习题09

9-1 描述脉冲信号的参数通常有那几项？各个参数的具体含义是什么？ 解：描述脉冲信号的常用参数及其具体含义分别如下： （1）脉冲幅度V m ：脉冲电压的最大值与最小值之差。

（2）上升时间t r ：脉冲信号从0.1V m 上升到0.9V m 所需的时间，又称前沿。

（3）下降时间t f ：脉冲信号从0.9V m 上升到0.1V m 所需的时间，又称后沿。

（4）脉冲周期T ：周期性脉冲信号中练个相邻脉冲之间的时间间隔。

（5）脉冲持续时间t w ：脉冲信号从上升至0.5V m 处又下降到0.5V m 之间的时间间隔，又称脉冲宽度（脉宽）。

（6）占空比q ：脉冲宽度和脉冲周期的比值，Tt q w=。

9-2 555定时器在组成结构和用途方面有何特点？解：555定时器由电压比较器、分压器、基本RS 触发器、泄放三极管和输出缓冲反相器等五大部分组成，它是一种兼容模拟和数字电路于同一硅片的混合中规模集成电路。

目前虽然生产厂商及产品型号繁多，但其逻辑功能和外部引脚排列完全相同，只需要添加有限的外围元器件，就可以极其方便地构成许多实用的电子电路，如：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。

由于555定时器使用灵活方便，加上性能优良，因而在波形的产生与变换、信号的测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。

9-3 石英晶体振荡器为什么振荡频率稳定性高？解：在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。

但是，由555定时器构成的多谐振荡器容易受电源电压、温度变化以及所用元件参数误差等因素的影响，振荡频率的稳定性较差，不能满足要求。

因此，必须采用频率稳定度很高的石英晶体振荡器。

石英晶体具有很好的选频特性。

当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。

因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率f 0，而与R 、C 无关。

9-4 图9-3（a ）所示施密特触发器电路中，若在若在端加三角波如题图9-1所示，试问：I v （1）当V 12CC =V 而且没有外接控制电压时，、T+V T V －及T V Δ各为多少？并请定性画出的波形。

O v （2）当V 9CC =V ，控制电压V 5CO =V 时，、T+V T V －及T V Δ各为多少？并请定性画出的波形。

O v （3）当V 9CC =V 而且引脚5通过10k Ω电阻接地时，、T+V T V －及各为多少？并请定性画出的波形。

T V ΔO v （4）在第（3）小题参数下，画出电压传输特性O ()v f v I =的曲线。

解：（1）当V 12CC =V 而且没有外接控制电压时，T+CC 22128V 33V V ==×=；T CC 11124V 33V V ==×=－；T T+T 844V V V V Δ=−=−=－此时，在题图9-1所示波形作用下，输出端的波形如题解 图9-1所示。

I v O v（2）当V 9CC =V 且控制电压V 5CO =V 时，T+CO 5V V V ==；T CO 115 2.5V 22V V ==×=－；T T+T 5 2.5 2.5V V VV Δ=−=−=－此时，在题图9-1所示波形作用下，输出端的波形如题解 图9-2所示。

I v Ov（3）当V 9CC =V 而且引脚5通过10k Ω电阻接地时，T+CC 119 4.5V 22V V ==×=；T CC 119 2.25V 44V V ==×=－；T T+T 4.5 2.25 1.25V V V V Δ=−=−=－此时，在题图9-1所示波形作用下，输出端的波形如题解 图9-3所示。

I v O v（4）在第（3）小题参数下，电压传输特性O()v f vI=的曲线如题解图9-4所示。

9-5 试用555定时器设计一个施密特触发器，以实现题图9-2所示的脉冲整形功能。

请画出芯片的接线图，并标明有关的参数值。

解：结合题9-4的求解过程，实现题图9-2所示脉冲整形功能的施密特触发器电路如题解图9-5所示。

CO v (5)I1v (6)CC V (8)R(4)CC 5.25V V =I2v (2)O v'(7)(1)I v 0.01μF1Ov9-6 图9-9（a ）所示单稳态电路，对输入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？解：图9-9（a ）所示单稳态电路对输入触发脉冲的宽度有一定的要求，它必须小于暂稳态持续时间。

若输入脉冲的低电平持续时间过长，那么当电路充电至W t I v CC 23V 时，仍为低电平，此时两个电压比较器的输出电压均为高电平（逻辑1），使基本触发器的两个输出端Q 、I v Q 均为逻辑1，一方面使输出的暂态因的存在而持续，失去了单稳态触发器的功能；另一方面，I v 1Q =使泄放三极管导通，电容C 放电，放电至C CC 23v V <时，0Q =，又使电容C 充电，充电至C C 23v V >C 时，1Q =，电容C 又放电，因此，Q 端将在0和1之间振荡。

总之，此时单稳态触发器将不能正常工作。

综上，当输入脉冲的低电平持续时间过长时，可以采用两种方式修改电路： ①增大RC 的乘积，使暂稳态持续时间变长，从而满足输入脉冲的低电平持续时间远远小于；W t I v W t ②在输入端加一简单的微分电路，使输入脉冲过宽的低电平变成负尖脉冲，从而满足远远小于的要求，如题解 图9-6所示，其中R W t 2C 2构成微分电路，VD 为削波二极管。

