医学专题—节-脉冲波形的变换跟产生新课件

1、医学专题节-脉冲波形的变换跟产生新8.1 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器施密特触发器8.3 多多谐振荡器谐振荡器8.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)8 脉冲波形脉冲波形(b xn)的变换与产生的变换与产生第一页，共五十五页。4 4、掌握由、掌握由555555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作路、工作(gngzu)(gngzu)原理及外接参数及电路指标的计算。原理及外接参数及电路指标的计算。1 1、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作发器

2、的电路组成及工作(gngzu)(gngzu)原理。原理。2 2、掌握多谐、单稳、施密特触发器、掌握多谐、单稳、施密特触发器MSIMSI器件的逻辑器件的逻辑功能功能(gngnng)(gngnng)及主要指标计算。及主要指标计算。3 3、掌握、掌握555555定时器的工作原理。定时器的工作原理。教学基本要求教学基本要求第二页，共五十五页。8.1单稳态触发器单稳态触发器8.1.1 用门电路组成用门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器8.1.2 集成集成(j chn)单稳态触发器单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)第三页，共五十五页。

3、电路在没有电路在没有(mi yu)(mi yu)触发信号作用时处于一种稳定状态。触发信号作用时处于一种稳定状态。单稳态触发器的工作单稳态触发器的工作(gngzu)(gngzu)特特点：点： 在外来触发在外来触发(chf)(chf)信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态态; ; 由于电路中由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持延时环节的作用，暂稳态不能长保持,经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间仅取与持续时间仅取与RC参数值有关。参数值有关。8.1单稳态触发器单稳态触发器第四页，共五十五页。 门电

4、路组成(z chn)的单稳态触发器MSI集成(j chn)单稳态触发器不可重复不可重复(chngf)(chngf)触发触发单稳态触发器单稳态触发器可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器用555定时器组成的单稳态触发器按电路形式不同按电路形式不同单稳态触发器的单稳态触发器的分类分类工作特点划分工作特点划分第五页，共五十五页。8.1.1 用用CMOS门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器 1. 1. 电路电路(dinl)(dinl)CMOS与非门构成与非门构成(guchng)的微分型的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微

5、分型单稳态触发器单稳态触发器 稳态为稳态为1正脉冲触发正脉冲触发稳态为稳态为0负脉冲触发负脉冲触发 R vO G2 & C D vI2 vC 1 Rd vI Cd G1 vd vO1 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 第六页，共五十五页。电路电路(dinl)处于一种稳态：处于一种稳态： 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 00 01 11 10 0 o =0 c =0a)没有触发信号时，没有触发信号时， I=0设定设定CMOS反相器的阈值电压反相器的阈值电压2THDDV

6、V 工作工作(gngzu)原理：原理：第七页，共五十五页。b)b)外加外加(wiji)(wiji)触发信号触发信号 d d =VTH产生如下正反馈过程：产生如下正反馈过程： vO vI vO1 vI2 迅速使迅速使 o1 = 0 o =1 vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 电容充电电容充电 I21 10 0 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 1第八页，共五十五页。c)c)电容电容(dinrng)(dinrng)充电充电, ,电路由暂稳态自动

7、电路由暂稳态自动(zdng)(zdng)返回到稳态返回到稳态 1 vO1 vO G2 G1 C D R VDD vI vI2 vC 1 Rd Cd vd 0 01 1 I2 I2 =VTH产生产生(chnshng)如下正反馈过程：如下正反馈过程： vI2 vO vO1 迅速使迅速使 o1 = 1 o =0电容放电电容放电 c =0vo2 vO1 vR vI 0 t vd 0 t vO1 vO vI2 0 t t t 0 VTH VDD t1 t2 0 tw第九页，共五十五页。 tw0.7RC （1） 输出输出(shch)脉冲宽度脉冲宽度tw(2) 恢复恢复(huf)时间时间tre tre 3

8、d (3) 最高工作频率最高工作频率 fmax 3、 主要参数的计算主要参数的计算(j sun) vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 TH0V)()()(tCCC l ln nW W R RC CvC(0+) = 0；vC( ) =VDD =RC, VTH = VDD /2THDDDDw0VVVlnRCt = RCln2rew11ttTfminmax 第十页，共五十五页。4. 讨论(toln)b)用TTL门电阻(dinz)R的取值可以是任意的吗？a)在暂稳态结束(t= t2)瞬间，门G2的输入(shr)电压I2达到VDD+

