1、醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要 第一頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要第二頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要多諧振蕩器又稱矩形多諧振蕩器又稱矩形(jxng)波發生器。波發生器。它可以它可以(ky)由分立元件構成，也可以由分立元件構成，也可以(ky)由集成電路構由集成電路構成。成。（一）最簡單（一）最簡單(jindn)的環形振蕩的環形振蕩器器 利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數個與利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數個與非門首尾相接，就可以構成一個簡單的環形振蕩非門首尾相接，就可以構成一個簡單的環形振蕩器器:&321uo3uo2uo1一一. 門電路構

2、成的多諧振蕩器門電路構成的多諧振蕩器9.1 多諧振蕩器多諧振蕩器第三頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要&321uo3uo2uo1 設設 uo3 的初始狀態為的初始狀態為0:010101 用波形圖來表示用波形圖來表示(biosh),則則為為:uo30t優點優點: 電路結構電路結構(jigu)簡單簡單,所用元件少。所用元件少。缺點缺點(qudin): 頻率太高頻率太高,并且不可調整。并且不可調整。第四頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1 在原電路的基礎上添加在原電路的基礎上添加RC延時電路延時電路,

3、便可以便可以(ky)克克服上圖的不足服上圖的不足: 下面下面(xi mian)將結合它的工作波形說明其工作原理將結合它的工作波形說明其工作原理:（二）（二）RC環行環行(hunxng)振蕩器振蕩器第五頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要0tuo0tuo20tuo10tuAUT123RRS100CAuo1uouo2假設假設(jish)：開始時：開始時uo=0電容電容(dinrng)上的電流，上的電流，uA下降下降uAUT時，時，uo不反轉不反轉(fn zhun)。第六頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要0tuo0tuo20tuo10tuAUT123RRS100CAuo

4、1uouo2當當uA=UT時，時，uo反轉反轉(fn zhun)，uo1、uo2也一起反也一起反轉。轉。第七頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于電容電壓由于電容電壓(diny)不能不能 突變突變,當當uo1 發生下跳發生下跳時時,uA有一突變。有一突變。U第八頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTUUo1uo2，電容，電容(dinrng)充電充電,uA上上升。升。只要只要(zhyo)uAUT，uo就就不反轉。

5、不反轉。第九頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTU當當uA=UT 時，時，uo、uo1、uo2反轉反轉(fn zhun)第十頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo20tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于由于uo1上跳，電容電上跳，電容電壓壓(diny)不能突變，所不能突變，所以以uA上跳，然后上跳，然后uA開開始下降始下降電流方向電流方向第十一頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要123RRS100CAuo1uouo2T0tuo0tuo

6、20tuo10tuAUTU輸出輸出(shch)信號的周期近似信號的周期近似為為:T = 2.2 RC第十二頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要& R1 C2 R2C1uof(a) 石英晶體多諧振蕩器(b) 石英晶體阻抗頻率特性0Xf0電容性電感性( (三）、三）、石英石英(shyng)晶體晶體多諧振蕩多諧振蕩器器電阻R1、R2的作用是保證兩個反相器在靜態時都能工作在線性放大區。對TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而對于CMOS門，則常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合電容(dinrng)，它們的容抗在石英晶體諧振頻率f0時可以忽略不計；石英晶體構成選頻

7、環節。振蕩頻率等于石英晶體(jngt)的諧振頻率f0。第十三頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要9.2 單穩態觸發器簡稱單穩態觸發器簡稱(jinchng)單穩。單穩。 它的突出特點是它的突出特點是: 輸出端只有一個穩定狀態輸出端只有一個穩定狀態(zhungti), 另一個狀態另一個狀態(zhungti)則是暫穩態則是暫穩態.加入觸發信加入觸發信號后號后,它可以由穩定狀態它可以由穩定狀態(zhungti)轉入暫穩態轉入暫穩態,但是但是 , 經過一定時間以后經過一定時間以后,它又會自動返回原來的它又會自動返回原來的 穩定穩定狀態狀態(zhungti)。穩定狀態穩定狀態穩定狀態穩定狀態

