脉冲的产生和整形练习题及答案

1第六章脉冲的产生和整形练习题及答案[6.1]用施密特触发器能否寄存1位二值数据，说明理由。[解]不能，因为施密特触发器不具备记忆功能。[6.2]在图P6.2（a）所示的施密特触发器电路中，已知kR101，kR302。G1和G2为CMOS反相器，VDD=15Ｖ。（1）试计算电路的正向阈值电压ＶＴ＋、负向阈值电压ＶＴ－和回差电压△VT。（2）若将图P6.2（b）给出的电压信号加到P6.2（a）电路的输入端，试画出输出电压的波形。［解］(1)VVVRRVTHT1021530101121VVVRRVTHT521530101121VVVVTTT5(2)见图A6.2。［6.3］图P6.3是用ＣMOS反相器接成的压控施密特触发器电路，试分析它的转换电平ＶT+、VT-以及回差电压△ＶT与控制电压ＶCO的关系。2[解]设反相器G1输入端电压为,I则根据叠加定理得到3123102132132132////////////RRRRRRRRRRVRRRRRCOII（1）在I升高过程中00。当升至THIV时，TIV，因而得到2132132132////////RRRRRVRRRRRVVCOTTH3232121321////////RRRRRRRRRRVVVCOTHTCOTHVRRRRRRV3121311（2）在I降低过程中DD0V。当降至THIV时，TIV，于是可得312312132132132////////////RRRRRVRRRRRVRRRRRVVDDCOTTH323213123121321////////////RRRRRRRRRRVRRRRRVVVDDCOTHTCOTHVRRRRRRV3121311（3）DDTHTTTVRRVRRVVV21212（与VCO无关）根据以上分析可知，当Vco变小时，VT+和VT-均增大，但回差电压△VT不变。[6.4]在图P6.4施密特触发器电路中，若G1和G2为74LS系列与非门和反相器它们的阈值电压VTH=1.1V，R1=1KΩ，二极管的导通压降VD=0.7V，试计算电路的正向阈值电压VT+、负向阈值电压VT-和回差电压△VT。[解]（1）01,0OOI，。)(212DIIVRRRυI增加，υIˊ也增加，当υI=VT+时，υIˊ=VTH=1.1V，即)(212DTTHVVRRRV3所以V35.27.01.1221VVRRRVDTH221T（2）101OOI，，υI减小，D截止，υIˊ≈υO=1，当υI=VT-=VTH时，01OO，所以VVVTHT1.1VVVRRVDTHT25.17.01.12121[6.5]图P6.5是具有电平偏移二极管的施密特触发器电路，试分析它的工作原理。并画出电压传输特性，G1、G2、G3均为TTL电路。[解]设门的阈值电压为VTH，二极管导通电压为VD，当输入电压为υI=0时，D导通，G2输入υIˊ为“0”，υ0为高电平，G3输出为1，所以0为低电平；随着υI增大，当υI≥VTH（υIˊVTH），G3输出为0，使0为高电平，此时G2输入均为1，所以υ0变为低电平。若υI继续增大，υ0不会发生变化。若将υI从高电位逐渐减小，则只有使G1输入电压υIˊ小于VTH时，υI才会又变为高电平，而此时υIVTH-VD，因而电压传输特性如图A6.5所示。[6.6]在图P6.6的整形电路中，试画出输出电压υ0的波形。输入电压υI的波形如图中所示，假定它的低电平持续时间比R、C电路的时间常数大得多。[解]稳态时，υIˊ=1，υO=0，当υI上跳，经RC微分电路υIˊ亦上跳，之后回到稳态；当υI下跳，υIˊ亦下跳（υO上跳为1），之后回到稳态，当υIˊ≥VT+时，υO回0。如图A6.6所示。