數字電子技術基礎 第四版 課后答案6

./脈沖波形的產生和整形[題6.1]用施密特觸發(fā)器能否寄存1位二值數據,說明理由。[解]不能,因為施密特觸發(fā)器不具備記憶功能。[題6.2]在圖P6.2〔a所示的施密特觸發(fā)器電路中,已知,。G1和G2為CMOS反相器,VDD=15Ｖ。〔1試計算電路的正向閾值電壓ＶＴ＋、負向閾值電壓ＶＴ－和回差電壓△VT?！?若將圖P6.2〔b給出的電壓信號加到P6.2〔a電路的輸入端,試畫出輸出電壓的波形。［解］<1>見圖A6.2。［題6.3］圖P6.3是用ＣMOS反相器接成的壓控施密特觸發(fā)器電路,試分析它的轉換電平ＶT+、VT-以及回差電壓△ＶT與控制電壓ＶCO的關系。[解]設反相器G1輸入端電壓為則根據疊加定理得到〔1在升高過程中。當升至時,,因而得到〔2在降低過程中。當降至時,,于是可得〔3〔與VCO無關根據以上分析可知,當Vco變小時,VT+和VT-均增大,但回差電壓△VT不變。[題6.4]在圖P6.4施密特觸發(fā)器電路中,若G1和G2為74LS系列與非門和反相器它們的閾值電壓VTH=1.1V,R1=1KΩ,二極管的導通壓降VD=0.7V,試計算電路的正向閾值電壓VT+、負向閾值電壓VT-和回差電壓△VT。[解]〔1。υI增加,υIˊ也增加,當υI=VT+時,υIˊ=VTH=1.1V,即所以〔2υI減小,D截止,υIˊ≈υO=1,當υI=VT-=VTH時,所以[題6.5]圖P6.5是具有電平偏移二極管的施密特觸發(fā)器電路,試分析它的工作原理。并畫出電壓傳輸特性,G1、G2、G3均為TTL電路。[解]設門的閾值電壓為VTH,二極管導通電壓為VD,當輸入電壓為υI=0時,D導通,G2輸入υIˊ為"0”,υ0為高電平,G3輸出為1,所以為低電平；隨著υI增大,當υI≥VTH〔υIˊ>VTH,G3輸出為0,使為高電平,此時G2輸入均為1,所以υ0變?yōu)榈碗娖?。若υI繼續(xù)增大,υ0不會發(fā)生變化。若將υI從高電位逐漸減小,則只有使G1輸入電壓υIˊ小于VTH時,υI才會又變?yōu)楦唠娖?而此時υI<VTH-VD,因而電壓傳輸特性如圖A6.5所示。[題6.6]在圖P6.6的整形電路中,試畫出輸出電壓υ0的波形。輸入電壓υI的波形如圖中所示,假定它的低電平持續(xù)時間比R、C電路的時間常數大得多。[解]穩(wěn)態(tài)時,υIˊ=1,υO=0,當υI上跳,經RC微分電路υIˊ亦上跳,之后回到穩(wěn)態(tài)；當υI下跳,υIˊ亦下跳〔υO上跳為1,之后回到穩(wěn)態(tài),當υIˊ≥VT+時,υO回0。如圖A6.6所示。[題6.7]能否用圖P6.6中的電路作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使用？試說明理由。[解]由于反相器輸入端電壓〔圖A6.6中的隨脈沖的幅度變化和下降的好壞而改變,所以嚴格地講,這不是一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。只有在輸入脈沖的幅度和下降沿不變的情況下,才可以產生固定寬度的輸出脈沖。[題6.8]在圖給出的微分數型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路中,已知,,電源電壓VDD=10V,試求在觸發(fā)信號作用下輸出脈沖的寬度和幅度。[解]根據式〔、式〔,得到輸出脈沖的寬度TW=RCln2=51×103×0.01×10-6×0.69s=0.35ms輸出脈沖幅度Vm=VOH－VOL≈VDD=10V[題6.9]圖P6.9是用TTL門電路接成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,其中Rd阻值足夠大,保證穩(wěn)態(tài)時υA為高電平。