数字电子技术基础-第四版-课后答案6

整理文档整理文档第六章脉冲波形的产生和整形［题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。［题6.2］在图P6.2(a)所示的施密特触发器电路中，已知R 10k,R2 30kGi和G2为CMOS反相器，Vdd=15V。(1)试计算电路的正向阈值电压V T+、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VTVTVT VT 5VTOC\o"1-5"\h\zR1 10 15\o"CurrentDocument"VT 1-1VTH 1 V10V\o"CurrentDocument"⑴ R2 30 2R1 10 15\o"CurrentDocument"VT 1—VTH 1 V5V\o"CurrentDocument"R2 30 2见图A6.2。图Ati.2［题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AVt与控制电压Vco的关系。(1)(2)(3)R1廿1—I［解］设反相器G1输入端电压为R2//R3II VtVt升高过程中Vth VtGi1图Pfi.3i，则根据叠加定理得到VoRiR2//R30。当升至R2//R3Ri R2//R3VcoR1//R2R3 R1//R2VTH时，I, R1//R2COR3 R1//R2R1〃R3

0 R2 R1//R3VT,因而得到Vth VcoR//R2r3 r1//r2降低过程中 0 VDD。当降至R R2//R3二~二 VthVtV R2〃R3T R1 R2//R3VTH VCOVTH1Vt VtVcoR1//R2r2//r3I VTH时,R1//R2R3 R1//R2R3 R1//R2R3 R22N卅R2根据以上分析可知，当Vco变小时,R1 R1 RVcoR3 R2 R3Vt,于是可得W//r3DDR2 R1//R3VddR1//R3R2R//R3R1 R2//R3R2//R3R1VR3COAddR2（与Vco无关）Vt+和Vt-均增大，但回差电压△ Vt不变。［题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=1KQ,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。严R1(GiG2-

U中图FC.4［解］(1) 10,O1,O0R2R1 R2Vd)=Vt+时，5/=Vth=1.1V,即R2VTH RTJ VD)VTR1R2VTH VD U1.10.72.35VTOC\o"1-5"\h\z所以 R2 2（2） i1，o0,所以u减小，D截止,UI/=UO=1,当UI=VT-=Vth时，O 1， 所以u减小，D截止,Vt Vth 1.1VRi 1VT —VTHVD-1.10.71.25VR2 2［题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。D也D也C2图Pt5［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ui=0时，D导通，G2输入UI，为“0”，⑶为高电平，G3输出为1,所以。为低电平;随着UI增大，当UI>VTH(ui，>VTH),G3输出为0,使一。为高电平，此时G2输入均为1,所以U0变为低电平。若UI继续增大，U0不会发生变化。若将UI从高电位逐渐减小，则只有使G1输入电压UI，小于VTH时，UI才会又变为高电平，而此时UI<VTH-VD,因而电压传输特性如图A6.5所示。[题6.6]在图P6.6的整形电路中，试画出输出电压[题6.6]在图P6.6的整形电路中，试画出输出电压u。的波形。输入电压UI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。C5I-I图P6.6［解］稳态时，UI，=1,10=0,当UI上跳，经RC微分电路UI,亦上跳，之后回到稳态;当U下跳，UI，亦下跳(UO上跳为1),之后回到稳态，当UIx>VT+时，UO回0。如图A6.6所示。

［题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R51kC0.01F,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乂103X0.01X10-6x0.69s=0.35ms输出脉冲幅度Vm=Voh—Vol"Vdd=10V［题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uA为高电平。R的阻值很小，保证稳态时UI2为低电平，试分析该电路在给定触发信号川作用下的工作过程，画出UA、孙、U2和9的电压波形，Cd的电容量很小，它与Rd组成微分电路。图F6.P［解］（1）图F6.P［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u电平；由于R的阻值很小，所以稳态时UI2为低电平（=0）；因此稳态时UO="1”，电尸“0”。U下跳，UA下跳，UO1上升，UI2上升，UO下跳，由于Cd很小，微分后UA很快回到Vth电平，而UO的低电平封锁了Gi,使的继续保持高电平，它对C充电，使UC增加，UI2减小，当UI2WVth时，10上跳为高电平，幻1下跳，U2下跳，之后C放电，使U2回到稳态“0”,暂稳态结束。UI上跳，UA上跳（＞Vth）,后面的电路不动作，经微分后，ua很快回到稳态。（4）对应于6的每一次下跳，uO输出固定宽度为tw的负脉冲。各点波形如图A6.9所示。

Voh=3.2V,Vol=0V,Vth［题6.10］ 在图P6.9中，若GiVoh=3.2V,Vol=0V,Vth=1.3V,R=0.3kQ,C=0.01F试求电路输出负脉冲的宽度 tw解：因为R=0.3kQ,由TTL门电路输入负载特性知，稳态时ui2=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（ti时亥I）Uo""|_|Uo""|_|~——|_|—to11图A6.10t根据电路暂态三要素法 I2⑴ 12()[I2(0)I2()]e其中w2(oo)=0V,u2(0+)=VIH=0.3+(3.2—0)=3.5V,营RC=300X108=3的tWtW RClnI2(0)3VTHln353s