9、VTH，可能损坏G2门，怎么办？采用采用TTL与非门构成单稳电与非门构成单稳电路时，电阻路时，电阻R要小于要小于0.7k 。 vO1 G1 1 1 G2 C vI R VDD vO Cd Rd vO 1 G3 VD 第十一页，共五十五页。8.1.2 集成(j chn)单稳态触发器(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可不可(bk)(bk)重复触发重复触发可重复可重复(chngf)(chngf)触发触发被重复触发被重复触发没有被重复触发没有被重复触发第十二页，共五十五页。 1. 不可重复触发(chf)的集成单稳态触发(chf)器 74121触发触发(chf

10、)信号控制电路信号控制电路微分微分(wi fn)型单稳触发器型单稳触发器电路的连接：电路的连接：R：外接电阻或采用内部电阻：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容：外接电容 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触发信号控制电路触发信号控制电路 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器 输出缓冲电路输出缓冲电路 (a) 逻辑图 第十三页，共五十五页。输出输出(shch)脉冲宽度：脉冲宽度： tw0.7RC 电路电

11、路(dinl)的不可重复触发特性的不可重复触发特性 (1)工作工作(gngzu)原原理理在暂稳态期间即使有触发信号输入，但由于在暂稳态期间即使有触发信号输入，但由于G4门在此期间关闭门在此期间关闭，不会被再不会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器暂稳态暂稳态: Q=1 Q=0 B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 触触发发信信号号控控制制电电路路 微微分分型

12、型单单稳稳态态触触发发器器 输输出出缓缓冲冲电电路路 (a) 逻辑图 1000第十四页，共五十五页。74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑逻辑(lu j)功能表功能表不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、 中有一个或两个为中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下高电平，输入端有一个或两个下降沿时电路被触发降沿时电路被触发第十五页，共五十五页。8.1.3 单稳态触发器的应用(yngyng)1. 定时

13、定时(dn sh) 该电路该电路(dinl)可用于频率计可用于频率计 vO 与与门门 vA vB tW 单稳单稳态态 触发触发器器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 第十六页，共五十五页。 A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 2. 延时延时第十七页，共五十五页。4. 组成噪声消除组成噪声消除(xioch)电

14、路电路 单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度(kund)而小于信号脉宽，才而小于信号脉宽，才可消除噪声。可消除噪声。 如用如用 I作为下降沿触发的计数器触发脉冲作为下降沿触发的计数器触发脉冲(michng),干扰加入干扰加入,就会造就会造成计数错误成计数错误. vI Q vO 噪声噪声 C R VCC Cext Rext/Cext 7412A1 A2 B vI Q 1D C1 R Q vO 第十八页，共五十五页。8.2 施密特触发器8.2.2 集成集成(j chn)施密特触发器施密特触发器8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)(yngy

15、ng) 第十九页，共五十五页。8.2 施密特触发器1 1、施密特触发器、施密特触发器电压电压(diny)传输特性传输特性及工作特点：及工作特点： 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号(xnho)(xnho)达到某一定电达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。压值时，输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。 输入信号输入信号(xnho)(xnho)增加和减少时，电路的阈值电增加和减少时，电路的阈值电压分别是正向阈值电压压分别是正向阈值电压（VT+）和负阈值电压（）和负阈值电压（VT-） 。同相输出施密特触发器同相输出施密特触发器反

16、相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 1 vI vO 1 vI vO O vI vo VT VT+ VOH VOL oVT+ vO VOH VOL VT- - vI 第二十页，共五十五页。NoImage1、电路、电路(dinl)组成组成2、工作、工作(gngzu)原理原理NoImage 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 I18.2.1 用门电路组成用门电路组成(z chn)的施密特触发器的施密特触发器O11I212I1vRRRvRRRv2 R1 R2 I为三角波为三角波 假定：假定： 2THDDVV 第二十一页，共五十五页。 108 6 4 2 0 vI/V 2 4 6 8

