实验8 脉冲信号产生电路

实验8 脉冲信号产生电路

一、实验目的

1. 掌握用基本门电路构成多谐振荡器的方法。

2. 熟悉单稳态触发器的工作原理和参数选择。

3. 熟悉施密特触发器的脉冲整形和应用。

二、实验原理

脉冲信号产生电路是数字系统中必不可少的单元电路。如同步信号、时钟信号和时基信号等都由它产生。产生脉冲信号的电路通常称为多谐振荡器。它不需信号源，只要加上直流电源，就可以自动产生信号。脉冲的整形通常应用单稳态触发器或施密特触发器实现。

脉冲信号的产生与整形可以用基本门电路来实现。现在已经有集成单稳态触发器、集成施密特触发器。另外用555 定时器也可以产生脉冲或实现脉冲整形。本实验主要研究用基本门电路组成的脉冲产生和整形电路。

1. 多谐振荡器

(1) TTL 门电路构成的多谐振荡器

由于

TTL 门电路

速度快，它

适宜于产生

中频段脉冲

源，图2.8.1

是由TTL 反向器构成的全对称多谐振荡器，若取C1= C2 = C，R1= R2= R，则电路完全对称，电容充放电时间相等，其振荡周期近似为Ｔ=1.4 RC。一般R1、R2的取值不超过1K，若取R1= R2 = 500Ω ，C1= C2=100pF~100μF，则其振荡频率的范围为几十赫到几十兆赫。

(2) 环形多谐振荡器

图 2.8.2 是用TTL 与非门构成的环形多谐振荡器，图中取R1=100Ω ，R W在2kΩ ~50kΩ之间变化，可调电容C的变化范围是100pF 到50μF，则振荡频率可从数千赫变到数兆赫。电路的振荡周期为Ｔ= 2.2 RC，其中R = R1+R W。

(3) 晶体振荡器

用TTL 或CMOS 门电路构成的振荡器幅度稳定性较好，但频率稳定性较差，一般只能达到10-2~10-3数量级。在对频率的稳定度、精度要求高的场合，选用石英晶体组成的振荡器较为适合。其频率稳定度可达10-5以上。图2.8.3 是用CMOS 芯片CD4069 和

晶体构成的多谐振荡器，C o一般取20pF。C S取10~30pF，其输出频率取决于晶体的固有振荡频率。

2. 单稳态触发器

稳态触发器的特点是它只有一个稳定状态，在外来脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳态。暂稳态维持一段时间ＴW 以后，将自动返回到稳定状态。ＴW大小与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。单稳态触发器一般用于定时、整形及延时等。单片集成的单稳态触发器有74LS122，CC4098 等。

图 2.8.4 是用与非门构成的微分型单稳态触发器，其输出脉冲宽度为：Ｔw= 0.8RC。

3. 施密特触发器

施密特触发器的特点是：电路有两个稳定状态，电路状态的翻转依靠外触发电平来维持。一旦外触发电平下降到一定电平后，电路

立即恢复

到初始稳

态。其工

作原理是施密特触发器有两个触发电平ＶTH和ＶTL，当输入信号大于ＶTH时，Ｖo状态翻转；一直到Ｖi下降到低于ＶTL时Ｖo 又恢复到初始状态。电路的回差电压为

ＶT = ＶTH－ＶTL。

集成施密特触发器由于性能好，触发电平稳定，得到了广泛应用。例如CMOS 集成块CD4093 是 2 输入4 与非门施密特触发器。图2.8.5 是CD4093 的引脚图。

三、实验内容及步骤

1. 多谐振荡器实验

从图

2.8.1~2.8.2

中选择一种

振荡电路，

使其振荡。

并用示波器

观察输出频

率，测量周

期，并与理

论值比较。

图 2.8.6 是六反相器74LS04 的引脚图。

2. 单稳态电路实验

(1)按图2.8.4 连接电路，R选用一个300Ω 的电位器，以调节振荡频率。取R1 = 5.1kΩ，R2 = 2.5 kΩ，电容C = 0.01F，C1 =200 pF。

(2)输入信号Ｖi=0 时接通5V 电源，用万用表测量并记录b，c，d，e 点电位。

(3)输入频率为10kHz，幅度> 4V 的方波Ｖi，用示波器观察并记录a，d，e 点波形，并绘在坐标纸上。

(4)改变电容C的参数值，记录脉宽的变化。

3. 施密特触发器实验

(1) 按图2.8.7 连接电路，在输入信号为正弦波、三角波的情况下，用示波器观察Ｖo的波形。

(2) 如果在实验多谐振荡器或单稳态触发器时得到的波形不是矩形波，将其输出连接到图 2.8.7 中的Ｖi，再观察输出波形。

4. 选作实验

(1) 施密特触发器实现的多谐振荡器

按图 2.8.8 的原理图设计并连接电路，改变R、C 值，用示波器观察输出波形。

(2) 秒脉冲输出电路

图 2.8.9 是产生秒脉冲的电路原理图。选用32768Hz的石英晶体，R= 10MΩ，C S范围为0~50pF，CD4060 是14 位的计数器，自己查出管脚图，设计出产生秒脉冲的逻辑电路，并通过实验验证。

四、实验仪器与器材

1. 数字电路实验箱1个

2. 万用表1只

3. 双踪示波器1台

4. 集成电路

与非门74LS00 1片

TTL六反向器74LS04 1片

CMOS 六反向器CD4069 1片

施密特触发器CD4093 1片

CMOS 计数器CD4060 1片

5. 石英晶体振荡器32768Hz 1个

6. 电阻、电容或电位器若干

五、实验报告要求

1. 画出实验的逻辑电路。

2. 整理实验表格。

3. 描绘实验中要求的波形。