1.3［题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V0H3-4V,Vol=0,Vth=1.1V,R=1k,C=0.01F,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TOC\o"1-5"\h\zV0H 3 6 3.4Tw RClnOH-110 0.0110lns11.3s\o"CurrentDocument"Rth 1.1［题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输出脉冲接电阻和外接电容的参数如图中所示。I的波形如图中所示。的宽度，并画出与 I波形相对应的 01、 02I的波形如图中所示。0.13R-FlllfiCaxlRaiciVccCmiVt>74131C«xtRskiVccCextECaxlRaiciVccCmiVt>74131C«xtRskiVccCextEA1A20-1-7412170—v020JLO1520安和Hms图P6L［解］01、 02输出脉冲的宽度Twi、TW2分别为［解］Twi=0.69X22X103X0.13X10-6s=2msTw2=0.69X1ix103X0.13X10-6s=1ms01、02的波形如图01、02的波形如图A6.12所示。图A6.12［题6.13］ 在图6.4.1所示的对称式多谐振荡器电路中， 若R产RF2=1k◎,g=C2=0.1^F,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,R=20kQ,求电路的振荡频率。［解］ 根据式（6.4.5）可知，振荡周期为T2REClnVEVIKVEVTH其中R其中Re/二以卜0.95k

RiRf201T故得到振荡频率为［题6.14］T故得到振荡频率为［题6.14］Ci=C2=0.01电压波形。VEVOH 二Z-(VCCVOHVBE)R1 RF13.4V (53.40.7)V 3.44V2013 6 3.441.55 420.9510 0.110ln 1.4210s3.441.1.1f7.04TkHz图P6.14是用COMS反相器组成的对称式多谐振荡器。若 Rfi=Rf2=10kQ,科障1=Rp2=33k试求电路的振荡频率，并画出vi1、V01、vi2、V02各点的图Pd.14［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,图Pd.14［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,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=2X10X103x10-8X1.1s=2.2X1。4s在电路参数对称A6.14(a)所示。故得振荡频率为.1f—4.55TkHz八等效电路等啦电前(b)(a)［题6.15］ 在图P6.15非对称式多谐振荡器电路中， 若Gi、G2为CMOS反相器Ri=9.1kQ,C=0.001旷，RP=100kQ,Vdd=5V,Vth=2.5V,试计算电路的振荡频率。UJ1-4Rf

［解］ Ti=RfCln3,T2=RfCln3T=Ti+T2=2.2RfC=2.2X9.1X103x10-9=20.02X10-6sf=1/T=50kHz［题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「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、R°,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。

Ti RFClnVTH VTi RFClnVTH VOHT2 (RF//R1)CInVOH一VIK式中Vth为阈值电压，Vik为二极管导通电压且认为 Vol"。。VTHVOHVOHVIKT T1T2 RFCIn VTHVTHVOHVOHVIKT T1T2 RFCIn VTHVOHVTH图A6.16［题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。G1做匚？SP617［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。［题6.18］ 在图P6.18所示环形振荡器电路中，试说明：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?R的最大值有无限制？Qi电R-Il图PU10［解］(1)当R<<R1+Rs(R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。

［题6.19］ 在上题所示的环形振荡器电路中，若给定 R=200QRs=100Q,C=0.01WF,Gi、G2和G3为74系列TTL门电路（Voh=3V,Vol=。，Vth=1.3V）,试计算电路的振荡频率。［解］根据式（6.4.8）得到RCln2VohVOHVthV率。［解］根据式（6.4.8）得到RCln2VohVOHVthVthVoh VthVTH振荡频率为2000.01f10661.331.3In s31.3 1.3227kHz4.4sR1R2,11% 39 4In-R1R2,11% 39 4In-4T(2)t1 t2R2ClnvddvddVtVtvTR,CIn—TVt［题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,Vt+=9V,Vt--=4Vo试问：（1）为了得到占空比为q=50%的输出脉冲，R1与R2的比值应取多少?（2）若给定R1=3kQ,R2=8.2kQ,电路的振荡频率为多少？输出脉冲的占空比是多少?［解］(1)q=50%,则VddVtR2cIn VddVt 〔z~~vtR1CIn—Vt0.37ms3 6 11 3 6 90.37ms8.21030.05106In31030.05106In-6 4f=1/T=2.7kHz,q=t1/T=0.67［题6.21］图P6.21是用LM566接成的压控振荡器（原理图见图6.4.21）。给定Rext=10kQ,Cext=0.01科FVcc=12V,试求输入控制电压 VI在9~12V范围内变化时，输出脉冲 v02频率变化范围有多大？

