领域得到了广泛的应用。 5G555定时器的

4、电路组成定时器的电路组成(z chn)及工作原理及工作原理集成集成555定时器的应用定时器的应用第四页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形图图8-1为双极型为双极型5G555定时器的原理电路定时器的原理电路(dinl)(dinl)和引脚排和引脚排列图。列图。 V-C12348765+VCCD THGNDTLOUTR5G5553图图8-1集成集成(j chn)5G555定时器原理定时器原理图图第五页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形电阻电阻(dinz)分压分压器器比较比较(bjio)器器基本基本(jbn)RS触发触发器器三极管三极管开关开关输出缓冲器输出

5、缓冲器555定时器基本结构定时器基本结构第六页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形分压器分压器 分压器由三个阻值均为分压器由三个阻值均为5k的电阻串联连接构成，为比较器的电阻串联连接构成，为比较器C1、C2提供参考电压提供参考电压VR 1、VR 2，C1的同相输入端的同相输入端V+=VR1=2VCC/3。C2的反相输入端的反相输入端V-=VR2=VCC/3。如果在电。如果在电压控制端压控制端5另加控制电压，可以改变另加控制电压，可以改变(gibin)比较器比较器C1、C2参参考电压考电压VR1、VR2的值。若工作中不使用控制端的值。若工作中不使用控制端5时，则控时，则控制端

6、制端5通过一个通过一个0.01F的电容接地，以旁路高频干扰。的电容接地，以旁路高频干扰。 分压器上端分压器上端8接接VCC，下端，下端1接地。接地。第七页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形比较比较(bjio)(bjio)器器 C1和和C2是两个比较器。分别由集成运算是两个比较器。分别由集成运算(yn sun)放大器构成。放大器构成。C1的同相输入端的同相输入端“+”接到参考电压接到参考电压VR1端上，即电压控制端上，即电压控制端端5，反相控制端，反相控制端“-”用用TH表示，称为高触发端表示，称为高触发端6；C2的反相的反相输入端输入端“-”接参考电压端接参考电压端VR2

7、端上，同相输入端端上，同相输入端“+”用用TL表表示，称为低触发端示，称为低触发端2。 当同相输入端电压当同相输入端电压V+大于反相输入端电压大于反相输入端电压V-(V+V-)时，比时，比较器输出为高电平；若同相输入端电压较器输出为高电平；若同相输入端电压V+小于反相输入端电小于反相输入端电压压V-(V+2VCC/3时，即时，即V-V+，vC1=0， =1，vo=0，T导通；若导通；若THVCC/3时，则时，则vC1=1、vC2=1，基本，基本RS触发触发器保持原来状态不变，因此输出器保持原来状态不变，因此输出vo和三极管和三极管T保持原来状态；保持原来状态；当当TH2VCC/3,TLR时，时

8、， 振荡周期为：振荡周期为：T2.2RC上式可用于近似估计振上式可用于近似估计振荡周期荡周期.使用时应注意它使用时应注意它的假定条件的假定条件(tiojin)是否满是否满足足,否则否则,计算结果会有较计算结果会有较大的误差。大的误差。ttttVTVT-(VOH-VOL)VT+(VOH-VOL)VOHVOLvO（vI1）vO1vO2vI3（vI2）0000图图8-13 RC环形环形(hun xn)振荡器理想工作波形振荡器理想工作波形第五十四页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形(三三) 石英石英(shyng)晶体多谐振荡器晶体多谐振荡器 在许多应用场合都对多谐振荡器的振荡频率

9、稳定性有严格的要在许多应用场合都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。例如多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，要求频率十求。例如多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，要求频率十分稳定。分稳定。 上述多谐振荡器中，振荡频率主要取决于门电路的输入电上述多谐振荡器中，振荡频率主要取决于门电路的输入电压上升到转换电平（阈值电压）所需要的时间，所以频率压上升到转换电平（阈值电压）所需要的时间，所以频率的稳定性不可能很高。第一，转换电平本身就不够稳定，的稳定性不可能很高。第一，转换电平本身就不够稳定，容易受电源和温度容易受电源和温度(wnd)变化的影响；第二，电路的工作方变化的影响；第二，电路的工作方式

10、容易受干扰，造成电路状态转换的提前或滞后；第三，式容易受干扰，造成电路状态转换的提前或滞后；第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。因此在对频率要求很高时，必须采取稳频措施。因此在对频率要求很高时，必须采取稳频措施。第五十五页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形目前，普遍采用的稳频目前，普遍采用的稳频方法是在多谐振荡器中方法是在多谐振荡器中接入石英晶体组成石英接入石英晶体组成石英晶体多谐振荡器。图晶体多谐振

