中频电子治疗仪的波形研究与设计.pdf

1、大连理工大学硕士学位论文中频电子治疗仪的波形研究与设计姓名：杜敏安申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：毛德祥20061201大连理工大学专业学位硕士学位论文摘 要随着科学技术的发展，电子技术的广泛应用，电子治疗仪在很大程度上推进了医疗水平的提高。中频电子治疗仪是依据肌体神经系统的电活动原理，使用波谱分析及相关分析方法，将中频脉冲电疗法综合作用于肌体的新型电子医疗设备。根据神经系统的电活动原理，我们使用波谱分析方法，对当今物理治疗学中常用的中频电子医疗设备的各种治疗波形进行理论分析与比较，得出了使用无极性指数脉冲周期波形作为中频电子医疗设备的医疗波形，可以使肌体承受更高的治疗阈值。目

2、前的中频治疗机的输出治疗波形，几乎均采用了周期性时间函数调幅的各种波形作为治疗波形；由正弦调制的无极性指数脉冲周期性波形作为治疗波形的治疗仪，在国内中频治疗机中是较先进的设备。理论与实践证明了经过周期性时间函数调幅的治疗机，不仅较等幅输出波形的治疗机，在克服肌体适应性方面有了很大进步，而且也增强了某些物理因子的治疗作用。如何更有效地克服或消除在治疗过程中肌体的适应性，强化其各种有益物理因子的治疗作用，是研究中频电子治疗设备波形设备的一大课题。关键词：中频：指数脉冲；治疗仪大连理工大学专业学位硕士学位论文Research and Design ofWaveform ofMidf托queney E

3、lectronic MedicalApplianceAbstractWith development of science and technology and application of electronics,we improvethe level ofmedical treatment with the help ofelectronic medical applianceBased on principle of lleulfal aetivity in electronics，We analyze and compare thewaveforms ofkinds ofelectro

4、nicmedicalappliancesbythewayofanalysisofwaveform and印烈舡I】m in theoryWe have a conclusion that organism伽endure high c1勰value ofthreshold ifWC chose non-polarity exponent pulse period waveform as cure waveformIn thepresent,most of mid-fiequeney electronic medical appliances output periodicity amplitit

5、udemodulation waveformIt is an advanced appfiance if mid-frequency electronic medicalappliance+c缸output sine non-polarity exponent pulse period waveformAt the ways ofadaptabmty of organism and effect of physical轧-tor,electronic medical appliance withperiod amplitude modulation is better than one wit

6、h constant amplitudeTo get over or eliminate adaptability of organism effecticely and emphasize effects ofmany physical factors，we do the research ofMidfrequency electronic medical applianceKey WordB：Mid-frequeney；Exponential Pulse；Medical ApplianceIII独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知

7、，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：l兰丝EI薨II：大连理工大学专业学位硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手

8、段保存和汇编学位论文。作者签名导师签名垫亟塞至兰超垒!QQ 年j生月望一日大连理工大学专业学位硕士学位论文1概述11研究背景及意义随着电子技术的发展，医疗设备也得到了快速发展，现代的医疗技术与电子技术已密不可分。现代化的医院也就是广泛应用现代化医疗设备的医院。用现代的医疗设备来代替传统的的中医技术也成为一个新的课题。热敷、针灸、按摩等疗法，是我国历史上流传下来的利用物理因素起作用的治疗方法，这些方法对许多病症均有较好的疗效。当脉冲电流作用于人体局部深处，会使肌肉发生有规则和无规则的各种收缩、按摩运动。通过对神经的刺激减轻疼痛感觉，加快局部组织的新陈代谢。也可起到消炎、解痉、软化瘢痕，调整内分泌

9、和代谢的功能紊乱和改善局部组织血液循环，可消耗多余脂肪，舒通经络等作用。因此，出现了低频、中频、高频等各种不同频率，不同波形的治疗仪，这些治疗仪治疗效果各不相同，疗效也不显著，因此，寻找和发现一种更加有效，治疗效果显著的治疗波形的治疗仪，成为当今理疗设备的一大课题。12现状及存在的问题目前国内外电子治疗机所普遍采用的波形多为方波、尖波、正弦波、三角波、锯齿波等这些波形存在治疗阈值与治疗中的疼痛阈值分离不明显和极易使人产生习惯性适应的问题，使治疗仪的输出功率不能太大，达不到治疗效果。从电疗学的观点出发，由低频(f在10HZ-200 HZ)正弦波调幅的各种中频(频率f在1K100I(Iz范围内)输