R的阻值很小,保證穩(wěn)態(tài)時υI2為低電平,試分析該電路在給定觸發(fā)信號υI作用下的工作過程,畫出υA、υO1、υI2和υO的電壓波形,Cd的電容量很小,它與Rd組成微分電路。[解]〔1根據TTL電路的輸入負載特性,由于Rd足夠大,所以穩(wěn)態(tài)時υA=VTH,相當于高電平；由于R的阻值很小,所以穩(wěn)態(tài)時υI2為低電平〔≈0；因此穩(wěn)態(tài)時υO="1",υO1="0"?！?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電平,而υO的低電平封鎖了G1,使υO1繼續(xù)保持高電平,它對C充電,使υC增加,υI2減小,當υI2≤VTH時,υO上跳為高電平,υO1下跳,υI2下跳,之后C放電,使υI2回到穩(wěn)態(tài)"0",暫穩(wěn)態(tài)結束?！?υI上跳,υA上跳〔＞VTH,后面的電路不動作,經微分后,υA很快回到穩(wěn)態(tài)?！?對應于υI的每一次下跳,υO輸出固定寬度為tw的負脈沖。各點波形如圖A6.9所示。[題6.10]在圖P6.9中,若G1、G2為TTL門電路,它們的VOH=3.2V,VOL=0V,VTH=1.3V,R=0.3kΩ,C=0.01μF,試求電路輸出負脈沖的寬度tw。解：因為R=0.3kΩ,由TTL門電路輸入負載特性知,穩(wěn)態(tài)時υI2≈0.3V。電路各點波形及幅值如圖A6.10所示。電路輸出負脈沖的寬度tw即由VIH〔t0時刻下降到VTH〔t1時刻所需時間。根據電路暫態(tài)三要素法其中υI2<∞>=0V,υI2<0+>=VIH=0.3+〔3.2–0=3.5V,τ=RC=300×10-8=3μs∴[題6.11]在圖的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路中,若G1和G2為74LS系列門電路,它們的,VOL≈0,VTH=1.1V,R=1k,C=0.01F,試求在觸發(fā)信號作用下輸出負脈沖的寬度。設觸發(fā)脈沖的寬度大于輸出脈沖的寬度。[解]設門電路輸出低電平VOL≈0,輸出電阻RO小,可以忽略,則得到[題6.12]圖P6.12是用兩個集成電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電器74121所組成的脈沖變換電路,外接電阻和外接電容的參數如圖中所示。試計算在輸入觸發(fā)信號作用下、輸出脈沖的寬度,并畫出與波形相對應的、的電壓波形。的波形如圖中所示。[解]、輸出脈沖的寬度TW1、TW2分別為TW1=0.69×22×103×0.13×10-6s≈2msTW2=0.69×11×103×0.13×10-6s≈1ms、的波形如圖A6.12所示。[題6.13]在圖所示的對稱式多諧振蕩器電路中,若RF1=RF2=1kΩ,C1=C2=0.1μF,G1和G2為74LS04〔六反相器中的兩個反相器,G1和G2的VOH=3.4V,VTH=1.1V,VIK=-1.5V,R1=20kΩ,求電路的振蕩頻率。[解]根據式〔可知,振蕩周期為其中故得到振蕩頻率為kHz[題6.14]圖P6.14是用COMS反相器組成的對稱式多諧振蕩器。若RF1=RF2=10kΩ,C1=C2=0.01μF,RP1=RP2=33kΩ,試求電路的振蕩頻率,并畫出vI1、vO1、vI2、vO2各點的電壓波形。[解]在RP1、RP2足夠大的條件下,反相器的輸入電流可以忽略不計,在電路參數對稱的情況下,電容的充電時間和放電時間相等,據此畫出的各點電壓波形如圖A6.14<a>所示。