2022年医学专题-第6章-脉冲信号的产生和整形

一、555定时器的电路(diànlù)结构由以下几部分组成：（1）三个阻值的分压器。（2）两个电压比较器。

6.2集成(jíchénɡ)555定时器（3）基本(jīběn)RS触发器、（4）放电三极管T及缓冲器G。第一页，共三十五页。第二页，共三十五页。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(qítā)输入端的状态如何，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。（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比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。第三页，共三十五页。6.2脉冲(màichōng)波形产生电路----多谐振荡器

多谐振荡器——能产生(chǎnshēng)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.电路组成及工作原理第四页，共三十五页。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）电容放电(fàngdiàn)时间T2（3）电路振荡周期T

T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率f（5）输出波形占空比q第五页，共三十五页。

二．占空比可调的多谐振荡器电路(diànlù)

利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个(yīɡè)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：第六页，共三十五页。三．石英晶体(jīngtǐ)多谐振荡器

1.石英晶体的选频特性

有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗(diànkàng)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。第七页，共三十五页。2.石英(shíyīng)晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器R1、R2的作用——使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。

对于TTL门，常取R1=R2=0.7～2kΩ，若是CMOS门则常取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(zhèndàng)条件。因此，电路的振荡(zhèndàng)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。第八页，共三十五页。（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(gòngtóng)构成电容三点式振荡电路。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。第九页，共三十五页。四．多谐振荡器应用实例(shílì)

1.简易温控报警器第十页，共三十五页。2.双音门铃(ménlínɡ)。第十一页，共三十五页。3.秒脉冲(màichōng)发生器 CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号，经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到(dédào)稳定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。第十二页，共三十五页。6.4脉冲(màichōng)波形整形电路------施密特触发器施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形(zhěngxíng)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第十三页，共三十五页。2.电压(diànyā)滞回特性和主要参数

（1）电压(diànyā)滞回特性（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第十四页，共三十五页。

二．集成(jíchénɡ)施密特触发器

1.CMOS集成施密特触发器CC401062.TTL集成(jíchénɡ)施密特触发器74LS14

第十五页，共三十五页。三．施密特触发器的应用(yìngyòng)举例1.用作接口电路(diànlù)——将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。2.用作整形(zhěngxíng)电路——把不规则的输入信号整形(zhěngxíng)成为矩形脉冲。第十六页，共三十五页。

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

第十七页，共三十五页。6.4脉冲(màichōng)波形整形电路-----单稳态触发器

单稳态触发器——有一个(yīɡè)稳态和一个(yīɡè)暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。一．用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态(zhuàngtài)当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。第十八页，共三十五页。（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（暂稳态结束）时间当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。第十九页，共三十五页。（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过(tōngguò)饱和导通的放电三极管T放电，时间常数τ2=RCESC，经过（3～5）τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。第二十页，共三十五页。2.主要参数估算(ɡūsuàn)(1)输出脉冲(màichōng)宽度Tw（用三要素法计算）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，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作频率fmax

vI周期(zhōuqī)的最小值：Tmin=tW＋tre因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:第二十一页，共三十五页。二．集成(jíchénɡ)单稳态触发器74121A1和A2是两个(liǎnɡɡè)下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。第二十二页，共三十五页。集成单稳态触发器74121的外部元件(yuánjiàn)连接方法:

（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式.（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发(chùfā)的连接方式。第二十三页，共三十五页。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(xiàjiàng)沿比vI的下降沿滞后了时间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。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。第二十四页，共三十五页。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(kuāndù)都相同的标准矩形脉冲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。第二十五页，共三十五页。3.触摸定时(dìnɡshí)控制开关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。第二十六页，共三十五页。4.触摸、声控(shēnɡkònɡ)双功能延时灯555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大(fàngdà)，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。第二十七页，共三十五页。举例：9.4.3图题9.4.3为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。

（1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；

（2）说明电路的组成及工作(gōngzuò)原理。第二十八页，共三十五页。第二十九页，共三十五页。举例(jǔlì)：间歇振荡器第三十页，共三十五页。举例(jǔlì)：报警器EWB举例(jǔlì)第三十一页，共三十五页。精品(jīnɡpǐn)课件！第三十二页，共三十五页。精品(jīnɡpǐn)课件！第三十三页，共三十五页。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(zǔchénɡ)多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成(zǔchénɡ)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，还可以接成各种灵活多变的应用电路。4．除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。第三十四页