《数字电子技术》课程教学资源（自测题）第十章 脉冲产生和整形自测题和答案

9.1图题9.1是用两个555定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一定的 延迟时间后，扬声器开始发声。如果在延迟时间内开关S重新闭合，扬声器不会发出声 音。在图中给定参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。图中G 是CMOS反相器，输出的高、低电平分别为om=12V,VoL≈0V。 \cc(+12V) RD RD 100ud 1p_ R 5k0 GI 555 0.0uF 0.0F -0.0luF 图题9.5 解：1.工作原理： 图题9.1由两级555电路构成，第一级是施密特触发器，第二级是多谐振荡器。施 密特触发器的输入由R1、C充放电回路和开关S控制，当S闭合时，V=OV,施密特触 发器输出高电平。施密特触发器的输出经反相器去控制多谐振荡器的R端，当施密特触 发器的输出为高电平时，RD-0,多谐振荡器复位，扬声器不会发出声音。当开关S断开 后，R1、C充放电回路开始充电，e随之上升，但在达到，=c之前，施密特触 发器的输出仍为高电平时，R=0,扬声器仍不会发出声音。这一段时间即为延迟时间。 一旦e达到，-'c©，施密特触发器触发翻转，输出低电平，R=l,多谐振荡器工 作，扬声器开始发声报警 2.求延迟时间： 延迟时间由R1、C充放电回路的充电过程决定： Yc=vc()+[vc(0*)-vc()e 将ve(o)='cc=12V c(0*)=0V =R1C代入上式，得： Ye=Vcc(l-e7aG) m时，e一c代入上式。整理得廷迟时间： 4=R1Cln3≈1.1R1C=1.1×10+10×106=11S 扬声器发声频事：/-07R+2RG07x15×10x01x10*095Mt

9.1 图题 9.1 是用两个 555 定时器接成的延时报警器。当开关 S 断开后，经过一定的 延迟时间后，扬声器开始发声。如果在延迟时间内开关 S 重新闭合，扬声器不会发出声 音。在图中给定参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。图中 G1 是 CMOS 反相器，输出的高、低电平分别为 VOH=12V，VOL≈0V。 C 7 RD 5 V 1 C C 6 0.01 2 v 4 C v 555 8 I1 3 v I2 C 7 C C R2 RD 5 V 1 C C 6 R 0.01 v 2 3 v 4 C 555 O v 8 I1 3 V v I2 R1 S 1 G1 100μF μF μF (+12V) 1 2 1MΩ 5kΩ 5kΩ 10μF 0.01μF 图题 9.5 解：1.工作原理： 图题 9.1 由两级 555 电路构成，第一级是施密特触发器，第二级是多谐振荡器。施 密特触发器的输入由 R1、C1 充放电回路和开关 S 控制，当 S 闭合时，VC=0V，施密特触 发器输出高电平。施密特触发器的输出经反相器去控制多谐振荡器的 RD 端，当施密特触 发器的输出为高电平时，RD=0，多谐振荡器复位，扬声器不会发出声音。当开关 S 断开 后，R1、C1 充放电回路开始充电，VC 随之上升，但在达到 T CC 3 2 V + = V 之前，施密特触 发器的输出仍为高电平时，RD=0，扬声器仍不会发出声音。这一段时间即为延迟时间。 一旦 VC 达到 T CC 3 2 V + = V ，施密特触发器触发翻转，输出低电平，RD=1，多谐振荡器工 作，扬声器开始发声报警。 2.求延迟时间： 延迟时间由 R1、C1 充放电回路的充电过程决定：  t v v v v e − + = () + [ (0 ) − ()] C C C C 将 vC () =VCC =12V (0 ) C + v =0V =R1C1 代入上式，得： (1 ) 1 1 C CC R C t v V e − = − t=t1 时， C CC 3 2 v = V 代入上式，整理得延迟时间： t1= R1C1ln3≈1.1 R1C1=1.1×106+10×10-6=11S 扬声器发声频率： 0.95MHz 0.7 15 10 0.01 10 1 0.7( 2 ) 1 3 6 2 3 2      = + = − R R C f

