1、實(shí)驗(yàn)8 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用基本門電路構(gòu)成多諧振蕩器的方法。2. 熟悉單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理和參數(shù)選擇。3. 熟悉施密特觸發(fā)器的脈沖整形和應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路是數(shù)字系統(tǒng)中必不可少的單元電路。如同步信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)基信號(hào)等都由它產(chǎn)生。產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路通常稱為多諧振蕩器。它不需信號(hào)源，只要加上直流電源，就可以自動(dòng)產(chǎn)生信號(hào)。脈沖的整形通常應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形可以用基本門電路來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在已經(jīng)有集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、集成施密特觸發(fā)器。另外用 555 定時(shí)器也可以產(chǎn)生脈沖或?qū)崿F(xiàn)脈沖整形。本實(shí)驗(yàn)主要研究用基本門電路組成的脈沖產(chǎn)生和整形電路

2、。1. 多諧振蕩器(1) TTL 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器由于 TTL 門電路速度快，它適宜于產(chǎn)生中頻段脈沖源，圖 2.8.1 是由 TTL 反向器構(gòu)成的全對(duì)稱多諧振蕩器，若取 C1= C2 = C，R1= R2= R，則電路完全對(duì)稱，電容充放電時(shí)間相等，其振蕩周期近似為=1.4 RC。一般 R1、R2 的取值不超過 1K，若取 R1= R2 = 500 ，C1= C2=100pF100F，則其振蕩頻率的范圍為幾十赫到幾十兆赫。(2) 環(huán)形多諧振蕩器圖 2.8.2 是用 TTL 與非門構(gòu)成的環(huán)形多諧振蕩器，圖中取 R1=100 ，RW 在 2k 50k之間變化，可調(diào)電容 C 的變化范圍是 100

3、pF 到 50F，則振蕩頻率可從數(shù)千赫變到數(shù)兆赫。電路的振蕩周期為 = 2.2 RC，其中 R = R1+RW。(3) 晶體振蕩器用 TTL 或 CMOS 門電路構(gòu)成的振蕩器幅度穩(wěn)定性較好，但頻率穩(wěn)定性較差，一般只能達(dá)到10-210-3數(shù)量級(jí)。在對(duì)頻率的穩(wěn)定度、精度要求高的場(chǎng)合，選用石英晶體組成的振蕩器較為適合。其頻率穩(wěn)定度可達(dá) 10-5 以上。圖2.8.3 是用 CMOS 芯片CD4069 和晶體構(gòu)成的多諧振蕩器，Co 一般取20pF。CS 取 1030pF，其輸出頻率取決于晶體的固有振蕩頻率。2. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是它只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外來脈沖的作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫

4、穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間W 以后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)。W 大小與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅取決于電路本身的參數(shù)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于定時(shí)、整形及延時(shí)等。單片集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有 74LS122，CC4098 等。圖 2.8.4 是用與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其輸出脈沖寬度為：w= 0.8RC。3. 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)是：電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依靠外觸發(fā)電平來維持。一旦外觸發(fā)電平下降到一定電平后，電路立即恢復(fù)到初始穩(wěn)態(tài)。其工作原理是施密特觸發(fā)器有兩個(gè)觸發(fā)電平TH 和TL，當(dāng)輸入信號(hào)大于TH 時(shí)，o 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；一直到 i 下降到低于TL 時(shí)o 又恢復(fù)到初始狀態(tài)。電路的回差電壓

5、為T = THTL。集成施密特觸發(fā)器由于性能好，觸發(fā)電平穩(wěn)定，得到了廣泛應(yīng)用。例如 CMOS 集成塊CD4093 是 2 輸入 4 與非門施密特觸發(fā)器。圖 2.8.5 是 CD4093 的引腳圖。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 多諧振蕩器實(shí)驗(yàn)從圖 2.8.12.8.2 中選擇一種振蕩電路，使其振蕩。并用示波器觀察輸出頻率，測(cè)量周期，并與理論值比較。圖 2.8.6 是六反相器 74LS04 的引腳圖。2. 單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)驗(yàn)(1)按圖 2.8.4 連接電路，R 選用一個(gè) 300 的電位器，以調(diào)節(jié)振蕩頻率。取 R1 = 5.1k，R2 = 2.5 k，電容C = 0.01F，C1 =200 pF。(2)輸入信

6、號(hào)i=0 時(shí)接通 5V 電源，用萬用表測(cè)量并記錄 b，c，d，e 點(diǎn)電位。(3)輸入頻率為10kHz，幅度 > 4V 的方波i，用示波器觀察并記錄 a，d，e 點(diǎn)波形，并繪在坐標(biāo)紙上。(4)改變電容 C 的參數(shù)值，記錄脈寬的變化。3. 施密特觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)(1) 按圖 2.8.7 連接電路，在輸入信號(hào)為正弦波、三角波的情況下，用示波器觀察o 的波形。(2) 如果在實(shí)驗(yàn)多諧振蕩器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)得到的波形不是矩形波，將其輸出連接到圖 2.8.7 中的i，再觀察輸出波形。4. 選作實(shí)驗(yàn)(1) 施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的多諧振蕩器按圖 2.8.8 的原理圖設(shè)計(jì)并連接電路，改變 R、C 值，用示波器觀察輸出波形。(2) 秒脈沖輸出電路圖 2.8.9 是產(chǎn)生秒脈沖的電路原理圖。選用 32768Hz的石英晶體，R = 10M，CS 范圍為 050pF，CD4060 是 14 位的計(jì)數(shù)器，自己查出管腳圖，設(shè)計(jì)出產(chǎn)生秒脈沖的邏輯電路，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。四、實(shí)驗(yàn)儀器與器材1. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱 1個(gè)2. 萬用表 1只3. 雙蹤示波器 1臺(tái)4. 集成電路 與非門74LS001片 TTL六反向器74LS041片 CMOS 六反向器CD40691片 施密特觸發(fā)器CD40931片 CMOS 計(jì)數(shù)器CD40601片5. 石英晶體振蕩器 32768