数字电子技术基础-第四版-课后答案6

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Ω=k R 101，Ω=k R 302。

G 1和G 2为CMOS 反相器，V DD =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△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) V V V R RV TH T 1021530101121=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+V V V R R V TH T 521530101121=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-V V V V T T T 5=-=∆-+ (2) 见图A6.2。

［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+、V T- 以及回差电压△ＶT 与控制电压ＶCO 的关系。

[解] 设反相器G 1输入端电压为,I υ'则根据叠加定理得到 3123102132132132////////////R R R R R R R R R R V R R R R R CO II +++++='υυυ（1）在I υ升高过程中00=υ。

当升至TH I V ='υ时，+=T I V υ，因而得到 2132132132////////R R R R R V R R R R R V V CO T TH +++=+3232121321////////R R R R R R R R R R V V V CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=+CO TH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=（2）在I υ降低过程中DD 0V =υ。

当降至TH IV ='υ时，-=T I V υ，于是可得 312312132132132////////////R R R R R V R R R R R V R R R R R V V DD CO T TH +++++=-323213123121321////////////R R R R R R R R R R V R R R R R V V V DD CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=-COTH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+= （3） DD TH T T T V R R V R R V V V 21212==-=∆-+（与V CO 无关）根据以上分析可知，当Vco 变小时，V T+ 和V T- 均增大，但回差电压△V T 不变。

[题6.4] 在图P6.4施密特触发器电路中，若G 1和G 2为74LS 系列与非门和反相器它们的阈值电压V TH =1.1V ，R 1=1K Ω，二极管的导通压降V D =0.7V ，试计算电路的正向阈值电压V T+、负向阈值电压V T - 和回差电压△V T 。

[解] （1）01 ,0===O O I υυυ，。

)(212D I I V R R R -+='υυυI 增加，υI ˊ也增加，当υI = V T+ 时，υI ˊ=V TH =1.1V ，即 )(212D T TH V V R R R V -+=+所以 V 35.27.01.1221V V R R R V D TH 221T =+⨯+=++=+（2）101===O O I υυυ，， υI 减小，D 截止，υI ˊ≈υO =1，当υI = V T - = V TH 时，01==O O υυ，所以 V V V TH T 1.1==-V V V R R V D TH T 25.17.01.12121=+⨯=+=∆[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，G 1、G 2、G 3均为TTL 电路。

[解] 设门的阈值电压为V TH ，二极管导通电压为V D ，当输入电压为υI = 0时，D 导通，G 2输入υI ˊ为“0”，υ0为高电平，G 3输出为1，所以0υ为低电平；随着υI 增大，当υI ≥ V TH （υI ˊ> V TH ），G 3输出为0，使0υ为高电平，此时G 2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G 1输入电压υI ˊ小于V TH 时，υI 才会又变为高电平，而此时υI < V TH -V D ，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，υI ˊ=1，υO =0，当υI 上跳，经RC 微分电路υI ˊ亦上跳，之后回到稳态；当υI 下跳，υI ˊ亦下跳（υO 上跳为1），之后回到稳态，当υI ˊ≥ V T+时，υO 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1υ'）随1υ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Ω=k R 51，F C μ01.0=，电源电压V DD =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T W =RC ln2 = 51×103×0.01×10-6×0.69s = 0.35ms输出脉冲幅度V m = V OH －V OL ≈V DD =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R d 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υI 2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、υI 2和υO 的电压波形，C d 的电容量很小，它与R d 组成微分电路。

[解]（1）根据TTL 电路的输入负载特性，由于R d 足够大，所以稳态时υA = V TH ，相当于高电平；由于R 的阻值很小，所以稳态时υI 2为低电平（≈0）；因此稳态时υO =“1”，υO1=“0”。

（2）υI 下跳，υA 下跳，υO1上升，υI 2上升，υO 下跳，由于C d 很小，微分后υA 很快回到V TH 电平，而υO 的低电平封锁了G 1，使υO1继续保持高电平，它对C 充电，使υC 增加，υI 2减小，当υI 2≤V TH 时，υO 上跳为高电平，υO1下跳，υI 2下跳，之后C 放电，使υI 2回到稳态“0”，暂稳态结束。

（3）υI 上跳，υA 上跳（＞V TH ），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t w 的负脉冲。

各点波形如图A6.9所示。

[题6.10] 在图P6.9中，若G 1、G 2为TTL 门电路，它们的V OH =3.2V ，V OL =0V ，V TH=1.3V ，R =0.3k Ω，C =0.01μF ，试求电路输出负脉冲的宽度t w 。

解：因为R =0.3k Ω，由TTL 门电路输入负载特性知，稳态时υI 2≈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t w 即由V IH （t 0时刻）下降到V TH （t 1时刻）所需时间。

根据电路暂态三要素法 τυυυυt I I I I e t -∞-++∞=)]()0([)()(2222其中υI 2(∞) = 0V ，υI 2(0+) = V IH = 0.3+（3.2–0）=3.5V ，τ=RC =300×10-8=3μs ∴s V RC t TH I W μυ 33.15.3ln 3)0(ln 2≈⨯==+[题6.11] 在图6.3.5的积分型单稳态触发器电路中，若G 1和G 2为74LS 系列门电路，它们的V V OH 4.3=，V OL ≈0，V TH =1.1V ，R =1 k Ω，C =0.01μF ，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V O L ≈0，输出电阻R O 小，可以忽略，则得到 s s R V RC T TH OH W μ3.111.14.3ln 1001.0101ln63=⨯⨯⨯==- [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 υ作用下01υ、02υ输出脉冲的宽度，并画出与I υ波形相对应的01υ、02υ的电压波形。

I υ的波形如图中所示。

[解] 01υ、02υ输出脉冲的宽度T W1、T W2分别为T W1 = 0.69×22×103×0.13×10-6s ≈2msT W2 = 0.69×11×103×0.13×10-6s ≈1ms01υ、02υ的波形如图A6.12所示。

[题6.13] 在图6.4.1所示的对称式多谐振荡器电路中，若R F1=R F2=1k Ω，C 1=C 2=0.1μF，G 1和G 2 为74LS04（六反相器）中的两个反相器，G 1和G 2的V OH =3.4V ，V TH =1.1V ，V IK =-1.5V ，R 1=20 k Ω，求电路的振荡频率。

[解] 根据式（6.4.5）可知，振荡周期为TH E IKE E V V V V C R T --=ln2其中 Ω=Ω+⨯=+=k k R R R R R F F E 95.012012011V V V V V V R R R V V BE OH CC F F OH E 44.3)7.04.35(12014.3 )(1=--++=--++= 故得到 s T 4631042.11.144.355.144.3ln 101.01095.02--⨯=-+⨯⨯⨯⨯=振荡频率为 04.71==T f kHz [题6.14] 图P6.14是用COMS 反相器组成的对称式多谐振荡器。

若R F1 = R F2= 10 k Ω，C 1 =C 2 = 0.01 μF，R P1 = R P2 = 33k Ω，试求电路的振荡频率，并画出v I 1、v O1、v I 2、v O2各点的电压波形。