9.2图题92所示电路是由两个555定时器构成的频率可调而脉宽不变的方波发生 器，试说明其工作原理：确定频率变化的范围和输出脉宽：解释二极管D在电路中的作 用。 11 5 555 -0.0luF 0.0u 图题9.2 解：1工作原理： 第一级555定时器构成多谐振荡器，第二级构成单稳态触发器，第一级的输出脉冲 信号作为第二级电路的输入触发信号，使第二级输出。的频率与多谐振荡器输出信号的 频率相同，所以调节可变电阻R,就可以改变o的频率。但%的脉宽是由单稳的参数 决定的，因单稳的参数不变，所以6的脉宽不变。于是，就可以得到频率可调而脉宽不 变的脉冲波了。 2.确定频率变化的范围和输出脉宽： %的频率变化范围为：07K+R,+2R,)G07R+2R,G 1 输出脉宽： fpo=1.IRs C3 3.二极管D在电路中的作用： 二极管D在电路中起限幅作用，避免过大的电压加于单稳的输入端，以保护定时器 的安全。 9.3图题9.3为一心律失常报警电路，图中m是经过放大后的心电信号，其幅值 nm=4V。 (1)对应n分别画出图中%1、%2、三点的电压波形： (2)说明电路的组成及工作原理

2 9.2 图题 9.2 所示电路是由两个 555 定时器构成的频率可调而脉宽不变的方波发生 器，试说明其工作原理；确定频率变化的范围和输出脉宽；解释二极管 D 在电路中的作 用。 C RD 5 V 1 C C 6 0.01 2 4 555 v 8 I1 3 v I2 C C C RD 5 V 1 R C C 0.01 5 v 4 C 555 8 3 V μF μF 6 7 R4 D 2 vO R1 R3 R2 7 1 C2 3 A B 图题 9.2 解：1.工作原理： 第一级 555 定时器构成多谐振荡器，第二级构成单稳态触发器，第一级的输出脉冲 信号作为第二级电路的输入触发信号，使第二级输出 VO 的频率与多谐振荡器输出信号的 频率相同，所以调节可变电阻 R1，就可以改变 VO 的频率。但 VO 的脉宽是由单稳的参数 决定的，因单稳的参数不变，所以 VO 的脉宽不变。于是，就可以得到频率可调而脉宽不 变的脉冲波了。 2. 确定频率变化的范围和输出脉宽： VO 的频率变化范围为： 1 2 3 1 2 3 1 0.7( 2 ) 1 ~ 0.7( 2 ) 1 R + R + R C R + R C 输出脉宽： tpo=1.1R5 C3 3. 二极管 D 在电路中的作用： 二极管 D 在电路中起限幅作用，避免过大的电压加于单稳的输入端，以保护定时器 的安全。 9.3 图题 9.3 为一心律失常报警电路，图中 vI 是经过放大后的心电信号，其幅值 vIm=4V。 （1）对应 vI分别画出图中 vo1、vo2、vo 三点的电压波形； （2）说明电路的组成及工作原理

CC(+5V 图题9.3 解：(1)对应n分别画出图题9.3中%1、o2、%三点的电压波形如图T9.3(a)示。 图T9.3(a) (2)电路的组成及工作原理： 第一级555定时器构成施密特触发器，将心律信号整形为脉冲信号：第二级555定时 器构成可重复触发的单稳态触发器，也称为失落脉冲捡出电路。当心律正常时，V。!的频 率较高，周期较短，使得e不能充电至c,所以。：始终为高电平，。始终为低电 平，发光二极管D1亮，D2不亮，表示心律正常：当心律异常时，脉冲间隔拉大，的 的周期加长，可使k充电至号cc,6:变为低电平，%变为高电平，发光二极管D

3 1 2 6 555 I v 5 7 VC C(+5V) 8 4 3 vO1 v I 8 3 (+5V) 4 VC C 7 O2 555 1 2 5 6 v 1 vO R C T D1 D2 图题 9.3 解：（1）对应 vI分别画出图题 9.3 中 vo1、vo2、vo 三点的电压波形如图 T9.3（a）示。 VI T+ V T- V Vo 1 VC 2 3 VCC Vo 2 Vo 图 T9.3(a) （2）电路的组成及工作原理： 第一级 555 定时器构成施密特触发器，将心律信号整形为脉冲信号；第二级 555 定时 器构成可重复触发的单稳态触发器，也称为失落脉冲捡出电路。当心律正常时，Vo1 的频 率较高，周期较短，使得 VC不能充电至 CC 3 2 V ，所以 Vo2 始终为高电平，Vo 始终为低电 平，发光二极管 D1 亮，D2 不亮，表示心律正常；当心律异常时，脉冲间隔拉大，Vo1 的 的周期加长，可使 VC 充电至 CC 3 2 V ， Vo2 变为低电平，Vo 变为高电平，发光二极管 D2