4[6.7]能否用图P6.6中的电路作单稳态触发器使用？试说明理由。[解]由于反相器输入端电压（图A6.6中的1）随1脉冲的幅度变化和下降的好坏而改变，所以严格地讲，这不是一个单稳态触发器电路。只有在输入脉冲的幅度和下降沿不变的情况下，才可以产生固定宽度的输出脉冲。[题6.8]在图6.3.1给出的微分数型单稳态触发器电路中,已知kR51，FC01.0，电源电压VDD=10V，试求在触发信号作用下输出脉冲的宽度和幅度。[解]根据式（6.3.2）、式（6.3.3），得到输出脉冲的宽度TW=RCln2=51×103×0.01×10-6×0.69s=0.35ms输出脉冲幅度Vm=VOH－VOL≈VDD=10V[6.9]图P6.9是用TTL门电路接成的微分型单稳态触发器，其中Rd阻值足够大，保证稳态时υA为高电平。R的阻值很小，保证稳态时υI2为低电平，试分析该电路在给定触发信号υI作用下的工作过程，画出υA、υO1、υI2和υO的电压波形，Cd的电容量很小，它与Rd组成微分电路。[解]（1）根据TTL电路的输入负载特性，由于Rd足够大，所以稳态时υA=VTH，相当于高电平；由于R的阻值很小，所以稳态时υI2为低电平（≈0）；因此稳态时υO=“1”，υO1=“0”。（2）υI下跳，υA下跳，υO1上升，υI2上升，υO下跳，由于Cd很小，微分后υA很快回到VTH电平，而υO的低电平封锁了G1，使υO1继续保持高电平，它对C充电，使υC增加，υI2减小，当υI2≤VTH时，υO上跳为高电平，υO1下跳，υI2下跳，之后C放电，使υI2回到稳态“0”，暂稳态结束。（3）υI上跳，υA上跳（＞VTH），后面的电路不动作，经微分后，υA很快回到稳态。（4）对应于υI的每一次下跳，υO输出固定宽度为tw的负脉冲。各点波形如图A6.9所示。5[6.10]在图P6.9中，若G1、G2为TTL门电路，它们的VOH=3.2V，VOL=0V，VTH=1.3V，R=0.3kΩ，C=0.01μF，试求电路输出负脉冲的宽度tw。解：因为R=0.3kΩ，由TTL门电路输入负载特性知，稳态时υI2≈0.3V。电路各点波形及幅值如图A6.10所示。电路输出负脉冲的宽度tw即由VIH（t0时刻）下降到VTH（t1时刻）所需时间。根据电路暂态三要素法tIIIIet)]()0([)()(2222其中υI2(∞)=0V，υI2(0+)=VIH=0.3+（3.2–0）=3.5V，τ=RC=300×10-8=3μs∴sVRCtTHIW33.15.3ln3)0(ln2[6.11]在图6.3.5的积分型单稳态触发器电路中，若G1和G2为74LS系列门电路，它们的VVOH4.3，VOL≈0，VTH=1.1V，R=1k，C=0.01F，试求在触发信号作用下输出负脉冲的宽度。设触发脉冲的宽度大于输出脉冲的宽度。[解]设门电路输出低电平VOL≈0，输出电阻RO小，可以忽略，则得到ssRVRCTTHOHW3.111.14.3ln1001.0101ln63[6.12]图P6.12是用两个集成电路单稳态触发电器74121所组成的脉冲变换电路，外接电阻和外接电容的参数如图中所示。试计算在输入触发信号I作用下01、02输出脉冲的宽度，并画出与I波形相对应的01、02的电压波形。I的波形如图中所示。6[解]01、02输出脉冲的宽度TW1、TW2分别为TW1=0.69×22×103×0.13×10-6s≈2msTW2=0.69×11×103×0.13×10-6s≈1ms01、02的波形如图A6.12所示。[6.13]在图6.4.1所示的对称式多谐振荡器电路中，若RF1=RF2=1kΩ，C1=C2=0.1μF，G1和G2为74LS04（六反相器）中的两个反相器，G1和G2的VOH=3.4V，VTH=1.1V，VIK=-1.5V，R1=20kΩ，求电路的振荡频率。