自制一个上升时间快至2纳秒的快速边沿脉冲发生器

实验目的

自制一个上升时间快至 2 纳秒的快速边沿脉冲发生器。

实验原理

该电路使用的施密特触发器芯片型号为：SN74HC14, 该电路的频率为 4.4 kHz：

SN74HC14 方波频率为 4.4 kHz

放大波形后, 可以看到该信号的上升时间为 3.6 纳秒：

SN74HC14 方波上升沿 3.6 纳秒

这已经很不错了，但强中自有强中手，一山更比一山高，还有一种施密特触发器芯片，也就是 74AC14 系列施密特触发器芯片，其上升时间可达 2 纳秒左右。

SN74HC14 数据手册中给出的典型传播延迟（Propagation Delay）为 12 纳秒, 典型变换时间（Transition-time）为 8 纳秒。

SN74HC14 传播延迟 12 纳秒

SN74AC14 数据手册中给出的电源电压为 5 伏时的典型传播延迟（取tPLH、tPHL 两者中的最大值）5纳秒：

SN74AC14 传播延迟 5 纳秒

74HC14 系列芯片的传播延迟一个为 12 纳秒，74AC14 系列芯片的传播延迟为 5 纳秒，虽然传播延迟不等于上升时间，但从这个参数可以看出，74AC14 要比 74HC14 速度快。

今天，我们使用 74AC14 系列芯片制作一个上升沿可达 2 纳秒的方波电路。

实验电路

快速边沿脉冲发生器电路

R1 和 C1 还有 74AC14 的一路反相器构成典型的施密特触发器方波电路，生成方波，频率为 2.9 kHz 左右，这里我们不大关心频率，高一些低一些都可以，我们关心的是上升沿速度。方波信号然后输入到 74AC14 剩下的五路反相器中，5路 220 Ω 电阻并联，提供一个 50 Ω 左右的输出阻抗，可以用来较好的驱动 50 Ω左右的负载。

实验器材

• 快速边沿脉冲发生器小板
• 公对公 BNC 转接头
• 支持 10 纳秒或更小时基的示波器一台
• 5 V 直流电源

没有购买到直插的 DIP-14 封装的 74AC14, 买了贴片的 SOIC-14 封装的 SN74AC14DR， 立创商城上 2.16 元一个。

画了个小板，薅了一把嘉立创的羊毛，PCB 费用0元，打样回来，自己买件焊接。

小板上的 BNC 是母头的，示波器的 BNC 插座也是母头的，需要一个公对公 BNC 转接头。

实验步骤

把小板插到示波器上，需要一个公对公 BNC 转接头，上电，可以看到波形的频率为 2.9 kHz：

实验场景

放大后可以看到上升沿为 2 纳秒：

上升时间达到 2 纳秒

波形上有振铃，对我们来说不是坏事。因为我们可以利用这个快速脉冲发生器来测量电线或导线的长度，甚至可以用来测量光速，波形上的振铃有利于我们设别反射回来的波形。