半導體二極管三極管課外補充題答案

第六章脈沖波形的產生和整形6.1概述脈沖周期T：周期性脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔；頻率f：單位時間內，脈沖重復的次數(shù)。脈沖幅度Vm：脈沖電壓的最大變化幅度。脈沖寬度tw：從脈沖前沿到達0.5Vm起，到脈沖后沿到達0.5Vm為止的距離。上升時間tr：脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需的時間。1下降時間tr：脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需的時間。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值，即：26.2施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器：脈沖變換常用電路，或者脈沖信號整形電路。相比一般觸發(fā)器，有兩個重要特點：1〕施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，緩慢變化的信號也可作觸發(fā)信號，當輸入信號到達特定閾值時，輸出電平會發(fā)生突變。對于正向和負向輸入信號，電路有不同閾值電平V+和V-。也就是說，引起輸出電平突變的輸入電平不同；2〕在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內部的正反響過程，使輸出電平邊沿變得很陡。36.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器假定兩級反相器是CMOS電路，閾值電壓為且R1〈R2。4當Vi為0V時，G1輸出“1〞電平，G2輸出“0〞電平，此“0〞電平通過電阻R2反響到G1輸入端，使保持低電平。保持輸出信號VO為低電平穩(wěn)態(tài)，假定為第Ⅰ穩(wěn)態(tài)。Vi逐漸上升，也上升，假設未上升到閾值VTH時，電路穩(wěn)定在第Ⅰ穩(wěn)態(tài)。5假設Vi繼續(xù)上升，并使產生一個正反響雪崩過程：施密特觸發(fā)器翻轉到第Ⅱ穩(wěn)態(tài)。此時：VT+：Vi上升過程中，電路狀態(tài)發(fā)生轉換時對應的輸入電平。VT+：正向閾值電壓6當Vi從高電平VDD逐漸下降，并到達時，將引發(fā)另一個正反響雪崩過程。此時：Vi=VT-

VT-：Vi下降過程中，電路狀態(tài)發(fā)生轉換時對應的輸入電平。VT-：負向閾值電壓7Vi=VT-此時：VT-：負向閾值電壓VDD=2VTH8回差電壓：脈沖波形整形電路穩(wěn)態(tài)Ⅰ穩(wěn)態(tài)Ⅱ穩(wěn)態(tài)Ⅰ9電壓傳輸特性：〔CMOS〕同相輸出反相輸出10回差電壓：可以通過調節(jié)R1、R2阻值來調節(jié)回差電壓。假設VDD=10V，R1=50k，R2=100k，VTH=5V那么施密特觸發(fā)器得各特性參數(shù)為：116.2.2施密特觸發(fā)器的應用1〕波形變換利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉換的正反響作用，可以把邊沿變換緩慢的周期性信號變?yōu)檫呇囟盖偷木匦蚊}沖信號。122〕脈沖整形某測量裝置輸出信號經放大后，可能是不規(guī)那么波形。適當加大回差，可以提高電路抗干擾能力同相輸出133〕幅度鑒別146.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點1〕有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)；2〕在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；3〕暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短，取決于電路本身的參數(shù)，和觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。作用脈沖整形、延時、定時等156.3.1門電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CMOS門電路：微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器16在穩(wěn)態(tài)下：因此有：電容C上沒有電壓當觸發(fā)脈沖Vi加到輸入端時，在Rd和Cd作用下，Vd為一很窄的正負脈沖。當Vd上升到VTH時，將引發(fā)正反饋過程：VdVO1Vi2VO17VO1迅速跳變?yōu)榈碗娖?。由于電容上的電壓不能發(fā)生突變，Vi2同時跳變?yōu)榈碗娖?，使得VO跳變?yōu)楦唠娖?。電路進入暫穩(wěn)態(tài)。此時，即使Vd回到低電平，VO高電平仍將維持。同時，電容C開始充電，Vi2逐漸升高。當Vi2=VTH時，引發(fā)另外正反饋過程：Vi2

