自制一個上升時間快至2納秒的快速邊沿脈沖發(fā)生器

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自制一個上升時間快至 2 納秒的快速邊沿脈沖發(fā)生器。

實驗原理

該電路使用的施密特觸發(fā)器芯片型號為：SN74HC14, 該電路的頻率為 4.4 kHz：

SN74HC14 方波頻率為 4.4 kHz

放大波形后, 可以看到該信號的上升時間為 3.6 納秒：

SN74HC14 方波上升沿 3.6 納秒

這已經(jīng)很不錯了，但強中自有強中手，一山更比一山高，還有一種施密特觸發(fā)器芯片，也就是 74AC14 系列施密特觸發(fā)器芯片，其上升時間可達 2 納秒左右。

SN74HC14 數(shù)據(jù)手冊中給出的典型傳播延遲（Propagation Delay）為 12 納秒, 典型變換時間（Transition-time）為 8 納秒。

SN74HC14 傳播延遲 12 納秒

SN74AC14 數(shù)據(jù)手冊中給出的電源電壓為 5 伏時的典型傳播延遲（取tPLH、tPHL 兩者中的最大值）5納秒：

SN74AC14 傳播延遲 5 納秒

74HC14 系列芯片的傳播延遲一個為 12 納秒，74AC14 系列芯片的傳播延遲為 5 納秒，雖然傳播延遲不等于上升時間，但從這個參數(shù)可以看出，74AC14 要比 74HC14 速度快。

今天，我們使用 74AC14 系列芯片制作一個上升沿可達 2 納秒的方波電路。

實驗電路

快速邊沿脈沖發(fā)生器電路

R1 和 C1 還有 74AC14 的一路反相器構(gòu)成典型的施密特觸發(fā)器方波電路，生成方波，頻率為 2.9 kHz 左右，這里我們不大關(guān)心頻率，高一些低一些都可以，我們關(guān)心的是上升沿速度。方波信號然后輸入到 74AC14 剩下的五路反相器中，5路 220 Ω 電阻并聯(lián)，提供一個 50 Ω 左右的輸出阻抗，可以用來較好的驅(qū)動 50 Ω左右的負載。

實驗器材

• 快速邊沿脈沖發(fā)生器小板
• 公對公 BNC 轉(zhuǎn)接頭
• 支持 10 納秒或更小時基的示波器一臺
• 5 V 直流電源

沒有購買到直插的 DIP-14 封裝的 74AC14, 買了貼片的 SOIC-14 封裝的 SN74AC14DR， 立創(chuàng)商城上 2.16 元一個。

畫了個小板，薅了一把嘉立創(chuàng)的羊毛，PCB 費用0元，打樣回來，自己買件焊接。

小板上的 BNC 是母頭的，示波器的 BNC 插座也是母頭的，需要一個公對公 BNC 轉(zhuǎn)接頭。

實驗步驟

把小板插到示波器上，需要一個公對公 BNC 轉(zhuǎn)接頭，上電，可以看到波形的頻率為 2.9 kHz：

實驗場景

放大后可以看到上升沿為 2 納秒：

上升時間達到 2 納秒

波形上有振鈴，對我們來說不是壞事。因為我們可以利用這個快速脈沖發(fā)生器來測量電線或?qū)Ь€的長度，甚至可以用來測量光速，波形上的振鈴有利于我們設(shè)別反射回來的波形。