2022年医学专题-第8章-脉冲信号的产生与整形

8.1555集成(jíchénɡ)定时器

555集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体的电子器件,通过外加(wàijiā)少量的阻容元件,能构成多种用途的电路。

555集成定时器的型号(xínghào)较多，但所有双极型产品型号(xínghào)后的3位数字都是555，CMOS产品型号最后的4位数字都是7555。而且，它们的功能和外部引脚的排列完全相同。

为了提高集成度,随后又生产了双定时器产品556（双极型）和7556（CMOS型）。

第一页，共四十三页。8.1.1555定时器的电路(diànlù)结构1.分压器2.比较(bǐjiào)器3.RS锁存器4.三极管放电(fàngdiàn)开关5.输出缓冲器组成：VCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQOUT5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2V’oRDVoTD第二页，共四十三页。8.1.2定时器的逻辑(luójí)功能1）Vi1>2/3VCC

Vi2>1/3VCC

2）Vi1<2/3VCC

Vi2<1/3VCC

3）Vi1<2/3VCC

Vi2>1/3VCC当RD=1时：VCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2V’oRDVoTD*Q的高低确定TD

管是否导通。Vo=0Vo=1

Vo不变第三页，共四十三页。称TH为高电平触发端；TR低电平触发端。555定时器功能表00导通10VCCVCC导通1VCCVCC不变不变11VCCVCC截止RDVi1(TH)Vi2(TR)VO(OUT)TD(放电管)第四页，共四十三页。

特点：555定时器能在很宽的电源(diànyuán)电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压范围为5~16V，最大的负载电流达200mA。CMOS型7555定时器的电源电压范围为3~18V，但最大负载电流在4mA以下。第五页，共四十三页。思考题：555定时器按下图连接，输入如图所示，试画出定时器输出(shūchū)的波形（设初始状态为0）并说明相当于何器件Vo8462153555VCCVi1Vi210t0t0tVOVi1Vi2第六页，共四十三页。8.2施密特触发器施密特触发器(SchmittTrigger)逻辑符号及电压传输(chuánshū)特性VoVoHVoLVT-VT+Vi0ViVo同相输出施密特触发电路VT+称作为上触发电平(diànpínɡ)或正向阈值电压;VT-称作为(zuòwéi)下触发电平或负向阈值电压;第七页，共四十三页。ViVo反相输出施密特触发电路VoVoHVoLVT-VT+Vi0特点(tèdiǎn)：1）有两个稳定状态VOH和VOL,但稳态要靠输入电平(diànpínɡ)来维持；2）具有滞回电压传输特性.当输入信号高于VT+时,电路处于一个稳定状态;当输入信号低于VT-时,电路处于另一个稳定状态;当输入信号处于两触发(chùfā)电平之间时,其输出保持原状态不变。第八页，共四十三页。8.2.1用555定时器构成施密特触发(chùfā)电路1.电路(diànlù)组成Vo8462153555VCCViVoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第九页，共四十三页。2.工作(gōngzuò)原理当Vi<1/3VCC时,VO=VOH;2)当1/3VCC<Vi<2/3VCC时,VO

保持(bǎochí),VO=VOH;3)当Vi>2/3VCC时,VO=VOL.首先分析输入电压Vi由0逐渐(zhújiàn)升高的过程VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第十页，共四十三页。4)当1/3VCC<Vi<2/3VCC时,VO

保持(bǎochí),VO=VOL;5)当Vi<1/3VCC时,VO=VOH.其次分析(fēnxī)输入电压Vi从2/3VCC逐渐开始下降的过程VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTD··Vi第十一页，共四十三页。Vit2/3VCC1/3VCC0VOt0VOHVOLVT+=2/3VCCVT-=1/3VCCΔVT=VT+

－VT-=1/3VCC第十二页，共四十三页。8.2.2集成(jíchénɡ)施密特触发电路由于(yóuyú)施密特触发电路的应用非常广泛，集成施密特触发电路的种类较多，有施密特非门74HC/HCT14、CC40106，施密特与非门74HC/HCT132、CC4093等。

CC40106阈值电压数值(shùzí)表

第十三页，共四十三页。8.2.3施密特触发电路(diànlù)的应用1.波形(bōxínɡ)变换ViVo带反相器VitVOtVT+VT-00可以把边沿(biānyán)变化缓慢的周期性信号变换为同频率的矩形脉冲.第十四页，共四十三页。2.脉冲(màichōng)整形ViVo带反相器VitVOtVT+VT-00可以适当(shìdàng)调节施密特触发器的回差电压,得到整齐的矩形脉冲.第十五页，共四十三页。3.幅度(fúdù)鉴别ViVo带反相器VitVOtVT+VT-00可以通过调整电路的VT+和VT-,将输入信号中幅度超过VT+的脉冲选出,幅度较小的脉冲消除,所以(suǒyǐ)具有幅度鉴别能力.第十六页，共四十三页。8.3单稳态触发(chùfā)电路单稳态触发电路(diànlù)特点:电路有一个稳定状态,一个暂稳定状态.在没有外界触发信号作用时,电路处于稳定状态;在外界信号作用下,电路由稳态转换为暂稳态,经过一段时间,电路自动返回到稳定状态.单稳态触发电路常用于脉冲(màichōng)的整形、定时和延时。第十七页，共四十三页。8.3.1由555定时器构成(gòuchéng)的单稳态触发电路1.电路(diànlù)组成8462153555VCCVoVi7RCC∙

∙

∙

VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ第十八页，共四十三页。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ未加入负触发脉冲,当

Vi为高电平１并稳定一段时间后，Q端一定为1(Q为0),Vo为低电平的稳定状态;2.工作(gōngzuò)原理1)稳态第十九页，共四十三页。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μ当Vi来一个较短的负脉冲后,Q端改变状态,Vo由低电平跳变为高电平,电路进入(jìnrù)暂稳态.