当为高电平V I v CC 时，因C 2上无电压，VD 截止；当出现负跳变I v时，因C 2上电压不能突变，此时出现负跳变。

当R I2(2)v 2C 2<<时，C W t 2很快充满电，其电压极性如图中所标注（右“＋”左“－” ），则负跳变很快回到V I2(2)v CC ，C 2上电压为V CC （右“＋”左“－” ），这是加的就是窄脉冲。

当由低电平回到高电平V I2(2)v I v CC （出现正跳变）时，电容C 2电压仍会瞬间维持V CC ，这时若无VD ，则会有高压。

当有VD 后，VD 导通，使约为V I2(2)v CC 2V I2(2)v CC 。

9-7 图9-9（a ）所示单稳态电路中，已知V 10CC =V ，9.1 K ΩR =，1F C μ=，输入波形如题图9-3所示。

试问：（1）输出脉冲的宽度是多少？并请定性画出和的工作波形。

C v O v （2）若将电路中引脚5改接4V 的参考电压，其它参数均不变，则输出脉冲的宽度又为多少？解：（1）图9-9（a ）所示单稳态电路中，两个电压比较器的参考电压分别为CC23V和CC 13V 。

此时，输出脉冲的宽度（即暂稳态的持续时间）为电容C 的电压从0上升到W t Cv CC 23V 所需的时间。

根据电路三要素公式[]C C C C ()()()(0)tv t v v v eτ−=∞−∞−，可导出C C C C ()(0)ln()()v v t v v τ∞−=∞−t将RC τ=，v V ，C CC ()∞=C (0)0v =，C C W 2()()3v t v t V ==CC 带入，可得CC W CC CCln ln 3 1.1 1.19.1 K Ω1F 0.01s 23V t RC RC RC V V μ−====××−=在题图9-3所示波形作用下，和的工作波形如题解 图9-7所示。

I v C v Ov（2）图9-9（a ）所示单稳态电路中，若把引脚5改接DD 4V V =的参考电压，其它参数均不变，此时两个电压比较器的参考电压分别为和DD 4V V =DD 12V 2V =，输出脉冲的宽度（即暂稳态的持续时间）为电容C 的电压从0上升到所需的时间。

结合第（1）求解过程，可得W t C v DD 4V V =CC W CC DD 01005ln ln ln 9.1 K Ω1F 0.510.005s 1043V t RC RC RC V V μ−−====××=−−9-8 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1s ～10s 内连续可调，假设定时电容10F C μ=。

解：当输出脉冲宽度为1s 时，W 1.1 1.110F 1s 91 k Ωt RC R R μ==××=⇒= 当输出脉冲宽度为10s 时，W 1.1 1.110F 10s 910 k Ωt RC R R μ==××=⇒=综上，如果要使单稳态触发器的输出脉冲宽度在1s ～10s 内连续可调，定时电阻必须满足。

因此，可选用1 M 的可调电阻91 k Ω910 k ΩR <<ΩW R 作为定时电阻R ，具体电路如题解 图9-8所示。

Iv9-9 图9-17所示多谐振荡器电路中，已知V 5CC =V ，，， 115K ΩR =225K ΩR =0.033F C μ=，试问：（1）输出波形的振荡频率及占空比各为多少？并请定性画出和的工作波形。

C v O v （2）若将电路中引脚5改接4V 的参考电压，其它参数均不变，则输出波形的振荡频率又为多少？电路的振荡频率与引脚5端所接参考电压是什么关系？解：（1）图9-17所示多谐振荡器电路中，暂稳态Ⅰ持续时间为电容电压由W1t CC 3V 充电至CC 2V 3所需的时间，即()()CC CCW11212CC CC13ln 0.723V V t R R C R R V V −=+=+−C 暂稳态Ⅱ持续时间为电容电压由W2t CC 2V 3放电至CC 3V 所需要的时间，即CCW 222CC203ln 0.7103V t R C R V −==−C 输出矩形脉冲的周期为 C R R t t T w w ）（212127.0+=+=因此，输出波形的振荡频率和占空比分别为1211110720715250033kHZ ..()k .F f T R R C μ===≈+×+Ω×（） W11212152561.54%215225t R R q T R R ++====++× 综上，和的工作波形如题解 图9-9所示。

C v Ov（2）图9-17所示多谐振荡器电路中，若把引脚5改接DD 4V V =的参考电压，其它参数均不变，此时两个电压比较器的参考电压分别为和DD 4V V =DD 12V 2V =。

暂稳态Ⅰ持续时间为电容电压由W1t DD 12充电至所需的时间，即DD V ()()()CC DDW1121212CC DD 1522ln ln 1.154V V t R R C R R C R R C V V −−=+=+=+−−暂稳态Ⅱ持续时间为电容电压由放电至W2t DD V DD 12V 所需要的时间，即DDW 222DD 0ln 0.7102V t R C R V −==−C输出矩形脉冲的周期为 12121118(..w w T t t R R C =+=+） 因此，输出波形的振荡频率为12111051118111518250033. kHZ (..(..)k .Ff T R R C μ===≈+×+×Ω×） 由上分析可以看出，当引脚5端所接参考电压改变时，两个电压比较器的参考电压就会发生变化。