10、出的治疗波形，经临床的大量实践证明：fo在2KHZ左右的中频电子治疗仪，在满足一定的输出功率下，均有止痛、消炎、调节神经及血液循环作用，并有热敷、针灸的疗效，而f。在6-_8l(lz范围内，具有正弦波形输出的电子治疗仪，当电极作用于治疗部位时使肌肉收缩引起动感的阈值与痛阈有明显的分离现象，即肌肉收缩时引起按摩似动感的阈值要比痛阈值低得多，因此，利用这种频率的治疗波形就可能使肌肉收缩引起明显的动感而不会让人疼痛，为使上述两种频率成分在治疗中均起作用，且又根据临床治疗证明：若使三次谐波的幅值小于基波幅值的30左右，会引起治疗部位的剧烈疼痛，为提高三次谐波相对于基波的幅值，应遵循下列原则：(1)所设

11、计的波形要与人体神经传导系统的波形一致，以便加强人体有关器官和组织的电刺激作用。(2)其输出波形的三次谐波幅值相对于基波幅值应尽可能的大。(3)所设计的输出波形要便于用电路实现。中频电子治疗仪的波形研究与设计设计出符合上述原则的波形成为治疗仪设计中最重要的工作。13研究的主要任务和所作的工作首次使用波谱分析方法，对当今物理治疗常用的治疗仪的各种治疗波形进行理论分析与比较，发现采用一种基波为24K，其三次谐波频率为72K的正弦波调幅的无极性指数脉冲作为治疗仪的输出波形，不仅能与人体神经传导系统的波形相吻合而且还可以调整RC微分电路的时间常数，使得该波形的三次谐波幅值相对于基波幅值尽可能的大，并且

12、其电路也很容易实现。这种波形电流能作用于人体局部深处，会使肌肉发生有规则和无规则的各种收缩、按摩运动。通过对神经的刺激减轻疼痛感觉，加快局部组织的新陈代谢。可以使肌体所能承受的治疗阈值与治疗中的疼痛阈值有明显的分离，即使痛阈低于治疗阈值，增大治疗仪的输出功率，达到治疗效果。设计和制作了符合要求波形的电路：(1)正弦波震荡器：产生低频正弦信号，设计中采用双T稳幅选频电路震荡器。(2)方波发生器：将震荡器产生的正弦信号进行采样，得一正弦调制的方波波形。(3)微分电路：实现双向无极性指数脉冲。(4)互补射随器：使从微分电路中来的信号与功放器隔离。(5)推挽功放：将信号进行功率放大，得到所需波形及输出

13、能量(6)采用单片机技术用数字方式标定输出计量的大小(7)采用单片机技术用数字方式设置治疗时间并加以报警器提示该治疗仪的研制成功使治疗波形更符合人体神经系统电生理传导波形，能使肌体所能承受的治疗闽值与治疗中的疼痛阈值有明显的分离，增大治疗能量，达到治疗目的，并且显示清晰，操作简单，更适合广泛推广，为解除人们疾苦，保证人民身体健康作出贡献。大连理工大学专业学位硕士学位论文2电子治疗仪的波形分析与设计21信号分析信号若不经过任何变换，则一般都是时间t的函数。这种分析信号的方法称为时域分析方法。如果将时间t变量成其它变量，则相应地称为变换域分析法。信号分析就是要研究信号如何表示为各分量的迭加，并以信

14、号分量的组成情况去考察信号的特性。一个信号可以对于某一个函数集找出此信号用来表示信号分量的函数集也有多种选取方法，而其中最常用的则是正交函数集。大家熟悉的正交函数集是三角函数集，即傅里叶级数。任一个信号，只要符合狄里赫利条件，都可分解为一系列不同频率的正弦分量，每一特定的正弦频率分量，都有与它相应的振幅和相位。因此对于一个信号，它的各分量的振幅和相位分别是频率的函数。这样，信号一方面可用时间函数表示，另一方面又可用频率函数表示。22周期信号表示为傅里叶级数如果给定的函数是周期性函数，同时又满足狄里赫利条件那么它就可以展开成一个收敛函数。狄里赫利条件是指给定的周期函数在有限空间内总有有限的第一类