8、暫穩態暫穩態由外界觸發由外界觸發自動返回自動返回學習的重點學習的重點:為什么會自動返回為什么會自動返回?需多少時間需多少時間?第十四頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11、微分型單穩態觸發器（1）沒有觸發信號時電路工作在穩態當沒有觸發信號時，ui為低電平。因為門G2的輸入端經電阻R接至VDD，VA為高電平，因此uo2為低電平；門G1的兩個輸入均為0，其輸出uo1為高電平，電容C兩端的電壓接近為0。這是電路的穩態，在觸發信號到來(doli)之前，電路一直處于這個狀態

9、：uo11，uo20。0011第十五頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP1110（2）外加觸發信號使電路由穩態翻轉到暫穩態當正觸發脈沖ui到來時，門G1輸出uo1由1變為0。由于電容電壓不能躍變，uA也隨之跳變到低電平，使門G2的輸出uO2變為1。這個高電平反饋到門G1的輸入端，此時即使ui的觸發信號撤除(chch)，仍能維持門G1的低電平輸出。但是電路的這種狀態是不能長久保持的，所以稱為暫穩態。暫穩態時，uo10，uo21。第十六頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形

10、的產生和變換概要uiCuA1(a) 電路(b) 波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP10011（3）電容充電使電路由暫穩態自動返回到穩態在暫穩態期間，VDD經R和G1的導通工作管對C充電，隨著充電的進行，C上的電荷逐漸增多，使uA升高。當uA上升到閾值電壓UT時，G2的輸出uo2由1變為0。由于這時G1輸入觸發信號已經(y jing)過去，G1的輸出狀態只由uo2決定，所以G1又返回到穩定的高電平輸出。uA隨之向正方向跳變，加速了G2的輸出向低電平變化。最后使電路退出暫穩態而進入穩態，此時uo11，uo20。脈沖(michng)寬度：tp=0.7

11、RC第十七頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要2集成單穩態觸發器 (a) 74121 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874121 1 2 3 4 5 6 7 Rext/CextVCC NC NC Cext Rin NC Q NC TR- TR-B TR+ Q GNDTR-A、TR-B是兩個下降(xijing)沿有效的觸發信號輸入端，TR+是上升沿有效的觸發信號輸入端。Q和是兩個狀態互補的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時電阻和電容的連接端，外接定時電阻R（R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之間，外接定時電容C（C=10pF10F）接在

12、Cext（正）和Rext/Cext之間。74121內部已設置了一個2k的定時電阻，Rin是其引出端，使用時只需將Rin與VCC連接起來即可，不用時則應將Rin開路。74121的輸出(shch)脈沖寬度：tp0.7RC第十八頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要 14 13 12 11 10 9 874122 1 2 3 4 5 6 7(b) 74122 的引腳排列圖 TR- TR-B TR+A TR+B RD Q GND Rext/CextVCC NC Cext NC Rin QTR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發信號輸入端，TR+A、TR+B是兩個上升沿有效的觸發信號輸入端。

13、Q和是兩個狀態互補的輸出端。Rext/Cext、Cext、Rin3個引出端是供外接定時元件使用的，外接定時電阻R（R=5k50k）、電容C（無限制）的接法與74121相同。RD為直接復位輸入端，低電平有效。當定時電容C1000pF時，74122的輸出脈沖寬度：tp0.32RC第十九頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要 0tv0vt第二十頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要2. VOVAVBVBVAVOTW第二十一頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要 TWTWttVOVO00t1t2第二十二頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要9.3 第二十

14、三頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要第二十四頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要第二十五頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR第二十六頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRR12345678555VCCD TH COGND TRUoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發發輸輸出出復復位位電源電壓范圍電源電壓范圍:4.5V 18V第二十七頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要R