[解]根据式（6.4.5）可知，振荡周期为THEIKEEVVVVCRTln2其中kkRRRRRFFE95.012012011VVVVVVRRRVVBEOHCCFFOHE44.3)7.04.35(12014.3)(1故得到sT4631042.11.144.355.144.3ln101.01095.02振荡频率为04.71TfkHz[6.14]图P6.14是用COMS反相器组成的对称式多谐振荡器。若RF1=RF2=10kΩ，C1=C2=0.01μF，RP1=RP2=33kΩ，试求电路的振荡频率，并画出vI1、vO1、vI2、vO2各点的电压波形。7[解]在RP1、RP2足够大的条件下，反相器的输入电流可以忽略不计，在电路参数对称的情况下，电容的充电时间和放电时间相等，据此画出的各点电压波形如图A6.14(a)所示。图A6.14（b）是电容充、放电的等效电路。由等效电路求得振荡周期为T=2RFCln3=2×10×103×10-8×1.1s=2.2×10-4s故得振荡频率为55.41TfkHz，、[6.15]在图P6.15非对称式多谐振荡器电路中，若G1、G2为CMOS反相器R1=9.1kΩ，C=0.001μF，RP=100kΩ，VDD=5V，VTH=2.5V，试计算电路的振荡频率。[解]T1=RFCln3，T2=RFCln3T=T1+T2≈2.2RFC=2.2×9.1×103×10-9=20.02×10-6s∴f=1/T=50kHz[6.16]如果将图P6.15非对称式多谐振荡器中的G1和G2改用TTL反相器，并将Rp短路，试画出电容C充、放电时的等效电路，并求出计算电路振荡频率的公式。[解]用TTL门电路实现图A6.16所示电路时，充电回路（如图A6.16（a）所示）有两个，其中之一是，Vcc通过门G1内部R1电阻及T1管发射结对C充电，因而充电时间常数可近似认为（RF//R1）C，这里认为R0、R0′可忽略。放电回路如图A6.16（b）所示，其振荡周期可根据公式求出。8THOHTHFVVVCRTln1THOHIKOHFVVVVCRRTln)//(12式中VTH为阈值电压，VIK为二极管导通电压且认为VOL≈0。在R1RF的条件下，RF//R1≈RF，这时可得到其振荡周期近似公式：THOHIKOHTHOHTHFVVVVVVVCRTTTln21[6.17]图P6.17是用反相器接成的环形振荡器电路。某同学在用示波器观察输出电压vo的波形时发现，取n=3和n=5所测得的脉冲频率几乎相等，试分析其原因。[解]当示波器的输入电容和接线电容所造成的延迟时间远大于每个门电路本身的传输延迟时间时，就会导致这种结果。[6.18]在图P6.18所示环形振荡器电路中，试说明：（1）R、C、RS各起什么作用？（2）为降低电路的振荡频率可以调节哪能些电路参数？是加大还是减小？（3）R的最大值有无限制？[解]（1）当RR1+RS（R1为TTL门电路内部电阻）时振荡频率决定于R、C，RS的作用是限制G3输入端流过的电流。（2）增大R、C数值可使振荡频率降低。（3）根据反相器的输入端负载特性可知，R不能过大。否则由于R和RS上的压降过大，当vO2为低电平时vI3将被抬高到逻辑1电平。[6.19]在上题所示的环形振荡器电路中，若给定R=200Ω,RS=100Ω，C=0.01μF，9G1、G2和G3为74系列TTL门电路（VOH=3V，VOL≈0，VTH=1.3V），试计算电路的振荡频率。[解]根据式（6.4.8）得到ssVVVVVVVRCTTHTHOHTHOHTHOH4.43.13.133.133.16ln1001.02002ln6