15、间断去和有限个极大值和极小值。电子技术中所遇到的周期函数通常都能满足这个条件。1三角傅里叶级数对于任何一个周期为T的周期信号f(t)，都可以将函数厂(f)在区间t，tl+刃内表示为：，m=姿+qcos(x+吗cos2Qt+aeosnot+岛sin(x+如sin2Q+sin，z(x+ (21)=要+艺魄eosrn+sin，鳓=吾fl”f(t)dt (22)=匏”们)cosnf2+dt (23)吒：彳2 f“厂(f)sinnf2+dt (24)其中睾实际上就是函数厂(f)在区问内的平均值，亦即直流分量。中频电子治疗仪的波形研究与设计Q=等称为基波频率nfl称为”次谐波频率将4。eosnflt和lb

16、sinnDt和成一正弦分量为：口。eosnt+k sinnDt=A。eos(nQ+)导数a。，巩，振I匾t，相位之间的关系是： A。=厢，9，=吖ctg坠H或 a。=A。cos纯，屯=4 s缸则厂(，)可表示为：厂(f)：了an+妻An COS(聆必+) (25)2指数傅里叶级数：任一函数厂(f)在区间(，tl+丁)内表示为：厂(f)=co+Cle。o+c2e20+eP衄+c-lP一胞+C一2e一2血+CHP一h (26)=GP帕q=手r厂e-m。d 当，(f)为偶函数时可得=0，其谐波分量只包含余弦波项谐波分量，且函数的直流分量不为零时还存在直流分量冬。当厂(f)为奇波函数时，a。=a。=0

17、，其谐波分量只包含正弦a。sinnDt项谐波分量。当，(f+=-f(t)时，函数称为奇谐函数。23周期信号的频谱周期信号的数学表达式，虽然详细而确切地表示了信号分解的结果，但往往不直观，不能一目了然。为了即方便又明了地表示一个信号包含有哪些频率分量，各分量所占的比重如何，就采用了称为频谱图的表示方法。频谱图中有振幅频谱和相位频谱，但通常所说的频谱是指振幅频谱。大连理工大学专业学位硕士学位论文下面来研究几种波形的频谱图(1)有极性矩形波图21有极性矩形波Fi921 W斜eform of坞ctgle with polarity图11波形的傅里叶级数表达式为：州=詈+舄，m+l C05吲) 晓s，其

18、中：坍为正整数根据表达式画矩形脉冲的频谱图：3 5 7图22有极性矩形波频谱图fig22 Spectrum ofrectangular waveform with polarity从图中可以看出”次谐波与基波幅值之比板孑雨扳孑i磊b的大小直接受d口值的影响。当利用8T专0来选择口时，则三次谐波幅值与基波幅值之比近似于5132在额定输出功率下，若口值太大，则因输出功率在各级谐波上有平均分配的趋，而影响治疗仪的作用深度：若口值过小，则因三次谐波与基波幅值之比变小，难以实现治中频电子治疗仪的波形研究与设计疗阈值与痛阈明显分离，加之此时的波形输出会出现台阶，不能保证与神经传导系统的(2)无极性矩形波：

19、L i、L，五 。 t图23无极性矩形波Fig23 Waveform ofrectangle without polarity其傅里叶级数的表达式为：厂(f)=丝壹n sin厅甜片甩=1，3，5 (29)频谱图为：图24无极性矩形波频谱图Fig24 Spectrum ofrectangular waveform without polarity3无极性三角波：l HtJ7 3办 ”V王 7o一图25无极性三角波Fi925 Waveform oftriangle without polarity一6t大连理工大学专业学位硕七学位论文其傅里叶级数表达式为：，(f)2导+委cos，忙。姜，i掰4A-