17、 10 VOHVDD vO/V B 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR001(1) I上升上升(shngshng)当当vI1=0， = 0VvO正向阈值电压正向阈值电压 (VT+): I 值在增加过值在增加过程中，使输出程中，使输出(shch)电压产生跳变时所电压产生跳变时所对应对应 I 的值。的值。只要只要 I1 VTH，I1 (4)当当I下降下降, 也下降也下降则保持则保持 =VOHo当当 =VTH，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈 ： I1第二十三页，共五十五页。 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1

18、1 v vo ov vI I 传特性曲线传特性曲线 工作波形工作波形 vI VT VT O vO VDD O t t vO VDD O VT VT vI 第二十四页，共五十五页。8.2.2 集成集成(j chn)施密特触发器施密特触发器 vI vO vO， VDD TP1 TP2 TP3 TN5 TN4 TN6 vS2 vS5 TP7 TN8 TP9 TN10 TN12 TP11 VDD 施施密密特特电电路路 整整形形电电路路 输输出出电电路路 1 vI vO 第二十五页，共五十五页。8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng)(yngyng) o vI vO1 VOH V

19、OL VT+VT_ vO VOH VOL 0 t tWo vI t v vT+T+v vT-T- 1 vI vO 1. 1. 波形波形(b xn(b xn) )变换变换 第二十六页，共五十五页。 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (b) vO vI 1 2. 波形波形(b xn(b xn) )的整形的整形 vO vI 1 vI VT+ VT 0 t vO VOH VOL 0 t (a) 第二十七页，共五十五页。 1 v vo ov vI I o VT+ vO VOH VOL VT- 合理选择回差电压合理选择回差电压(diny)(diny)，可消除干扰信号。，可消除干扰信

20、号。 vI O vO O vO O VT2 VT1 t t t 3.3.消除消除(xioch)(xioch)干扰信号干扰信号第二十八页，共五十五页。 VT- vI 0 VT+ 0 t vO VO H VO L 0 1 o oI I4. 幅度幅度(fd)(fd)鉴别鉴别 o VT+ vO VOH VOL VT- - vI 第二十九页，共五十五页。8.3 多谐振荡器8.3.1 由门电路组成(z chn)的多谐振荡器8.3.2 由门电路组成(z chn)的多谐振荡器8.3.3 用施密特触发器构成(guchng)波形产生电路第三十页，共五十五页。 开关电路 RC延时环节多谐振荡器的基本多谐振荡器的基本

21、(jbn)组成：组成：开关开关(kigun)器件：产生高、低电器件：产生高、低电平平反馈延迟环节（反馈延迟环节（ RC电路）：利用电路）：利用RC电路的充放电特性电路的充放电特性(txng)实现延时，实现延时，输出电压经延时后输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。以获得所脉冲波形输出。概述概述8.3 多谐振荡器第三十一页，共五十五页。8.3.1 由CMOS门电路(dinl)组成的多谐振荡器 1. 电路电路(dinl)组成组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +

22、VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成组成(z chn)的多谐振荡器的多谐振荡器 o1 =1, o =0 时时,电容充电电容充电, I增加增加;o1 =0, o =1 时时,电容放电电容放电, I下降下降;o1与与o反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间:第三十二页，共五十五页。 2. 工作工作(gngzu)原理原理DDTH0O 2NFFVVVV假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvI= 0V电容电容(dinrng)充电充电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速迅速(xn s)使使G1导通、导通、 G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态=0vO

23、 1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vO G1 G2 VDD TP1 D3 TP2 D1 充电充电 vI D2 TN1 TN2 vO1 vO D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0第三十三页，共五十五页。（2）第二暂稳态电容放电，电路）第二暂稳态电容放电，电路(dinl)自动翻转到第一暂稳态自动翻转到第一暂稳态电容电容(dinrng)放电放电vCvIvI当当=VTH 时时，迅速使得迅速使得(sh de)G1截止、截止、G2导通导通电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态O=0 O1=12.

