第6章-脉冲波形的产生与整形思考题与习题题解

思考题与习题6-1选择题（1）TTL单定时器型号的最后几位数字为（A）。A.555B.556C.7555D.7556（2）用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压为(B)。A.3.33VB.5VC.6.66VD.10V（3）555定时器可以组成(ABC)。A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.JK触发器（4）若图6-43中为TTL门电路微分型单稳态触发器，对R1和R的选择应使稳态时：（B）图6-43A.与非门G1、G2都导通（低电平输出）；B.G1导通，G2截止；C.G1截止，G2导通；D.G1、G2都截止。（5）如图6-44所示单稳态电路的输出脉冲宽度为tWO=4μs，恢复时间tre=1μs,则输出信号的最高频率为（C）。图6-44A.fmax=250kHz;B.fmax≥1MHz;C.fmax≤200kHz。（6）多谐振荡器可产生（B）。A.正弦波B.矩形脉冲C.三角波D.锯齿波（7）石英晶体多谐振荡器的突出优点是（C）。A.速度高B.电路简单C.振荡频率稳定D.输出波形边沿陡峭（8）能将正弦波变成同频率方波的电路为（B）。A.稳态触发器B.施密特触发器C.双稳态触发器D.无稳态触发器（9）能把2kHz正弦波转换成2kHz矩形波的电路是（B）。A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（10）能把三角波转换为矩形脉冲信号的电路为（D）。A.多谐振荡器B.DACC.ADCD.施密特触发器（11）为方便地构成单稳态触发器，应采用（C）。A.DACB.ADCC.施密特触发器D.JK触发器（12）用来鉴别脉冲信号幅度时，应采用（D）。A.稳态触发器B.双稳态触发器C.多谐振荡器D.施密特触发器（13）输入为2kHz矩形脉冲信号时，欲得到500Hz矩形脉冲信号输出，应采用（D）。A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（14）脉冲整形电路有（BC）。A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.555定时器（15）以下各电路中，（B）可以产生脉冲定时。A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.石英晶体多谐振荡器6-2判断题（正确打√，错误的打×）（1）当微分电路的时间常数τ=RCtW时，此RC电路会成为耦合电路。（×）（2）积分电路也是一个RC串联电路，它是从电容两端上取出输出电压的。（√）（3）微分电路是一种能够将输入的矩形脉冲变换为正负尖脉冲的波形变换电路。（√）（4）施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。（×）（5）施密特触发器有两个稳态。（√）（6）施密特触发器的正向阈值电压一定大于负向阈值电压。（√）（7）单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。（×）（8）单稳态触发器的暂稳态维持时间用Wt表示，与电路中RC成正比。（×）（9）多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数成正比。（√）（10）石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C成正比。（×）6-3填空题（1）555定时器的最后数码为555的是TTL单产品，为7555的是CMOS单产品。（2）图6-45是由555定时器构成的_施密特_触发器，它可将缓慢变化的输入信号变换为_矩形。由于存在回差电压；所以该电路的_抗干扰能力提高了，回差电压约为1/3VDD。图6-45（3）施密特触发器有___2个阀值电压，分别称作上限阀值电压和下限阀值电压。（4）施密特触发器具有回差现象，又称电压滞后特性；单稳触发器最重要的参数为脉宽。（5）某单稳态触发器在无外触发信号时输出为0态，在外加触发信号时，输出跳变为1态，因此，其稳态为0态，暂稳态为1态。（6）单稳态触发器有_1_个稳定状态；多谐振荡器有0个稳定状态。（7）占空比q是指矩形波高电平持续时间与其周期之比。（8）施密特触发器能将缓慢变化的非矩形脉冲变换成边沿陡峭的矩形脉冲。（9）常见的脉冲产生电路有多谐振荡器，常见的脉冲整形电路有单稳态触发器、施密特触发器。（10）为了实现高的频率稳定度，常采用石英晶体振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入暂稳态。6-4试用555定时器组成—个施密特触发器，要求：（1）画出电路接线图。（2）画出该施密特触发器的电压传输特性。（3）若电源电压VCC为6V，输入电压是以vi＝6sinωt(V)为包络线的单相脉动波形，试画出相应的输出电压波形。解：（1）由555定时器组成的施密特触发器如图题解6-4（a）所示。（2）图解6-4（a）所示施密特触发器的电压传输特性如图题解6-4（b）所示。（3）与输入电压vi对应的输出电压vo的波形如图题解6-4（c）所示。图解6-4（a）图题解6-4（b）图解6-4（c）6-5图6-46所示，555构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形。v12555I6574(+5V)CCV83vOIvvO图6-46题6-5图解：经施密特触发器整形后的输出电压波形如图题解6-5所示。VVIoT+VT-V图题解6-56-5图6-47示出了555定时器构成的施密特触发器用作光控路灯开关的电路图。分析其工作原理。图6-47题6-5图解:图中，RL是硫化镉(CdS)光敏电阻，有光照射时，阻值在几十kΩ左右；无光照射时阻值在几十MΩ左右。VD是续流二极管，起保护555的作用。KA是继电器，由线圈和触点组成，线圈中有电流流过时，继电器吸合，否则不吸合。图6．20可以看出，555定时器的阈值输入端TH(6脚)和触发输入端TR(2脚)连在了一起，作施密特触发器使用。