20、=1 3,5 3cos， (2舯)-。 n=1，7I，频谱图为：Ln4A靠4A(3、2I I 4A(5妒一一4无极性锯齿波3 5图26无极性三角波频谱图Fig2-6 Spectrum oftriangle waveform without polarityf ：t) 入f 。f T y 7图17无极性锯齿波Fig27 Waveform ofsawtooth without polarityt傅里叶级数表达式为：巾)=E(一1)“=A siancoof刀=1，2,3 (211)波形相吻合，因此会减弱对人体各器官和组织的电刺激作用初中证明，利用e-all2 jO来选定口值的中频电子治疗仪的输出波形

21、，能够明显地体现出多种疗法在人体上起作用的功效，具有这种输出波形的中频治疗仪也优于用多种频率的正弦合成的所谓交叉干扰治疗仪，因为两个正弦波不管怎样也不可能合成与神经传导系统波形相吻合的指数脉冲波形。等幅无极性指数脉冲波是一种新的低频脉冲电流，其波形能按指数曲线上升或下一 生塑皇至塑芝堡塑垫丝竺塞兰堡盐频谱图为：l,AnAI A2l I朋k岫钿 图28无极性锯齿波频谱图Fig28 Spectrum ofsawtooth waveform without polarity5无极性等幅指数脉冲波： Lf(t：k i、 一 r 1 A r1 r 77墨五图29无极性等幅指数脉冲Fig-29 Pulse

22、 ofexponent with se amplitude and without polarity傅里叶表达式为：巾)=nffil，3，5t船4 aT cos慨魄) 眨声i菰尹州帆I Q_2降。这种脉冲波与神经系统传导波形相似，对组织能起接近于生理性刺激的作用，用于治疗功能型疾病，适于生理治疗。而由于它的无极性(平均值为O)，所以对人体损伤不大。根据理疗学知识，用各种波形的电流(即不同频率)作用于人体，可达到不同的治频谱图为：。rP芦4ATM(a! 30 5D 7m图210无极性等幅指数脉冲频谱图Fig210Spectrumofpulseofexporlentwithsame amplitu

23、de andwRhoutpolarity疗目的，在理疗学上，一般规定低频为100-500Hz，中频为1K-lOOK，高频为100K以上，此外还有超高频，微波等各种频率的电波，不同频率的电波作用于人体，可治疗不同的疾病。其中，中频电波当中，2K左右的电波对腹泻等疾病有很好的疗效，而68K的电波又具有按摩作用，为了同时达到这样两种效果，我们应选择一种基波和三次谐波占较大比重的波形，例如我们选用一种基波为24K，则其三次谐波频率为72K的治疗波形，就符合上述的要求。按照以往的理疗学是用波形实验，直接用不同频率正弦波合成新的波形，而我们选择波形则有频谱依据，经过频谱分析，把一种波分解为几种正弦波的组合

24、，分别治疗各种疾病。经过上述的频谱分析，我们选用了微分波(即等幅无极性指数脉冲波)，它满足上述切要求，且与神经系统传导波形相似，另外，可以使肌体所能承受的治疗阈值与治疗中的疼痛阈值有明显的分离，即使痛阈低于治疗阈值。因此电子治疗仪选用等幅无极性指数脉冲波作为治疗波形。23载波波形选取首先画出前面讨论的各种波形的归一化幅频特性比较曲线其中：Z一极性矩形波厶一一无极性矩形波正一一无极性三角波五一一无极性矩齿波五一一无极性等幅指数脉冲波中频电子治疗仪的波形研究与设计图211归一化幅频特性曲线Fir：21 1 Characteristic ofamplitude and frmtmaey从图中可以看出

25、矩形波、三角波、锯齿波的三次谐波幅值相对于基波幅值之比最大值仅有13，临床治疗证明：若使三次谐波达到对人体治疗起肌肉收缩及明显的动感作用，则基波的幅值就必然过大，会引起治疗部位剧裂疼痛，即超过了所谓痛阈，所以上述波形不能使肌肉收缩而引起的动感阈值与痛阈分开。而对于指数脉冲波，其三次谐波的幅值相对于基波幅值之比可达到5132，能使治疗阈与痛阈明显地分离。此外，指数脉冲波形不仅能与人体神经传导系统的波形相吻合，而且电路也较易实现，符合提高三次谐波相对于基波的幅值，应遵循的原则：(1)所设计的波形要与人体神经传导系统的波形一致，以便加强人体有关器官和组织的电刺激作用。(2)其输出波形的三次谐波幅值相