而后经过一段时间后

(这时Vi已返回1),Q自动返回到0的状态,即电路恢复到原来的稳态Vo为低电平.2)暂稳态第二十页，共四十三页。3.工作(gōngzuò)波形图VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1μVitVCt00VOt02/3VCCtwtw第二十一页，共四十三页。4.输出(shūchū)脉冲宽度估算输出脉冲(màichōng)宽度tw:就是暂稳期的持续时间,它等于电容电压Vc从0上升到2/3Vcc所需时间tw=RC×Ln

Vcc-0Vcc-2/3Vcc=RC×Ln3≈1.1RC*Vi的负脉冲(màichōng)宽度要小于tw

*输出脉冲宽度仅取决于外接定时元件R和C的数值,而与电源电压无关VitVCt00VOt02/3VCCtwtw第二十二页，共四十三页。8.3.2用施密特触发(chùfā)电路构成单稳态触发电路ViVoCRVR1.电路(diànlù)结构2.工作(gōngzuò)原理1)稳态时,输入Vi=0,VR=0时,输出Vo=VOH;2)暂稳态:当幅度为VDD(>VT+)的正触发脉冲加到电路输入端时,电路状态翻转,Vo=VOL,进入暂稳态.随着对电容C的充电,VR按指数规律下降,当下降到略低于VT-时,电路状态再次翻转,返回到原来的稳态,输出Vo=VOH.VitVRt00VOt0VT+twVT-第二十三页，共四十三页。ViVoCRVRVitVRt00VOt0VT+twVT-*Vi的正脉冲(màichōng)宽度应大于twtw=RCln(VDD/VT-)3.工作(gōngzuò)波形图输出脉冲宽度tw:VR从初始值VDD下降到VT-所需要(xūyào)的时间第二十四页，共四十三页。8.3.3集成(jíchénɡ)单稳态触发电路根据电路工作特性不同，集成单稳态触发电路分为(fēnwéi)不可重复触发和可重复触发两种。

(a)不可重复触发单稳态触发电路(diànlù)工作波形

(b)可重复触发单稳态触发电路工作波形第二十五页，共四十三页。1&≥1RICXRXCXA1A2BRextCextRxcx3459101161QQ功能表

A1A2BQQ0×101×0101××00111×01111110××074121是不可(bùkě)重复触发单稳态触发电路1．不可(bùkě)重复触发单稳态触发电路

第二十六页，共四十三页。1&≥1RICXRXCX3459101161QQVCCCext1&≥1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC两种连接(liánjiē)方法：tw≈0.7RextCext第二十七页，共四十三页。2．可重复触发(chùfā)单稳态触发(chùfā)电路

74122是一种(yīzhǒnɡ)可重复触发单稳态触发电路

第二十八页，共四十三页。74122功能表

74122的定时(dìnɡshí)电阻、电容连接方式与74121相同，但输出脉冲宽度tw为：tw≈0.32RCext

需要注意的是，74122是可重复的触发单稳态触发电路，只要在输出脉冲结束(jiéshù)之前，重新输入触发信号，就可以方便地延长输出脉冲的持续时间。

第二十九页，共四十三页。8.3.4单稳态触发(chùfā)电路的应用1.脉冲(màichōng)整形ViV0tt001&≥1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCCViVo第三十页，共四十三页。2.脉冲(màichōng)的延时1&≥1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&≥1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCC第三十一页，共四十三页。t0Vit0t0tw1tw1tw2tdQ1Vo1&≥1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&≥1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCC第三十二页，共四十三页。3.脉冲(màichōng)的定时1&≥1RICXRXCX3459101161QQCRVCCViVoVB&10tVi0tQ0tVB0tVO一个(yīɡè)测频的例子第三十三页，共四十三页。8.4多谐振荡器

能自行产生具有一定频率(pínlǜ)和一定脉宽的矩形脉冲的电路.

多谐振荡器没有稳态,有两个暂稳态.且两暂稳态之间的相互转换都不需要外加触发信号,而是靠电路(diànlù)本身完成的.第三十四页，共四十三页。8.4.1用555定时器构成(gòuchéng)多谐振荡器VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2C8472153555VCCVo6R1C0.01uf∙

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R21.电路(diànlù)组成第三十五页，共四十三页。VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2CVCt0VOt02/3VCC1/3VCCT1T2TT1=(R1+R2)Cln2T2=R2Cln22.工作(gōngzuò)原理占空比:正脉宽T1与周期T之比T1R1+R2q=

T=R1+2R2第三十六页，共四十三页。Q=0,TD截止,VCC→R1→R2→C充电,VC按指数规律上升;2)当VC略大于2/3VCC，输出(shūchū)Vo

由1转换为0；4)

当VC降至略低于1/3VCC，输出(shūchū)Vo

由0转换为1。3)Q=1,TD导通,C→R2→TD放电，VC按指数规律下降；第三十七页，共四十三页。①555构成振荡器电路简单,频率(pínlǜ)易于调节灵敏度较高;②上述电路(diànlù)占空比q=T1/T衡大于0.5,调节不方便.③555构成振荡器频率振荡低(一般(yībān)不超过几百KHz),且频率稳定度不高.3.电路特点第三十八页，共四十三页。4.改进(gǎijìn)电路VoVCC+-∞UC1C1+-∞UC2C2&&QQ5kΩ5kΩ5kΩG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01μR2CRwT1=R1Cln2T2=R2Cln2占空比:T1R1q=

T=R1+R2当R1=R2时,q=1/2当R1>R2时,q>1/2当R1<R2时,q<1/2第三十九页，共四十三页。8