白天光照比较强，光敏电阻RL的阻值比较小(几十kΩ)，远远小于电阻RP(2MΩ)，使得触发器输入端电平较高，大于上限阈值电压8V(VT+＝2／3VCC，Vcc＝12V，所以VT+＝8V)，输出Vo为低电平，线圈中没有电流流过，继电器不吸合，路灯HL不亮；随着夜幕的降临，天逐渐变暗，光敏电阻RL的阻值逐渐增大(可与电阻RP的值相比拟)，触发器输入端的电平也将随之降低，当小于下限阈值电压4V(VT—＝1／3VCC，Vcc＝l2V，所以VT—＝4V)时，输出Vo变为高电平，线圈中有电流流过，继电器吸合，路灯HL点亮。实现了光控路灯开关的作用。6-6由7555构成的单稳态电路如图6-48a）所示，试回答下列问题：1）该电路的暂稳态持续时间tWO=?2）根据tWO的值确定图6-48b）中，哪个适合作为电路的输入触发信号，并画出与其相对应的uc和uo波形。VDDTRTHC-V555DISVSSOUTR0.01uF0.1uFR300+5VuIuoa)b)图6-48题6-6图解：1)tWO≈1.1RC=33μs2)u12适合作为单稳态电路的输入脉冲，与uI2相应的uc和uo波形如图示：204060801001201400t(uS)uO204060801001201400t(uS)uC204060801001201400t(uS)uI23.33V5V5V图题解6-66-7在使用图6-49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？图6-49题6-7图解：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解6.5所示，以υI′做为单稳态电路触发器脉冲。204060801001201400t(uS)uI2204060801001201400t(uS)uI1图题解6-76-8用555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期T＝1～10s，选择电阻、电容参数，并画出连线图。解：电路图如图题解6．10所示，其振荡周期T＝0．7(Rl+2R2)C。如果选择Rlmin＝R2＝3．9kΩ，C＝100μF，则T＝0．7(Rl+2R2)C＝0．7×(3．9+R+2×3．9)×100＝1～10(s)所以可变电位器的阻值范围为R=[(1～10s)/70]-11.7＝2.58～131(kΩ)故选择R＝150kΩ即可满足使用。最小振荡周期为：Tmin＝0．7×(3．9+2×3．9)×100＝819(ms)图题解6-86-9图6-50为一通过可变电阻RW实现占空比调节的多谐振荡器，图中RW=RW1+RW2，试分析电路的工作原理，求振荡频率f和占空比q的表达式。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01vCD1R2RWRRW1W2RμF图6-50题6-9图解：工作原理：当多谐振荡器输出端vo为高电平时，放电三极管截止，VCC经R1、RW1、D以及RW2、R2支路向电容C充电，由于二极管导通电阻很小，可以忽略RW2、R2支路的影响，充电时间常数为（R1+RW1）C，电容C上的电压vC伴随着充电过程不断增加。当电容电压vC增大至CC32V时，多谐振荡器输出端vo由高电平跳变为低电平，放电三极管由截止转为导通，电容C经R2、RW2、放电三极管集电极（7脚）放电，放电时间常数为(R2+RW2)C，此后，电容C上的电压vC伴随着放电过程由CC32V点不断下降。当电容电压vC减小至CC31V时，多谐振荡器输出端vo由低电平跳变为高电平，放电三极管由导通转为截止，放电过程结束。此后，重复前述过程。振荡频率：f=CRRR)(7.01W21占空比：q=W21W11RRRRR6-10图6-51为由一个555定时器和—个4位二进制加法计数器组成的可调计数式定时器原理示意图。试解答下列问题：（1）电路中555定时器接成何种电路?（2）若计数器的初态Q4Q3Q2Q1＝0000，当开关S接通后大约经过多少时间发光二极管D变亮(设电位器的阻值R2全部接入电路)?图6-51题6-10图解：（1）555定时器和电阻Rl、R2以及电容C接成多谐振荡电路。(2)定时器输出波形即是计数器输入脉冲波形，该波形的周期为：min14.29174843.1105001022101(43.1)2(66621ssCRRT）当计数器输出为1111时，发光二极管变亮，计数器需加15个脉冲，故二极管变亮所需时间为：t=15T=15×1748s=7.283h6-11图6-52是用两个555定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后，扬声器开始发声。如果在延迟时间内开关S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。图中G1是CMOS反相器，输出的高、低电平分别为VOH=12V，VOL≈0V。C7RD5V1CC60.012v4C555v8I13vI2C7CCRRD25V1CC6R0.01v23v4C555Ov8I13VvI2R1S1G1100μFμFμF(+12V)121MΩ5kΩ5kΩ0.01μF10μF图6-52题6-11图解：1.工作原理：图6.21由两级555电路构成，第一级是施密特触发器，第二级是多谐振荡器。施密特触发器的输入由R1、C1充放电回路和开关S控制，VC相当于施密特触发器的输入信号；施密特触发器的输出经反相器G1去控制多谐振荡器的复位端RD。当S闭合时，VC=0V，施密特触发器输出高电平，经反相器使RD端为0，多谐振荡器复位，扬声器不会发出声响。当开关S断开后，R1、C1充放电回路开始充电，VC随之上升，但在达到CCT32VV之前，施密特触发器的输出仍为高电平时，RD=0，扬声器仍不发声，这一段时间即为延迟时间。一旦VC达到CCT32VV，施密特触发器触发翻转，输出低电平，RD=1，多谐振荡器工作，扬声器开始发声报警。其工作原理的示意图参见图解6.10。2.求电路参数：延迟时间：延迟时间由R1、C1充放电回路的充电过程决定：tevvvv)]()0([)(CCCC将V12)(CCCVv，)0(Cv=0V，R1C1代入上式，得：)1(11CCCCRteVvt=t1时，CCC32Vv代入上式，整理得延迟时间：t1=R1C1ln3≈1.1R