圖A6.14〔b是電容充、放電的等效電路。由等效電路求得振蕩周期為T=2RFCln3=2×10×103×10-8×1.1s=2.2×10-4s故得振蕩頻率為kHz,、[題6.15]在圖P6.15非對稱式多諧振蕩器電路中,若G1、G2為CMOS反相器R1=9.1kΩ,C=0.001μF,RP=100kΩ,VDD=5V,VTH=2.5V,試計算電路的振蕩頻率。[解]T1=RFCln3,T2=RFCln3T=T1+T2≈2.2RFC=2.2×9.1×103×10-9=20.02×10-6s∴f=1/T=50kHz[題6.16]如果將圖P6.15非對稱式多諧振蕩器中的G1和G2改用TTL反相器,并將Rp短路,試畫出電容C充、放電時的等效電路,并求出計算電路振蕩頻率的公式。[解]用TTL門電路實現圖A6.16所示電路時,充電回路〔如圖A6.16〔a所示有兩個,其中之一是,Vcc通過門G1部R1電阻及T1管發(fā)射結對C充電,因而充電時間常數可近似認為〔RF//R1C,這里認為R0、R0′可忽略。放電回路如圖A6.16〔b所示,其振蕩周期可根據公式求出。式中VTH為閾值電壓,VIK為二極管導通電壓且認為VOL≈0。在R1>>RF的條件下,RF//R1≈RF,這時可得到其振蕩周期近似公式：[題6.17]圖P6.17是用反相器接成的環(huán)形振蕩器電路。某同學在用示波器觀察輸出電壓vo的波形時發(fā)現,取n=3和n=5所測得的脈沖頻率幾乎相等,試分析其原因。[解]當示波器的輸入電容和接線電容所造成的延遲時間遠大于每個門電路本身的傳輸延遲時間時,就會導致這種結果。[題6.18]在圖P6.18所示環(huán)形振蕩器電路中,試說明：〔1R、C、RS各起什么作用？〔2為降低電路的振蕩頻率可以調節(jié)哪能些電路參數？是加大還是減?。俊?R的最大值有無限制？[解]〔1當R<<R1+RS〔R1為TTL門電路部電阻時振蕩頻率決定于R、C,RS的作用是限制G3輸入端流過的電流?！?增大R、C數值可使振蕩頻率降低。〔3根據反相器的輸入端負載特性可知,R不能過大。否則由于R和RS上的壓降過大,當vO2為低電平時vI3將被抬高到邏輯1電平。[題6.19]在上題所示的環(huán)形振蕩器電路中,若給定R=200Ω,RS=100Ω,C=0.01μF,G1、G2和G3為74系列TTL門電路〔VOH=3V,VOL≈0,VTH=1.3V,試計算電路的振蕩頻率。[解]根據式〔得到振蕩頻率為[題6.20]在圖P6.20電路中,己知CMOS集成施密特觸發(fā)器的電源電壓VDD=15V,VT+=9V,VT--=4V。試問：〔1為了得到占空比為q=50%的輸出脈沖,R1與R2的比值應取多少？〔2若給定R1=3kΩ,R2=8.2kΩ,電路的振蕩頻率為多少？輸出脈沖的占空比是多少？[解]〔１q=50%,則t1/t2=1,即〔２f=1/T≈2.7kHz,q=t1/T≈0.67[題6.21]圖P6.21是用LM566接成的壓控振蕩器〔原理圖見圖。給定Rext=10kΩ,Cext=0.01μF,VCC=12V,試求輸入控制電壓vI在9~12V圍變化時,輸出脈沖v02頻率變化圍有多大？[解]由式〔知,振蕩頻率為當v1=9V時,代入上式得到f=5kHz。當v1=12V時,f=0。[題6.22]上題中若輸出矩形脈沖的高、低電平分別為11V和5V,試問用什么辦法能把它的高、低電平變換成5V和0.1V？[解]可采用圖A6.22所示的方法。在圖〔a電路中,電路參數的配合應保證vI=5V時三極管T截止,vI=11V時T飽和導通。在圖〔b電路中,穩(wěn)壓管的工作電壓取略大于5V,并應保證v1=11V時R2上的電壓高于OC門的閾值電壓。[題6.23]圖P6.23是用LM331接成的溫度/頻率變換器。其中RL是熱敏電阻,它的阻值和溫度的關系為RL=R0〔1-αΔT。