26、对于基波幅值应尽可能的大。(3)所设计的输出波形要便于用电路实现。综上所述，确定无极性指数脉冲作为中频电子治疗仪的载波。24调制波的选取人体对等幅输出的治疗波形具有较强的适应性，为克服这一缺点，我们采用正弦调幅治疗波形为输出的治疗波形。241周期性函数调幅被优化出的等幅无极性指数脉冲治疗波形的付里叶级数表达式为： 厂 1 J 1f(t)-。萎5l雨静啪s(“a，ot+lQ13lO大连理工大学专业学位硕士学位论文其中：T=2，rcoo=1fo为重复周期(fo为治疗波频)=tgriCOoa为初相位r为时间常数：口=lf为衰减因子现以周期性正弦函数调幅的无极性指数脉冲治疗波形进行分析。下图所示的正弦

27、调幅治疗波形的傅里叶级数表达式为： 们)_(1+msinDt)。萎，雨静啪咖(90i+砧Q一4JQ汛矾一r ：匕匕上上7文 t图212正弦调幅的无极性指数脉冲波形Fi9212 Waveform ofNon-polarity exponent pulse with sine amplitude modulation上式中，Q为调制波形的角频率，脚=乡幺为调制指数。AV，彳。均为常数。中频电子治疗仪的波形研究与设计3电子治疗仪的电路设计与参数选择31实现电路简述 一一圈一圈一圈固一圆圆圈一因 t J图31实现过程波形Fi931 Sysetem structure schematics各部分分析：(

28、1)正弦波震荡器：产生低频正弦信号，设计中采用双T稳幅选频电路震荡器。(2)两级射随器：将前级产生的低频正弦信号通过射随器加一直流电平，产生正弦曲线调制波，且射随器R一高，R m低，起到级间隔离作用，提高了信号的带载能力。(3)方波发生器：将震荡器产生的正弦电流进行采样，得一正弦调制的方波波形。(4)微分电路：实现双向无极性指数脉冲。(5)互补射随器：使从微分电路中来的信号达到一定幅度。(6)推挽功放：将信号进行功率放大，得到所需波形。32参数确定正弦调幅的无极性指数脉冲fE(t)=(1+msinf2t)E4AoT(a2-n12w02)lr2eos(nwot_On)n=l，3，5 (31)所含

29、参数为：Ao载波幅值 w0载波角频率Q调制频率 m调制系数T脉冲周期 a指数脉冲的衰减系数由第二章所述要求，我们可把调制正弦波fo选为180HZ-士10HZ，载波为2K左右，选定2200 HZ-L100HZ，这样三次谐波刚好落在6000 HT_一8000HZ内，对m值，根据临床经验数据，选为200一30，Ao与a为电路技术指标。我们将根据技术要求，对整机各部分电路进行参数计算，整机指标为：(1)工作电压220V士10交流50HZ大连理工大学专业学位硕士学位论文(2)功率消耗Pl时 (36)由图中频率曲线可以看出，当w=wo=l2nRC时，幅频特性的幅值最小，即输出电压幅度最小，为0，此时，相频

30、发生突跳，即信号经过对称网络时相位变化rd2(-z2)瓢，输入输出电压反相。当wWO时，输出电压超前输入电压(小于兀2)当、wo时，(或WW0时，(或WRJ2时，由特性曲线可看出AtlhAw0，Aw增强，诉增强，即输出比原输入超前啷，震荡速度加快，即此时的震荡频率增大。(2)RlR2时)图34特性曲线Fig34 Charaet蜊stic offrequency332稳幅电路设计震荡器稳幅电路是电压并联负反馈电路，如图210W中频电子治疗仪的波形研究与设计当输出(A端)的正弦波幅度产生一增量AV时，则波形的正半周(输入值大于U-85倍输入)，通过R33C9_D广-R5一地回路对C9充电，此时C9

