1、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 kR10,kR302。G 1 和 G2 为 CMOS 反相器,V DD=15。(1)试计算电路的正向阈值电压 、负向阈值电压 和回差电压V T。(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) VVRTHT 102531012 2TT5(2) 见图 A6.2。6.3 图 P6.3 是用MOS 反相器接成的压控施密特触发器电路,试分析它的转换电
2、平 T+、 VT- 以及回差电压 T 与控制电压 CO 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 312021332 / RRVRCOI (1)在 I升高过程中 0。当升至 THI时, TIV,因而得到213321 /VCOTH213/RRCOT COTHVR31231(2)在 I降低过程中 D0。当降至 IV时, I,于是可得 312213321 /VDCOTH 321 / RRRDCO COTHV3231(3) DTHV21(与 VCO 无关)根据以上分析可知,当 Vco 变小时,V T+ 和 VT- 均增大,但回差电压V T 不变。6.4 在图 P6.4 施密特
3、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,R 1=1K,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V T。解 (1) 01 ,0OI, 。 )(2DII VR I 增加, I也增加,当 I = VT+ 时, I=V TH =1.1V,即)(21TTHV3所以 V35.2701.2VRVDTH21T (2) 0OI , I 减小,D 截止, I O =1,当 I = VT- = VTH 时, 01O,所以 TH1.VRDTHT 2570.221 6.5 图 P6.5 是具有电平偏移
4、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,G 1、G 2、G 3 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 I = 0 时,D导通,G 2 输入 I为“0” , 0 为高电平,G 3 输出为 1,所以 0为低电平;随着 I 增大,当 I VTH( I VTH ) ,G 3 输出为 0,使 为高电平,此时 G2输入均为 1,所以 0 变为低电平。若 I 继续增大, 0 不会发生变化。若将 I 从高电位逐渐减小,则只有使 G1 输入电压 I小于 VTH 时, I 才会又变为高电平,而此时 I RF 的条件下, RF / R1R
5、F ,这时可得到其振荡周期近似公式: THOIKTHln216.17 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 RR 1+R S(R 1 为 TTL 门电路内部电阻)时振荡
6、频率决定于 R、 C,R S 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 vI 3 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=200, R S =100,C=0.01 9F,G 1、G 2 和 G3 为 74 系列 TTL 门电路(V OH=3V,V OL0,V TH=1.3V) ,试计算电路的振荡频率。解 根据式(6.4.8)得到 sRCTTHOTOH 4.3.1.6ln10.2 ln振荡频率为 kzf27
7、6.20 在图 P6.20 电路中,己知 CMOS 集成施密特触发器的电源电压VDD=15V,V T+ = 9V,V T- = 4V。试问:(1)为了得到占空比为 q=50%的输出脉冲,R 1 与 R 2 的比值应取多少?(2)若给定 R 1=3k,R 2 =8.2k,电路的振荡频率为多少?输出脉冲的占空比是多少?解 ()q=50%,则 t1 / t2 =1,即 439ln61 ln212 RVCRTDT() TTDVCt lln12 ms37.049n05.36105.12.8 63 f =1 / T 2.7 k Hz, q = t1 / T0.676.21 图 P6.21 是用 LM566
8、 接成的压控振荡器(原理图见图 6.4.21) 。给定Rext=10k,C ext=0.01F,V CC=12V,试求输入控制电压 vI 在 912V 范围内变化时,输出脉冲 v 02 频率变化范围有多大?10解 由式(6.4.22)知,振荡频率为 120.10)(2)(263ICextI vVRvf当 v1 =9V 时,代入上式得到 f=5kHz。当 v1=12V 时,f=0。6.22 上题中若输出矩形脉冲的高、低电平分别为 11V 和 5V,试问用什么办法能把它的高、低电平变换成 5V 和 0.1V?解 可采用图 A6.22 所示的方法。在图(a)电路中,电路参数的配合应保证 vI =5V
9、 时三极管 T 截止,v I =11V 时 T 饱和导通。在图(b)电路中,稳压管的工作电压取略大于 5V,并应保证 v1=11V 时 R2 上的电压高于 OC 门的阈值电压。6.23 图 P6.23 是用 LM331 接成的温度/频率变换器。其中 R L 是热敏电阻,它的阻值和温度的关系为 R L = R 0(1-T) 。R 0 为 t =25时的阻值, 为温度系数,T 为偏离基准温度(25)的温度增量。若给定 R 0 =100k,=0.05,其它元件参数如图中所标注,试求:(1)t =25时的初始振荡频率。(2)温度每变化 1振荡频率改变多少?解 (1)根据式(6.4.27)可求出 t =