亮，D1不亮，表示心律失常。 9.4图题9.4所示，555构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时， 试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形 图题9.4 经施密特触发器整形后的输出电压波形如图T9.4(a)示。 图T9.4(a) 9.5图题9.5所示电路为一个回差可调的施密特触发电路，它是利用射击跟随器的发 射极电阻来调节回差的。试求： (1)分析电路的工作原理： (2)当Re1在50~100Q的范围内变动时，回差电压的变化范围

4 亮，D1 不亮，表示心律失常。 9.4 图题 9.4 所示，555 构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时， 试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形。 v 1 2 555 I 6 5 7 4 VC C(+5V) 8 3 vO I v vO 图题 9.4 经施密特触发器整形后的输出电压波形如图 T9.4（a）示。 V V I o T+ V T- V 图 T9.4（a） 9.5 图题 9.5 所示电路为一个回差可调的施密特触发电路，它是利用射击跟随器的发 射极电阻来调节回差的。试求： （1）分析电路的工作原理； （2）当 Re1 在 50～100Ω的范围内变动时，回差电压的变化范围

图T9.5 图题9.5的电路是利用射极跟随器的射极电阻来改变回差电压的施密特触发器。 设R:两端的电压为V2,三极管发射极对地的电压为V。,门电路的转折电压为 当足够低时，2<，S-0,<,R=1,o2为高电平，Vo1为低电平。当上 升至使e≥时，S由0转向l,而Va仍小于，所以R仍为1，这时Vo2、1仍维 持原来的状态。只有当2也升至h时，R由1转向0，触发器发生翻转，V1变为高电 平，变为低电平，这时对应的巧为上限触发电平，显然，一之（风+）+医。 当下降，使Ve2降至时，R又由0回到1，而而V.仍大于V血，所以S仍为1， 这时V、V。1仍维持前述的状态，Vo1为高电平，o2为低电平。只有当V也降至h时， S才由1转向0，触发器发生又一次翻转，V2回到高电平，%回到低电平。这时对应的 为下限触发电平-，显然-=h+E。 电路的回差电压=。-.一光 当R在50一100Q的范围内变动时，回差电压的变化范围为)。~Vh。 描述此施密特触发器工作原理的波形如图T9.5(a)

5 VI t T+ V T- V Vo 1 t t Vo 2 图 T9.5 图题 9.5 的电路是利用射极跟随器的射极电阻来改变回差电压的施密特触发器。 设 Re2 两端的电压为 Ve2，三极管发射极对地的电压为 Ve，门电路的转折电压为 Vth。 当 VI足够低时，Ve2<Vth，S=0，Ve<Vth，R=1，Vo2 为高电平，Vo1 为低电平。当 VI上 升至使 Ve≥Vth 时，S 由 0 转向 1，而 Ve2 仍小于 Vth，所以 R 仍为 1，这时 Vo2、 Vo1 仍维 持原来的状态。只有当 Ve2 也升至 Vth 时，R 由 1 转向 0，触发器发生翻转，Vo1 变为高电 平，Vo2 变为低电平。这时对应的 VI为上限触发电平 VT+，显然 e1 e2 BE e2 th T (R R ) V R V V + = + + 。 当 VI下降，使 Ve2 降至 Vth 时，R 又由 0 回到 1，而而 Ve仍大于 Vth，所以 S 仍为 1， 这时 Vo2、 Vo1 仍维持前述的状态，Vo1 为高电平，Vo2 为低电平。只有当 Ve也降至 Vth 时， S 才由 1 转向 0，触发器发生又一次翻转，Vo2 回到高电平，Vo1 回到低电平。这时对应的 VI为下限触发电平 VT－，显然 VT－=Vth+VBE。 电路的回差电压 th e2 e1 T V R R V =VT + −VT − = 当 Re1 在 50～100Ω的范围内变动时，回差电压的变化范围为 th ~ th 2 1 V V 。 描述此施密特触发器工作原理的波形如图 T9.5(a)