31、上的电压为AV，在波形的负半周，C9放电，并对C8充电，回路为地_R广8_国广_C9R33，充电后的C8有2AV电压，使B点的电位下降，从而导致B点电位下降，最终起到稳定输出A端电压幅值的作用，即起到波形稳值的作用，此外，调节R33可以把电容Cs的电压稳定下来。333稳幅震荡器参数计算已知条件：震荡频率岛Fl 80HZ 1仁1fo6ms震荡幅度Es=2v电源电压E=15V +15V三极R1图35反馈电路图Fig35 Schematics offeed back circuitA反馈端大连理工大学专业学位硕士学位论文图36震荡器原理图Fig36 Schematics ofoseiUator对称的

32、双T选频网络的输入阻抗为070TR，这个电路与风并联为了减小它对R8的影响，也即是不使反相器放大倍数很低，R应比R暑大得多才好，这里，我们取R=5风网络输入阻抗0707 R=3535 Rs对于双T网络，其反相器还应有一定的放大倍数，震荡器的输出阻抗基本上等于I【8，所以对于反相器的放大倍数有直接影响，它应取大小适中，否则降低震荡器本来就不是很强的带载能力，对下级射随就有了更高的要求，否则震荡器将不稳定。当R3VBE (37)妒BIB (38)v(矿Ec-Ic (39)图37射随器原理图Fig37 Schematics ofemiter following(2)电压放大倍数Ao_VoVi(1+p

33、)RL-(rbc+(1+助】-pRL“rbc+pIfbc且Dl时，ri。=pRlri=Rb，ri=RbpRL-3RL (312)(2)ro=V410 Io=一I。 (313)ro=(+rbe)p研Vp (314)特征：电压放大倍数小于1而接近于1，输出与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，虽然射随器的电压放大倍数小于l，但它输入阻抗高，可减小放大器对信号源(前级)所取的信号电流，输出阻抗低，可减小下一级电路以它的影响，所以具有很强的带载能力，另外，它对电流有放大作用。342射随器藕合电路采用两级射随器是为了起到更好的隔离作用，使震荡器与下级电路之间的影响进一步减小，如图图38射随耦合电路图F

34、ig38 Schematics ofemiter coupling出多级射随器置于双T网络的震荡器和分频采样电路之间，起隔离作用，同时起阻抗变换作用，由于放大器输出阻抗低，加负载后对电压的影响极小，则输出量恒压状态。从震荡器输出的正弦波(低频)经过隔离后经c9到BG2管的基极，由于BG2管偏置电阻的作用，正弦波加在一直流电平上，经二极射随器后，输出电压值将接近于原来的1倍。由于BG2 BG3直接耦合，温度特性将变差，但由于输入功率小，所以温度不会很高，可以忽略。大连理工大学专业学位硕士学位论文343多级射级输出器的参数计算已知条件：1、直流分量F。=IOVVcs=10V2、输出电流It,=O2

35、8 mA3、电源电压E=15V射随器输出波形如下；f【t)0 图39射随器输出波Fig39 Waveform ofemiter following outputt令I。3=15Ib=15x028=42mA，所以，R16=V c3，I鸪=10V42mA=238慰2，可取为22 KQ。假定BG2射极电阻R13=30ICQ，V砬=10V，Ic2=1030-0，5 mA。设BG2的电流放大倍数为舷=50，所以Ib2-Ip2-O5 mA50=005 mA如果用IA表示流过RIO，Rll的电流，据经验公式：IA_(15-20)Ib2，取IA=17Ib2=17x001mA=017 mA，所以R10+RII=

36、EIA-88 KQ设BG2的基极电流(静态)为V bZ=10V所以，Rll=VIA=10V017mA=58 KQR10=88 KQ-RII=30 KQ实际电路中取R10=30 KQ，R11=56 KQ，BG2，BG3均用3DG6D。35分频采样电路设计351电路选取分频采样主要是将一定的低频正弦波分频采样，所得正弦脉冲波，这里，可用CMOS集成电路CC4013来完成。一21中频电子治疗仪的波形研究与设计CC4013是CMOS数字集成电路元件，属CC0000系列产品，由一对主从D触发器组成，触发器由时钟上升沿触发，置复位有效电平为“l”，这两个触发器共用一组电源，触发改变依赖于脉冲的沿作用，时钟