+12Tion(心t+12Tion(心t7a.ouF—图P5J1［解］ 由式(6.4.22)知，振荡频率为2(Vccvi) 2(12Vi)fTZ- 3 6RextCextVcC 1010 0.0110 12当V1=9V时，代入上式得到f=5kHz。当V1=12V时，f=0。［题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时三极管T截止，Vi=11V时T饱和导通。㈤⑺图A也鹿在图（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。［题6.23］ 图P6.23是用LM331接成的温度/频率变换器。其中Rl是热敏电阻，它的阻值和温度的关系为RL=R0（1-aT）。R0为t=25C时的阻值，a为温度系数,AT为偏离基准温度（25C）的温度增量。若给定 R0=100kQ,0=0.05,其它元件参数如图中所标注，试求：（1）t=25C时的初始振荡频率。（2）温度每变化1C振荡频率改变多少？

Vtc=10VVtc=10V图P523［解］(1)根据式(6.4.27)可求出t=25C时的振荡频率f°。因为vi=Vref,故得r RSVREFf0 _z_z-2.09Rr RSVREFf0 _z_z-2.09RTCTR0(2)由式(6.4.27)得出1.1kHz 1 ； :kHz2.096.81030.01106100103df (2.09RTCTR0)(RsVref)~~ ~ZZZ __2d(T)[2.09RTCTR0(1 T)]在温度为25c附件(△T很小)时，上式可近似为:dfd(T)rsdfd(T)rsVref2.09RTCTR0- 3f0 0.551110Hz55Hz即在25C附近温度每升高1C频率增加55Hz。［题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， Vt+、Vt-及4Vt值。(2)当Vcc=9V,外接控制电压Vco=5V时，Vt+、Vt-、AVt各为多少。［解］TOC\o"1-5"\h\z、， 2、， …、， 1、， …Vt -Vcc 8V, VT -Vcc 4V 〜3 3 , VTVT VT 4V'， '， r， '， 1', cr，VT VC0 5V, VT 2Vco 2.5V vT VT VT 2.5V?［题6.25］ 图P6.25是用555定时器组成的开机延时电路。若给定C=25科FR=91kQ,Vcc=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。及C5553一”0,01四图F6251、，VT 二Vcc［解］延迟时间等于从S断开瞬间到电阻R上的电压降至 3的时间，即

TOC\o"1-5"\h\z_ 0VcC _ 3 _ 6 _\o"CurrentDocument"Td RCln--——RCln31.19110 2510 2.5s-10 VCC3［题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？I Vcc匚$5553-刀口仃21 5_L

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图F氏比［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A6.26所示,以/做为单稳态电路触发器脉冲。［题6.27］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 170s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0.1VO［解］电路图如图P6.26所示，取电容C的值为100F。根据Tw-1.1RC,为使Tw=1〜10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RwoTwminRmin 1.1CTwminRmin 1.1CTwmaxRmax 1.1C所以可取R，1.1100106109.1k1.1100106=8.2kQ,Rw=100kQ91k［题6.28］在图P6.28用555定时器组成的多谐振荡器电路中， 若R1=R2=5.1kQ,C=0.01F,VCC=12V,试计算电路的振荡频率。

［解］［解］T=Ti+T2=(R1+2R2)Cln2=(5.1+2X5.1)X340108X0.7=106s科f=1/T=9.43kHz［题6.29］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?图P6.加［解］由式(6.5.2)及式(6.5.3)知，振荡周期为TOC\o"1-5"\h\z-VccVt -VTTT1T2(R1 R2)ClnCC———R2Cln—\o"CurrentDocument"VCCVT VT、， 1VTI, VT 二I将 2代入上式后得到VCC-1T(R1 R2)Cln 2—R2Cln2\o"CurrentDocument"VCC 1\o"CurrentDocument"当1升高时,T变大,振荡频率下降1 O［题6.30］图P6.30是一个简易电子琴电路，当琴键S〜Sn均未按下时，三极管T接近饱和导通，ue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 R〜Rn的阻值不等，扬声器发出不同的声音。若RB=20kQ,R=10KQ,K=2kQ,三极管的电流放大系数 炉150,Vcc=12V,振荡器外电容参数如图所示，试计算按下琴键 S时扬声器发出声音的频率。图P630电容参数如图所示，试计算按下琴键 S时扬声器发出声音的频率。图P630［解］ 当S按下时，可以认为Ri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，Iri^Irb,因此Ri上电压VR1VR1KVa 4V设T为铸管，导通时发射结电压0.2V,则Re上电压Vre=Vri—Veb4V设T为铸管，导通时发射结电压VE=VCC—VRE=8VTOC\o"1-5"\h\zVccVT 0VT\o"CurrentDocument"T(RR)Cln -RCIn TVccVT 0VT1其中VT消4VVT Ve8V其中2.1ms\o"CurrentDocument"(1010)1030.1106ln128/21040.1106ln——

128 8/22.1ms.1f476HzT［题6.31］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，G1G1是CMOS反相器，输出的高、低电平分别为 Voh12V,V