+c(5 00 图题9.5a 9.6图题9.6为一通过可变电阻Rw实现占空比调节的多谐振荡器，图中Rw=Rw1+Rw2, 试分析电路的工作原理，求振荡频率∫和占空比q的表达式。 555 =0.01uf 图题9.6 工作原理： 当多谐振荡器输出端。为高电平时，放电三极管截止，'cc经R、Rw1、D向电容C 充电，充电时间常数为(R1+Rw)C,电容C上的电压心伴随着充电过程不断增加。当 电容电压1℃增大至时，多谐振荡器输出端。由高电平跳变为低电平，放电三极管 由截止转为导通，电容C经R2、Rw2放电三极管集电极(7脚)放电，放电时间常数为

6 & & 2.2kΩ 3.3kΩ 100Ω R 100Ω R e1 e2 vI vO1 O2 v S R 1 +VCC (+5V) 图题 9.5(a) 9.6 图题 9.6 为一通过可变电阻 RW 实现占空比调节的多谐振荡器，图中 RW=RW1+RW2， 试分析电路的工作原理，求振荡频率 f 和占空比 q 的表达式。 2 6 VCC RD O 555 3 vI2 vI1 8 4 v 7 VCC C 1 5 0.01 vC D R1 R2 RW RW 1 RW 2 μF 图题 9.6 工作原理： 当多谐振荡器输出端 vo 为高电平时，放电三极管截止，VCC经 R1、RW1、D 向电容 C 充电，充电时间常数为（R1+ RW1）C，电容 C 上的电压 vC伴随着充电过程不断增加。当 电容电压 vC增大至 Vcc 3 2 时，多谐振荡器输出端 vo 由高电平跳变为低电平，放电三极管 由截止转为导通，电容 C 经 R2、RW2 放电三极管集电极（7 脚）放电，放电时间常数为

(R2+Rw)C,此后，电容C上的电压心伴随着放电过程由二V点不断下降。当电容电压 1心减小至时，多谐振荡器输出端。由低电平跳变为高电平，放电三极管由导通转为 载止，放电过程结束。此后，o经R、R1、D再向电容C充电，电容电压心由。 开始增大，继续重复上述充电过程。 振荡频率F0,7R+R,+RwC 1 R+Rwi 占空比FR+R,+R 9.7图题9.7是救护车扬声器发声电路。在图中给定的电路参数下，设Vcc=12V时 555定时器输出的高、低电平分别为11V和0.2V,输出电阻小于100Q,试计算扬声器 发声的高、低音的持续时间。 c(+12V) Vc RD R4 0k AR如 8 100dF 150k2 R 100k R3 555 C ÷0.0 0.0F 图题9.7 两级555电路均构成多谐振荡器，由第一级的输出去控制第二级的5端。而第一级 多谐振荡器的充放电时间常数远大于第二级，这意味着第一级的振荡周期远大于第二级。 当第一级电路的输出为低电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较高，扬声器发出高音。 当第一级电路的输出为高电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较低，扬声器发出低音。 扬声器发出低音的持续时间：0.7(R1+R2)C1=1.12S 扬声器发出高音的持续时间：0.7R2C1=1.05S 9.8一过压监视电路如图题9.8所示，试说明当监视电压，超过一定值时，发光二 极管D将发出闪烁的信号。 提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于地电位