37、脉冲触发时输入数据，由D端输入，Q端输出。图310分频采样电路Fig310Schematics offrequency divided sampleCC4013真值表CC4013具有以下特点：功耗低，噪声容限大，电源电压要求宽，工作温度范围大。CC4013输入阻抗高达1010Q以上，所需驱动电流极小，在CP作用下，输出的高电平仅比电流VDD低005V，为此，我们可以将低频信号加在Vtx)端，并将CCA013联成计数状态，同时用载波脉冲作CP，控制输出端电平转换速度。大连理工大学专业学位硕士学位论文圈31l时钟脉冲电路圈Fig311 Schematics ofclockpulseM卜托斑我们利用

38、CC4013输出电平近似等于电源电平的特点，只用一个D触发器在使用中将Rls为0，这时D触发器工作在计时状态，将D和Qt联接，成为二分频电路。竺广厂厂厂厂图312触发信号F培312 Waveform oflrigger signalO 圈313输入形F培313 Waveform ofinput signm中频电子治疗仪的波形研究与设计f【t)L，7：；尹 、m一，厂厂I卢；O图3，14调制信号波形Fig314 Waveform ofmodulation signal这样，CC4013完成了分频采样任务。由于CMOS电路输入端信号幅度不能超过电源电压，所以，加了一个开关二极管D3，当CP位高于电

39、源电压时，D3导通，避免输入信号过大烧坏CC4013。D3起限压作用，由于D触发器工作在计时状态时，VDD易产生毛刺，使波形失真，所以加电容使波形光滑。 352微分电路及分频采样器参数计算已知条件： (1)前极输出E。=lO5V士2V(其中105 V是直流成分，d：2V为交流成分)(2)输出脉冲周期T=1，仁l2x2K=045mS(3)脉冲宽度tp=T2=0227mS(4)要求微分后尖项脉冲在tp内从最大降至01E。 。在选择电阻R(R23+WI)时应注意它是接在D触发器的输出端，这就必须考虑D触发器的带载能力，已知，其输出电流为34mA。CC4013输出脉冲为单边正弦调制脉冲，这是由采样后得

40、到的最大脉冲幅度为125V。CC4013集成块的特点是它们的输出电压小于输入电压，所以，125V(R23+W0125V34mA=368KQ，即R368KQ，这里可采用R2a=39 KQ，W为电位器(啦47 KQ)Vc(t)=o1E=O1x105=105V，t=tr-=o227m8整理得，01E=Em+(0-E。) (1Rcl6)所以，-tRCl6-ln01 C16-tR In0，1=-0227x10-390x103xln01-2465PF设V旷105V，Rlf=47l(12f1)大连理工大学专业学位硕士学位论文于是，R1f(15105)105 R1s=201 IQ，可取2 KQCls为100u

41、F，耐压为25V的电解电容。Ci4为了滤除电源电压的毛刺而设计，实取C14=0047心D3为开关二极管，起箝制电位的作用，因为CC4013要求Vcl叠，t-，可取2CK型二极管。36方波发生器的设计361方波发生器原理方波发生器产生具有一定宽度的脉冲，又叫RC脉冲震荡器或时钟脉冲发生器。图315原理圈Fig315 Square wave generatorYl、y2、Y3是CC4069的3个反相器，R12，R15串联跨接在Yl反相器的输入输出端，所以，Yl、Y2两个反相器均偏置在放大区，符合震荡条件。262假定B=I，开机时，y2反相，C13=O，开始充电，电源通过电阻R15向电容C13充电，当充到Ew2时，即D点的对地电位为Ew2时，A点电位也为Ew2，Yl发生翻转，B=0，则y2输出为C=I。在Y。发生翻转的瞬间，D点对地的电位是E、+Ew2，A点的电位突然由Ew2变成Ew+Ew2，使B点的电位进一步稳定在低电平上，这时C，3通过R。，放电，放电结束后电源又向电容C13充电，通过R15到Ew2，这时R15上的电平，即是D点对地的电位Ew2，Y1又发生翻转，使B=I，C=0，实现震荡。