脉冲信号产生电路的研究实验指导书.docx

脉冲信号产生电路的研究一、实验目的1、掌握使用门电路构成脉冲信号产生电路的基本方法2、进一步了解影响输出脉冲波形参数与电路参数的关系3、学习石英晶体稳频原理和使用石英晶体构成振荡器的方法二、实验原理1、利用与非门组成脉冲信号产生电路与非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。电路的基本工作原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阈值电压VT时，门的输出状态即发生变化。因此，电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。2、非对称型多谐振荡器图4-1非对称型振荡器 图4-2 对称型振荡器如图41所示，它的输出波形是不对称的，输出脉冲宽度(TTL与非门)tW1=RC tW2=1.2RC T=2.2RC调节R和C值，可改变输出信号的振荡频率，通常用改变C实现输出频率的粗调，改变电位器R实现输出频率的细调。3、对称型多谐振荡器如图42所示，由于电路完全对称，电容器的充放电时间常数相同，故输出为对称的方波。改变R和C的值，可以改变输出振荡频率。如输出端加一非门，可实现输出波形整形。一般取R1K，当R1K，C100pf100f时，f为几Hz几MHz，脉冲宽度tW1tW20.7RC，T1.4RC4、带RC电路的环形振荡器图4-3 带有RC电路的环形振荡器电路如图43所示。非门4用于输出波形整形，R为限流电阻，一般取100，电位器RW要求1K。电路利用电容C的充放电过程，控制D点电压VD，从而控制与非门的自动启闭，形成多谐振荡，电容C的充电时间tW1、放电时间tW2和总的振荡周期T分别为tW10.94RC， tW21.26RC， T2.2RC调节R和C的大小可改变电路输出的振荡频率。以上这些电路的状态转换都发生在与非门输入电平达到门的阈值电平VT的时刻。在VT附近电容器的充放电速度已经缓慢，而且VT本身也不够稳定，易受温度、电源电压变化等因素以及干扰的影响。因此，电路输出频率的稳定性较差。5、石英晶体稳频的多谐振荡器当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时，上述几种多谐振荡器的精度已不能满足要求。为此常用石英晶体作为信号频率的基准。用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微型计算机等提供时钟信号。图4-4 常用的晶体振荡电路图44所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。(a)、(b)为TTL器件组成的晶体振荡电路；(c)、(d)为CMOS器件组成的晶体振荡电路，一般用于电子表中，其中晶体的fO32768Hz。图44(c)中，门1用于振荡，门2用于缓冲整形。Rf是反馈电阻，通常在几十兆欧之间选取，一般选22M。R起稳定振荡作用，通常取十至几百千欧。C1是频率微调电容器，C2用于温度特性校正。6、利用晶体管组成多谐振荡器 图4-5所示为由晶体管组成的自激多谐振荡器。它只有两个暂稳态(即T1饱和、T2截止与T1截止、T2饱和)。图4-5 晶体管自激多谐振荡器设t1时刻电路翻转成T1饱和、T2截止，这时电容C1通过Rb2和饱和管T1的集电极放电，同时电源VCC沿RC2和T1的基极对C2进行充电，一旦Vbe2达到VT时，电路又翻转成T2饱和、T1截止，电路进行另一个暂稳态。这时C2通过Rb1和T2的集电极放电，同时VCC经RC1、T2的基极对C1充电，当Vbe1达到VT时，电路又返回第一个暂稳态，形成振荡。tW1=0.7Rb2C1，tW2=0.7Rb1C2，T=tW1+tW2，若电路对称，C1=C2=C，Rb1=Rb2=Rb，则T=1.4RbC，输出方波。如果要求改善输出脉冲上升沿，就需要对电路进行改进，如图15-6所示。因为电容的充电电流流经集电极电阻RC是造成输出脉冲上升沿tr的主要原因。现增加一个隔离二极管D，以避免C2的充电电流经集电极电阻RC2。在C2充电时，二极管D截止，充电电流经RC2，集电极电压VA可以很快上升。在C2放电时，D导通，放电仍可通过饱和管进行。对电路参数的要求，放充，即Rb2C1Rc2C2，Rb1C2Rc1C1，在放电的同时，充电要尽快结束。另外，要求RbORC，使得导通管处于饱和状态，以保证电路的工作稳定。图4-6 改善VA上升沿的晶体管自激多谐振荡器三、实验设备、部件与器件1、5V直流电源 2、双踪示波器(另配) 3、数字频率计4、74LS00(或CC4011) 3DK22 2CK15晶振32768Hz 电位器、电阻、电容若干四、实验内容1、用与非门74LS00按图41构成多谐振荡器，其中R为10K电位器，C为0.01f。(1)用示波器观察输出波形及电容C两端的电压波形，列表记录之。(2)调节电位器观察输出波形的变化，测出最高和最低频率。(3)用一只100f电容器跨接在74LS0014脚与7脚的最近处，观察输出波形的变化及电源上纹波信号的变化，记录之。2、用74LS00按图42接线，取R1K，C0.047f，用示波器观察输出波形，记录之。3、用74LS00按图43接线，其中定时电阻RW用一个510与一个1K的电位器串联，取R100，C0.1f。(1)RW调到最大时，观察并记录A、B、D、E及V0各点电压的波形，测出V0的周期T和负脉冲宽度(电容C的充电时间)并与理论计算值比较。(2)改变RW值，观察输出信号V0波形的变化情况。4、按图44(c)接线，晶振选用电子表晶振32768Hz，与非门选用CC4011，用示波器观测输出波形，用频率计测量输出信号频率，记录