11、荡器。图8-14 为石英晶体的阻抗为石英晶体的阻抗(zkng)频率特性和符号。频率特性和符号。石英晶体不但频率特性石英晶体不但频率特性稳定，而且品质因数很稳定，而且品质因数很高，有极好的选频特性。高，有极好的选频特性。ff0 x0电电感感性性电电容容性性符号符号图图8-14 石英晶体的阻抗频率石英晶体的阻抗频率 特性与符号特性与符号第五十六页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3图图8-15 石英晶体环形振荡器石英晶体环形振荡器CRSR石英晶体石英晶体 把石英晶体把石英晶体与与RC多谐多谐振荡器中的振荡器中的电容串联电容串联(ch

12、unlin)起来起来就构成了石就构成了石英晶体多谐英晶体多谐振荡器。振荡器。第五十七页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形由石英晶体的电抗频率特性可知，当外加由石英晶体的电抗频率特性可知，当外加(wiji)电压的电压的频率为频率为f0时，其等效阻抗最小，所以频率为时，其等效阻抗最小，所以频率为f0的电压信号最容的电压信号最容易通过，并在电路中形成正反馈。因此振荡器的工作频率易通过，并在电路中形成正反馈。因此振荡器的工作频率为为f0。石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率振频率f0，与外接电阻、电容无关。其工作原理与

13、，与外接电阻、电容无关。其工作原理与RC环形多环形多谐振荡器基本相同。谐振荡器基本相同。第五十八页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形(四四) 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的暂稳态是靠单稳态触发器的暂稳态是靠RC电路的充放电路的充放电过程来维持的，根据电过程来维持的，根据RC电路的不同接法，电路的不同接法，可分为微分型和积分型。可分为微分型和积分型。以以TTL与非门、与非门、RC微分电路构成的单稳态微分电路构成的单稳态触发器为例说明其工作触发器为例说明其工作(gngzu)原理。原理。第五十九页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形1. TTL与非门

14、微分与非门微分(wi fn)型单稳态触发器型单稳态触发器在基本在基本RS触发器中触发器中插入一个插入一个(y )RC微微分电路环节就构成分电路环节就构成了单稳态触发器，了单稳态触发器，如图如图8-16所示。所示。图图8-16 单稳态触发器单稳态触发器0.47kvIvO1vOvI2C0.01FRG1G2第六十页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形 电路接通电源后电路接通电源后,无脉冲无脉冲(michng)触发信号触发信号(vI=1)输入时输入时,电路电路处于稳态。处于稳态。G1门开通，门开通，vO1=0，G2门关闭门关闭vO=1。在输入端加入负脉冲信号后，在输入端加入负脉冲信

15、号后，vO1=1。由于。由于C上电压不能上电压不能突跳，则突跳，则vI2随随vO1上跳并大于上跳并大于VT (VT=1.4V)值，使值，使G2门开通，门开通，vO=0。电路由稳态翻转到暂稳态。电路由稳态翻转到暂稳态。第六十一页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形在暂稳态期间，由于在暂稳态期间，由于vO1不断地给电容器不断地给电容器C充电，电容器上的充电，电容器上的电压电压vC不断升高，而使不断升高，而使vI2逐渐下降。当逐渐下降。当vI2下降到小于阈值下降到小于阈值电压电压VT时，时，G2门又关闭，门又关闭，vO=1。此时输入负触发脉冲早已。此时输入负触发脉冲早已消失，消失

16、，vI为高电平。则为高电平。则G1又开始导通，又开始导通，vO1=0，vI2随之下跳随之下跳为负值，然后为负值，然后C开始放电，使开始放电，使vI2恢复到正常的低电平。电路处恢复到正常的低电平。电路处于于(chy)稳态。其工作波形如图稳态。其工作波形如图8-17所示。所示。第六十二页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形tttt0000vOVTvI2vO1vI图图8-17单稳态触发器工作波形单稳态触发器工作波形输出脉冲宽度输出脉冲宽度(kund)Tw近似计算：近似计算：Tw0.8(RO+R)C公式中的公式中的RO为与非为与非门的输出电阻，门的输出电阻，RO100。第六十三页，