R0為t=25℃時的阻值,α為溫度系數,ΔT為偏離基準溫度〔25℃的溫度增量。若給定R0=100kΩ,α〔1t=25℃〔2溫度每變化1℃振蕩頻率改變多少？[解]〔1根據式〔可求出t=25℃時的振蕩頻率f0。因為v1=VREF,故得〔2由式〔得出在溫度為25℃附件〔△T很小時,上式可近似為：即在25℃附近溫度每升高1℃頻率增加[題6.24]在圖用555定時器接成的施密特觸發(fā)器電路中,試求：〔1當VCC=12V而且沒有外接控制電壓時,VT+、VT-及△VT值?！?當VCC=9V,外接控制電壓VCO=5V時,VT+、VT-、△VT各為多少。[解]<1>,<2>,[題6.25]圖P6.25是用555定時器組成的開機延時電路。若給定C=25μF,R=91kΩ,VCC=12V,試計算常閉開關S斷開以后經過多長的延遲時間vO才跳變?yōu)楦唠娖健解]延遲時間等于從S斷開瞬間到電阻R上的電壓降至的時間,即[題6.26]在使用圖P6.26由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路時對觸發(fā)脈沖的寬度有無限制？當輸入脈沖的低電平持續(xù)時間過長時,電路應作何修改？[解]對輸入觸發(fā)脈沖寬度有限制,負脈沖寬度應小于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫態(tài)時間Tw,當輸入低電平時間過長時,可在輸入端加一微分電路,將寬脈沖變?yōu)榧饷}沖如圖A6.26所示,以υI′做為單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)器脈沖。[題6.27]試用555定時器設計一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,要求輸出脈沖寬度在1~10s的圍可手動調節(jié),給定555定時器的電源為15V。觸發(fā)信號來自TTL電路,高低電平分別為3.4V和0.1V。[解]電路圖如圖P6.26所示,取電容C的值為100μF。根據TW≈1.1RC,為使TW=1～10秒可調,可將R分為兩部分,一部分為固定電阻R′,一部分為電位器RW。所以可取Rˊ=8.2kΩ,RW=100kΩ[題6.28]在圖P6.28用555定時器組成的多諧振蕩器電路中,若R1=R2=5.1kΩ,C=0.01μF,VCC=12V,試計算電路的振蕩頻率。[解]T=T1+T2=〔R1+2R2Cln2=〔5.1+2×5.1×103×10-8×0.7=106μsf=1/T=9.43kHz[題6.29]圖P6.29是用555定時器構成的壓控振蕩器,試求輸入控制電壓和振蕩頻率之間的關系式。當升高時頻率是升高還是降低？[解]由式〔及式〔知,振蕩周期為將代入上式后得到。[題6.30]圖P6.30是一個簡易電子琴電路,當琴鍵S1～Sn均未按下時,三極管T接近飽和導通,υE約為0V,使555定時器組成的振蕩器停振,當按下不同琴鍵時,因R1～Rn的阻值不等,揚聲器發(fā)出不同的聲音。若RB=20kΩ,R1=10KΩ,RE=2kΩ,三極管的電流放大系數β=150,VCC=12V,振蕩器外接電阻、電容參數如圖所示,試計算按下琴鍵S1時揚聲器發(fā)出聲音的頻率。[解]當S1按下時,可以認為R1中流過電流近似等于RB中流過電流,三極管基極電流IB可忽略,IR1≈IRB,因此R1上電壓設T為鍺管,導通時發(fā)射結電壓0.2V,則RE上電壓VRE=VR1－VEB4V,則VE=VCC–VRE=8V其中,[題6.31]圖P6.31是用兩個555定時器接成的延遲報警器,當開關S斷開后,經過一定的延遲時間后揚聲器開始發(fā)出聲音,如果在延遲時間S重新閉