10、25时的振荡频率 f 0。因为 v1= VREF,故得 kHzRCVfTEFS 118.60929209.2 363 (2)由式(6.4.27)得出1120)1(9.2()( TRCVTdfTREFS在温度为 25附件(T 很小)时,上式可近似为:HzffTEFS 5105. .)( 30即在 25附近温度每升高 1频率增加 55Hz。6.24 在图 6.5.2 用 555 定时器接成的施密特触发器电路中,试求:(1)当 VCC=12V 而且没有外接控制电压时,V T+、V T- 及 V T 值。(2)当 VCC=9V,外接控制电压 VCO=5V 时,V T+、V T-、V T 各为多少。解(
11、1)ccTT 43183, TT4(2) COCO5.25, 5.26.25 图 P6.25 是用 555 定时器组成的开机延时电路。若给定 C =25 F,R =91k,V CC=12V,试计算常闭开关 S 断开以后经过多长的延迟时间 vO 才跳变为高电平。解 延迟时间等于从 S 断开瞬间到电阻 R 上的电压降至 CTV31的时间,即 sCVRCTD 5.2091.3ln310ln 6 6.26 在使用图 P6.26 由 555 定时器组成的单稳态触发器电路时对触发脉冲的宽度有无限制?当输入脉冲的低电平持续时间过长时,电路应作何修改?解 对输入触发脉冲宽度有限制,负脉冲宽度应小于单稳态触发器
12、的暂态时间 Tw,当输入低电平时间过长时,可在输入端加一微分电路,将宽脉冲变为尖脉冲如图 A6.26 所示,以 I做为单稳态电路触发器脉冲。126.27 试用 555 定时器设计一个单稳态触发器,要求输出脉冲宽度在 110s 的范围内可手动调节,给定 555 定时器的电源为 15V。触发信号来自 TTL 电路,高低电平分别为3.4V 和 0.1V。解 电路图如图 P6.26 所示,取电容 C 的值为 100F。根据 TW1.1RC,为使 TW=110 秒可调,可将 R 分为两部分,一部分为固定电阻R,一部分为电位器 RW。 kC91011max.ini 6所以可取 R=8.2k,R W=100
13、k6.28 在图 P6.28 用 555 定时器组成的多谐振荡器电路中,若 R1=R2 =5.1k,C =0.01F,V CC=12V,试计算电路的振荡频率。解 T=T1+T2=(R 1+2R2)C ln2 =( 5.1+25.1)10 310-80.7=106sf =1/T=9.43kHz6.29 图 P6.29 是用 555 定时器构成的压控振荡器,试求输入控制电压 1和振荡频率之间的关系式。当 1升高时频率是升高还是降低?解 由式(6.5.2)及式(6.5.3)知,振荡周期为13TTCVRVRTlnln)( 22121将 I,ITV代入上式后得到 2ln2ln)(121 RVRC振 荡
14、频 率 下 降变 大升 高 时当 ,1T。6.30 图 P6.30 是一个简易电子琴电路,当琴键 S1Sn 均未按下时,三极管 T 接近饱和导通, E 约为 0V,使 555 定时器组成的振荡器停振,当按下不同琴键时,因R1R n 的阻值不等,扬声器发出不同的声音。若 RB=20k, R1=10K,R E=2k,三极管的电流放大系数 =150,V CC=12V,振荡器外接电阻、电容参数如图所示,试计算按下琴键 S1 时扬声器发出声音的频率。解 当 S1 按下时,可以认为 R1 中流过电流近似等于 RB 中流过电流,三极管基极电流 IB 可忽略,I R1I RB,因此 R1 上电压 VVCB41
15、设 T 为锗管,导通时发射结电压 0.2V,则 RE 上电压 VRE=VR1V EB 4V,则VE = VCC VRE = 8V TTcCR0lnln)(其中 ET421, E8msT 1.2/ln1.8/ln0.)10( 6463 HzTf 76.31 图 P6.31 是用两个 555 定时器接成的延迟报警器,当开关 S 断开后,经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音,如果在延迟时间内 S 重新闭合,扬声器不会发出声音,在图中给定的参数下,试求延长时间的具体数值和扬声器的频率,图中的 G1 是CMOS 反相器,输出的高、低电平分别为 VOH 12V,V OL 0V。14解 图 P6.31 中
16、左边一个 555 定时器接成了施密特触发器,右边一个 555 定时器接成了多谐振荡器。当开关 S 断开后电容 C 充电,充至 VT+=2/3VCC 时,反相器 G1 输出高电平,多谐振荡器开始振荡。故延迟时间为 sVcRCtTd 182ln10ln66扬声器发声频率为 kHzf 62.9l.5/2l)/(1 636.32 图 P6.32 是救护车扬声器发音电路。在图中给出的电路参数下,试计算扬声器发出声音的高、低音频率以及高、低音的持续时间。当 VCC=12V 时,555 定时器输出的高、低电平分别为 11V 和 0.2V,输出电阻小于 100。解 图 P6.32 中两个 555 定时器均接成
17、了多谐振荡器。(1) 1O的高电平持续时间为t H = (R1+R2 ) C1 ln2 = 1601031010 60.69s=1.1s这时 =11V。由图 A6.32 可以用叠加定理计算出,加到右边 555 定时器 5 脚上的电压 VCO=8.8V。因此,V T+=8.8V、V T-=4.4V。振荡器的振荡周期,亦即扬声器声音的周期为2lnln52541 CRTTCs 69.01.018.4l10.0 363=1.6310-3s HzTf61(2) 1O的低电平持续时间为t L = R2C1ln2 = 1501031010 60.69 =1.04s这时 =0.2V,由图 A6.32 可以算出,加到右边一个 555 定时器 5 脚上的电压VCO=6V,故 VT+=6V、V T-=3V。振荡周期为15sT 69.01.01623ln10.103632=1.1410-3sHzf8762至此可知,高音频率为 876Hz,持续时间 1.04s。低音频率为 611Hz,持续时间 1.1s。