15、SQQ+-A1A2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR 三個電阻構三個電阻構成成(guchng)的分壓的分壓器給器給 兩個比較兩個比較器提供器提供基準電壓基準電壓: A1 的為的為 2VCC / 3 , A2 的為的為 VCC / 3 。 首先討論上圖中首先討論上圖中加彩色部分加彩色部分的電路的電路(dinl)的工作原理。的工作原理。第二十八頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要101000閾值端閾值端觸發端觸發端THTRRS比較的結果比較的結果2VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于

16、2VCC / 3SR+-A1A2VCCTHCOTR876521RRR閾值閾值(y zh)端端觸發觸發(chf)端端第二十九頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要晶體管晶體管TRSQuo100100保持保持0110保持保持保持保持導通導通截止截止RSQ1001000101保持保持 保持保持Q11禁止禁止禁止禁止RS 觸發器功能表觸發器功能表附錄附錄(fl):VCCTHCOTRDuoRD31RSQQ+-A1A2T876452RRR第三十頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要 綜合以上綜合以上(yshng)的分析結果的分析結果,便可得便可得到到555的功能表的功能表:閾值端閾

17、值端觸發端觸發端THTR2VCC / 3VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 32VCC / 3VCC / 3VCC / 3小于小于小于小于小于小于大于大于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo0111001導通導通導通導通截止截止RSQQ+-A1A2VCCTHCOTRDuoRD87645321RRRT第三十一頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要555定時器的應用定時器的應用(yngyng)(1). 雙穩態觸發器雙穩態觸發器: 微電機起動微電機起動(q dn)停車控制電路。停車控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微電機微電機555S1 : 起動起動(q

18、 dn)按鈕按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕第三十二頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555uo閾值端閾值端觸發端觸發端THTR大于大于小于小于小于小于小于小于保持保持保持保持RD晶體管晶體管Tuo011101導通導通導通導通截止截止VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3 僅僅按下按下起動起動(q dn)按鈕按鈕 S1 , 則則 TR VCC / 3 ; 未按未按 S2 , 當然當然 TH VCC / 3 , TH 2VCC /3 , TR VCC /3 按鈕按鈕 S 處于處于(chy)打開狀態時：打開狀態時：

19、uo = 0 , 555內的管內的管T導通導通 , 電容電容(dinrng) CT 被短路被短路, TH =0.3V 。0tuCT2VCC /30tuo第三十五頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo按一下按一下 S , TR VCC ,已有已有 TH 2VCC /3 , 且且已已 有有 TR VCC /3 , uo = 0 ; 555內的晶體管內的晶體管T也由截止也由截止變成導通變成導通 , 電容電容CT 迅速迅速(xn s)放電而變成放電而變成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tu

20、o第三十七頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上過程可以看出由以上過程可以看出 : 按按鈕每按動一次鈕每按動一次 , uo 便輸出一便輸出一個個(y )正脈沖正脈沖,其寬度其寬度 TW 由由 RT CT 決定決定 。第三十八頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ紅紅白白D1D2按一下按一下按鈕按鈕 S未按未按uo0J的線圈的線圈不通電不通電J 的結點的結點不動作不動作紅燈紅燈 白燈白燈亮亮滅滅1通電通電閉合閉合亮亮滅

21、滅紅燈紅燈(hn dn)亮的時間即為曝光時間亮的時間即為曝光時間 TWTW = 1.1 RT CT第三十九頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要(3). 多諧振蕩器多諧振蕩器: 簡易簡易(jiny)電子琴電電子琴電路路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3首先首先(shuxin)說明如何用說明如何用555 定時器構成多諧振蕩器定時器構成多諧振蕩器:輸出輸出(shch)波形波形第四十頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 設電容設電容C 原先未充電原先未充電, 故故 TH = TR 2VCC /3 , 立即立即 uo = 0 , 同時同時555內的管內的管 T 導通導通,電容電容 C 經經 R2 7# T1# 放電放電, 一直至一直至VCC /3 , 使得使得uo 回到回到 1 , 進入循環進入循環 .t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC第四十二頁，共四十七頁。醫學專題-脈沖波形的產生和變換概要0tuouC0tVCC