17、共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形2.单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)脉冲脉冲(michng)整形整形脉冲定时脉冲定时 脉冲延时脉冲延时第六十四页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形脉冲脉冲(michng)整形整形 单稳态触发器输出脉冲单稳态触发器输出脉冲的幅度和宽度是确定的幅度和宽度是确定(qudng)的，利用这一性的，利用这一性质，可将宽度和幅度不质，可将宽度和幅度不规则的脉冲串，整形为规则的脉冲串，整形为宽度和幅度一定的脉冲宽度和幅度一定的脉冲串，如图串，如图8-18所示。所示。 tvI0tvO0图图8-18 脉冲波形脉冲波形第

18、六十五页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形脉冲脉冲(michng)定时定时 由于单稳态触发器能产生一定宽度由于单稳态触发器能产生一定宽度(kund)Tw的矩形输出脉的矩形输出脉冲，利用这个脉冲去控制某电路，使其在冲，利用这个脉冲去控制某电路，使其在Tw时间内动时间内动作（或不动作），起到了定时作用。例如，利用脉冲宽度作（或不动作），起到了定时作用。例如，利用脉冲宽度为为Tw的正矩形脉冲作为门输入的信号的正矩形脉冲作为门输入的信号vB，而与门的另一个，而与门的另一个输入端信号为输入端信号为vA。只有当矩形波。只有当矩形波vB为为1的的Tw时间内，信号时间内，信号vA才能通过

19、与门，输出才有脉冲，如图才能通过与门，输出才有脉冲，如图8-19所示。所示。第六十六页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形 单稳电路单稳电路vAvBvOvI(a)逻辑图逻辑图vOvIvBvA(b)波形图波形图图图8-19 脉冲定时电路脉冲定时电路Tw第六十七页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形脉冲脉冲(michng)延延时时 Tw时间时间(shjin)，称这个时间为称这个时间为延时。逻辑图延时。逻辑图和波形图如图和波形图如图8-20所示。所示。单稳电路单稳电路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt图图8-20脉冲延时脉冲延时(a)逻辑图逻辑图(b)波

20、形图波形图第六十八页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形3. 施密特触发器施密特触发器 TTL与非门构成的施与非门构成的施密特触发器密特触发器图图8-21是三个是三个TTL与与非门和一个二极管构非门和一个二极管构成的施密特触发器门成的施密特触发器门G1为反相器为反相器,门门G2、G3组成基本组成基本RS触发器，触发器，二极管二极管D起电平起电平(din pn)偏移作用。偏移作用。RSQQG1G2G3vIvOD图图8-21 施密特电路施密特电路第六十九页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形下图是下图是vI为三角为三角(snjio)波时输出波时输出vO随随v

21、I变化的波形图。变化的波形图。VOHVOLVT+=1.4VVT-=0.7VvOtt00图图8-22 工作波形图工作波形图第七十页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形4. 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)波形波形(b xn)的变换与整的变换与整形形幅度鉴别幅度鉴别脉冲展宽电路脉冲展宽电路第七十一页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形波形的变换波形的变换(binhun)与整形与整形 利用施密特触发器可以将正弦波、三角波变换利用施密特触发器可以将正弦波、三角波变换(binhun)成成矩形波。如图矩形波。如图8-23所示所示 vIvOVT+V

22、T-图图8-23波形变换和整形波形变换和整形第七十二页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形幅度幅度(fd)鉴别鉴别 施密特触发器的输出状态取决于输入信号施密特触发器的输出状态取决于输入信号vI的幅度，因此它可以用来作为幅度鉴别的幅度，因此它可以用来作为幅度鉴别(jinbi)电路。只有当脉冲信号电路。只有当脉冲信号vI的幅度大于的幅度大于VT+的脉冲，电路才输出一个脉冲，而幅的脉冲，电路才输出一个脉冲，而幅度小于度小于VT+的脉冲，电路无输出脉冲，其的脉冲，电路无输出脉冲，其工作波形图如图工作波形图如图8-24所示。所示。第七十三页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形vIvOVT+VT-图图8-24幅度鉴别波形幅度鉴别波形幅度(fd)鉴别 第七十四页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形脉冲展宽脉冲展宽(zhn kun)电路电路 脉冲脉冲(michng)展宽电路原理图、工作波形图展宽电路原理图、工作波形图如图如图8-25(a)、(b)图所示。图所示。VCCvIvOG1RCvC (a) 原理图原理图vIvOvCVT+(b)波形图波形图图图8-25脉冲展开电路脉冲展开电路第七十五页，共八十页。2022年医学专题第8章脉冲波形的产生与整形电容器电容器C与集电极开路反相器的输出端并联与集电极开