VO

VO118初始Vi=0，VO=0輸出脈沖寬度tw等于電容C充電開始到Vi2上升到VTH這段時間。19工作過程：〔一〕穩(wěn)態(tài)：〔二〕觸發(fā)翻轉〔VI正跳變〕〔三〕暫穩(wěn)態(tài)〔電容C充電〕〔四〕自動返回〔穩(wěn)態(tài)〕20積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)情況：Vi=0，VO=VOH，VA=VO1=VOHVi輸入正脈沖，VO1=0，由于電容上電壓不能突變，所以在一段時間內，VA仍在VTH以上。使得VO=VOL，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。同時，電容開始放電21隨著電容C的放電，VA下降至VTH后，VO回到高電平。Vi回到低電平，VO1為高電平，為C充電。當Vi跳變?yōu)楦唠娖綍r，進入下一個暫穩(wěn)態(tài)。22脈沖寬度tw等于從電容C放電開始到VA下降至VTH的時間。236.4多諧振蕩器6.4.1對稱式多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，不需外加觸發(fā)信號，便可自動產生矩形脈沖。電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。交替變化。兩個反相器G1、G2經耦合電容C1、C2連接的正反響振蕩回路。24假設Vi1有微小正跳變，電路會引發(fā)如下正反響過程：VO1迅速跳變?yōu)榈碗娖?，VO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?。電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)25此時，電容C1開始充電，電容C2開始放電。電容C1通過兩條支路充電：G2內阻R1和RF2，充電速度比較快。26Vi2首先上升到G2的閾值電壓VTH，引起如下正反響過程：使得VO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?，而VO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?。電路進入第二個暫穩(wěn)態(tài)，同時C2充電，C1放電。電路完全對稱；電路不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間往復振蕩。27VO1低電平，電容C1充電，使得Vi2逐漸升高。到達VTH時，G2翻轉，VO2輸出低電平。C2電容兩端電壓不能突變，使得VO1高電平，通過RF1等向C2充電，使得Vi1逐漸升高，直至導致G1翻轉，VO1低電平。重復以上過程。286.4.2非對稱式多諧振蕩器Vi1有微小的正跳變發(fā)生則引起：正反饋過程。VO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)。同時電容C開始放電。Vi1逐漸下降，當Vi1=VTH時，發(fā)生：進入第二個暫穩(wěn)態(tài)。電容充電29充電、放電時間均不能長久，電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間不斷變化，形成連續(xù)脈沖輸出。放電充電30316.4.3環(huán)型振蕩器利用閉合回路中延遲負反響作用產生自激振蕩。假定Vi1產生微小正跳變，電路將周而復始產生自激振蕩。振蕩周期：T=6tpd。對于任意大于等于3個奇數(shù)反相器首尾相連接成的環(huán)型電路都可以產生自激振蕩。周期T=2ntpd。32帶RC延遲電路的環(huán)型振蕩器實用電路改進當Vi2發(fā)生負跳變時，通過電容C，Vi3首先跳變低電平。然后對電容充電，延長Vi2到Vi3的傳輸延遲時間。P336圖6.4.12〔b〕計算振蕩周期，只考慮RC電路的作用，不考慮門電路傳輸時間。336.4.4用施密特觸發(fā)器構成多諧振蕩器接通電源，Vi低電平，VO高電平，通過R向C充電，當Vi=VT+時，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，C通過R放電。Vi下降至VT-時，輸出跳變?yōu)楦唠娖?，電容C重新開始充電。周而復始，形成振蕩。346.5555定時器及其應用555定時器是多用途數(shù)字—模擬集成電路，利用它可以方便地構成：施密特觸發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器35555電路結構根本組成：比較器1；比較器2；根本RS觸發(fā)器；集電極開路放電三極管。36Vi1：比較器C1輸入端Vi2：比較器C2輸入端VR1：C1參考電壓VR2：C2參考電壓VCO：控制電壓輸入端：置零輸入端在控制電壓VCO懸空時，如果VCO接固定電壓，37當：VC1=0，VC2=1，Q=0，VO=0當：VC1=VC2=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，輸出VO狀態(tài)不變。當：VC1=1，VC2=0，觸發(fā)器置1，VO為高電平。當：VO=1共四種情況38555功能表39用555電路構成施密特觸發(fā)器Vi從0逐漸升高過程：40Vi從高于開始下降過程：反相輸出施密特觸發(fā)器如果參考電壓由VCO提供，則：41用555電路構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器反相器穩(wěn)態(tài)：Vi處于高電平接通電源兩種情況：Q=0，TD導通，VC=0。故VC1=VC2=1，Q=0，VO=0Q=1，TD截止，VCC經R向C充電，當VC1=0，Q=0，TD導通，C迅速放電，VC=0。此時：VC1=VC2=1，觸發(fā)器保持0狀態(tài)。42反相器觸發(fā)翻轉：Vi輸入負脈沖，Vi跳變到以下時，VC2=0（VC1=1）。此時，Q=1，VO跳變?yōu)楦唠娖?。TD截止，VCC通過R向C充電。電路進入暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)：Q=1，VO=1。VCC向C充電。充電回路：VCC—R—C—地