24、工作原理工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP1 D3 TP2 D1 放电放电 vI D2 TN1 TN2 vO1 vO D4 R C vI VTH O VDD V V t vO VDD O T1 T2 t1 t2 第一第一 暂稳态暂稳态 第二第二 暂稳态暂稳态 t 第三十四页，共五十五页。 TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的由门电路组成的多谐振荡器的振振荡周荡周期期(zhuq)T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。频率稳定性较差。 3. 振荡周期的计算振荡周期的计算(j sun)THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+

25、) 0；vC( ) VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC( ) 0 =RC, t = t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t 第三十五页，共五十五页。v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVV C Cv vo ov

26、 vI IR R1 18.3.2 用施密特触发器构成波形产生(chnshng)电路第三十六页，共五十五页。8.3.3 石英(shyng)晶体振荡器1、石英晶体电路(dinl)符号和选频特性电路符号电路符号 阻特性阻特性 fXf0电电感感性性电电容容性性电电容容性性当当 f = f0 时时,电抗电抗(dinkng) X = 0第三十七页，共五十五页。2、石英、石英(shyng)晶体振荡器晶体振荡器R: 使使G1工作工作(gngzu)在线性区在线性区C1 : 耦合电容耦合电容(dinrng)C2 : 抑制高次谐波抑制高次谐波 G1 1 G2 1 C1 R C2 R vO 第三十八页，共五十五页。

27、1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ123、双相脉冲产生双相脉冲产生(chnshng)(chnshng)电电路路第三十九页，共五十五页。8.4 555定时器及其应用(yngyng)8.4.1 555定时器8.4.2 用555定时器组成(z chn)施密特触发器 8.4.3 用555定时器组成(z chn)单稳态触发器 8.4.4 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器第四十页，共五十五页。555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号的产生、广泛用于信号的

28、产生、变换变换(binhun)、控制与检测。、控制与检测。 8.4 555定时器及其应用(yngyng)电阻电阻(dinz)分分压器压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC (8)G1、电路结构8.4.1 555定时器第四十一页，共五十五页。2、工作、工作(gngzu)原理原理 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD &

29、 & & 1 G vO 不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电放电管管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 第四十二页，共五十五页。 3、555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 第四十三页，

30、共五十五页。8.4.2 用555定时器组成(z chn)施密特触发器 VCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G (3vvI如何改变电路如何改变电路(dinl)的阈值电压和回差电压的阈值电压和回差电压? vI VCC 2 3 VCC 1 3 O vO O t t vO O VCC/3 vI 2VCC/3 第四十四页，共五十五页。 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(yngyng) VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01 F 7 3 5 1 波形波形(b xn)

31、变换变换 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 t vO 1 VO H 0 o vI vO1 VOH VOL VT+VT_电路电路(dinl)的频率可变的频率可变?占空比可变占空比可变?如何改变占空比如何改变占空比?回差电压减小回差电压减小,占空比如何变化占空比如何变化?第四十五页，共五十五页。8.4.3 用555定时器组成(z chn)单稳态触发器 1、电路(dinl)VCC VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G

32、 vO vI第四十六页，共五十五页。外加触发外加触发(chf)信号，电路转换到暂态，输出为信号，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除触发信号消除(xioch)后，电容充电电路自动转换到稳态输出为后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0没有触发信号时没有触发信号时( i )电路处于稳态，电路处于稳态，输出为输出为0 0 13VCCVCC 5k vIC vI1 C1 5k vI2 C2 5k v O T S R RD & & & 1 G vO vI第四十七页，共五十五页。 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 tw=RC1n3

33、1.1RC 4 4、）工作波形、）工作波形(b xn(b xn) )及输出脉宽的计算及输出脉宽的计算电路是可重复电路是可重复(chngf)(chngf)触发的单稳触发的单稳? ?如将如将5脚接电压脚接电压(diny)V,电路的脉宽会改变吗电路的脉宽会改变吗?V增加增加,脉脉宽如何改变宽如何改变?减小减小? vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 第四十八页，共五十五页。 vI O t 8 4 2 5 3 7 6 vI 1 vIC C vO R VCC 脉冲脉冲(michng)宽度调制器宽度调制器工作工作(gngzu)波形波形 vIC O VCC VCC 2 3 VCC 1 3 t vO O t 555组成组成(z chn)的单稳态的应用的单稳态的应用:第四十九页，共五十五页。 用用555555定时器组成定时器组成可重复可重复(chngf)(chngf)触发单稳态触发器触发单稳态触发器 8 4 7 6 2 1 3 5 R VCC R1 C T vI vO 0.01 F vI O vC O vO O 2 3 VCC tW t t t 第五十页，共五十五页。8.4.4 用用