7 (R2+RW2) C，此后，电容 C 上的电压 vC伴随着放电过程由 Vcc 3 2 点不断下降。当电容电压 vC减小至 Vcc 3 1 时，多谐振荡器输出端 vo 由低电平跳变为高电平，放电三极管由导通转为 截止，放电过程结束。此后，VCC经 R1、RW1、D 再向电容 C 充电，电容电压 vC由 Vcc 3 1 开始增大，继续重复上述充电过程。 振荡频率 f= 0.7(R R R )C 1 1 + 2 + W 占空比 q= 1 2 W 1 W1 R R R R R + + + 9.7 图题 9.7 是救护车扬声器发声电路。在图中给定的电路参数下，设 VCC=12V 时， 555 定时器输出的高、低电平分别为 11V 和 0.2V，输出电阻小于 100Ω，试计算扬声器 发声的高、低音的持续时间。 100 R 7 6 0.01 μF R μF D 10 C μF 5 C C 4 2 R 4 v 6 D V 5 R I2 7 3 v 2 (+12V) I1 C v 555 4 5 V O 1 1 I2 8 V v I1 v 100kΩ 2 C C v 8 C C 10kΩ μF v 1 C C 3 555 0.01 150kΩ 1 10kΩ R R 2 R3 10kΩ 图题 9.7 两级 555 电路均构成多谐振荡器，由第一级的输出去控制第二级的 5 端。而第一级 多谐振荡器的充放电时间常数远大于第二级，这意味着第一级的振荡周期远大于第二级。 当第一级电路的输出为低电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较高，扬声器发出高音。 当第一级电路的输出为高电平时，致使第二级振荡器的振荡频率较低，扬声器发出低音。 扬声器发出低音的持续时间：0.7(R1+R2)C1=1.12S 扬声器发出高音的持续时间：0.7R2C1=1.05S 9.8 一过压监视电路如图题 9.8 所示，试说明当监视电压 vx 超过一定值时，发光二 极管 D 将发出闪烁的信号。 提示：当晶体管 T 饱和时，555 的管脚 1 端可认为处于地电位

20m =0.0l 图题9.8 图题9.8所示电路中，若1端接地，则555定时器构成一个多谐振荡器。但现在定 时器的1端通过三极管T接地，而管子的状态由监视电压片决定。当K未超限时，稳压 管D2截止，三极管T也截止，定时器的1端相当于开路，振荡器不工作，发光二极管D 不闪烁：当：超限时，稳压管D2击穿，随之三极管T饱和导通，定时器的1端相当于 接地，振荡器正常工作，在输出端得到脉冲信号，发光二极管D闪烁报警。 9.9图题9.9所示电路是由555构成的锯齿波发生器，三极管T和电阻R1、R2、R 构成恒流源电路，给定时电容C充电，当触发输入端输入负脉冲后，画出触发脉冲、电 容电压c及555输出端vo的电压波形，并计算电容C的充电时间。 G 图题9.8 画出触发脉冲、电容电压c及555输出端vo的电压波形如图T9.9所示

8 4 3 D 8 2 V R 6 C O CC 1 7 CC v W R V I2 v R C I1 555 v v 0.01μF 1 5 D vx 100Ω DZ 10kΩ T 20μF 510Ω 10kΩ 100kΩ 图题 9.8 图题 9.8 所示电路中，若 1 端接地，则 555 定时器构成一个多谐振荡器。但现在定 时器的 1 端通过三极管 T 接地，而管子的状态由监视电压 vx 决定。当 vx 未超限时，稳压 管 DZ截止，三极管 T 也截止，定时器的 1 端相当于开路，振荡器不工作，发光二极管 D 不闪烁；当 vx 超限时，稳压管 DZ击穿，随之三极管 T 饱和导通，定时器的 1 端相当于 接地，振荡器正常工作，在输出端得到脉冲信号，发光二极管 D 闪烁报警。 9.9 图题 9.9 所示电路是由 555 构成的锯齿波发生器，三极管 T 和电阻 R1、R2、Re 构成恒流源电路，给定时电容 C 充电，当触发输入端输入负脉冲后，画出触发脉冲、电 容电压 VC及 555 输出端 vo 的电压波形，并计算电容 C 的充电时间。 8 3 4 7 555 1 2 5 6 VCC C R R T 1 Re 2 v I vO v C 图题 9.8 画出触发脉冲 VI、电容电压 VC及 555 输出端 vo 的电压波形如图 T9.9 所示

图T9.9(a) 计算电容C的充电时间： R。Vc-0.) 充电电流：=月十尼 电时人ac

9 VI VC Vo CC 3 V 2 tp o 图 T9.9(a) 计算电容 C 的充电时间： 充电电流： e CC 1 2 1 E ( 0.7) R V R R R I − + = 充电时间： E CC po 3 2 I V C t =