如何用一只无缓冲CMOS六反相器做出测试仪器？

图4：两种驱动声音换能器的方法

偏置电压由分压网络通过下式给出：VB=R2VS/（R1+R2）-R2VL（1-ξ）/（R1+R2）-R2VHξ/（R1+R2），其中VS是电源电压，ξ是输入信号占空比（TH/（TH+TL），假设是一个矩形波），VH是逻辑高电压，而VL是逻辑低电压。R1的建议值为1MΩ；用户可以根据偏置电压的式子，选择R2（建议选1MΩ）。很多R2值都是可以的，如图4c所示。电容CC（建议为0.1μF）与待测信号串联，提供与信号串联的偏压。信号的最低强度受到门的输入阈值窗口限制，对不同逻辑门有不同的值。举例来说，对于一个在零和信号电压之间变换的矩形波信号，偏压应低于阈值窗口，而偏压值与信号电压之和应高于阈值窗口。

图5：图4c的输入交流耦合对占空比的灵敏度低，弱于传统的串联电容交流耦合方式

这里有一种严格的情况，此时两个值都处于窗口的边沿。因此，对于矩形信号或衰减的数字信号，VSIG=ΔVT是最低要求的信号强度。通常情况下，不同门的ΔVT是不一样的；有些宽度大（CD4069），有些则宽度窄（CD4011）。然而，当加载一个交流信号（如正弦波）时，信号的负相位会使偏压强度减小到VB-VSIG.因此一个相位就足够产生一个相当于半个窗口宽度的变化量。于是，对于交流信号，最低信号强度标准为VSIG=ΔVT/2.

最后，对于一个反相门，ΔVT=VT2–VT1，其中VT2是门的输出端已完全安定在逻辑0时的输入电压，而VT1是门的输出端已完全安定在逻辑1时的输入电压。R1和R2帮助选择高于所设定最小门阈值窗口的信号强度。如果R2约为1MΩ，则R2CC时间常数为0.1秒，对应为10Hz，这看来是足够的。

对于普通的数字信号，足以忽略掉R2和CC.换句话说，R2和CC都等于零。应注意的是，这个耦合器并未补偿严格的信号条件，防止输出端有一个恒定的漏极电流。它的目标是为音频探头的门提供一个典型晶体管放大器式的偏压。对严格信号条件的关注由图4b中门输出端串联的10μF电容完成。

喜欢使用传统交流耦合（R2的左侧端子连接到大地，而不是探头尖）RC电路的用户可以采用下式，计算作为多项参数函数的V\'\'\'B：V\'B=VSR2/（R1+R2）-ξ（VH–VL）–VL，其中所有项都具一般意义。

将此式与前式作个比较。V\'\'B的式子中，偏压通过占空比的单一乘积因数，与VH或VL形成依赖关系，而在偏压式中，它取决于另外的乘积因数R2/(R1+ R2)<1，因此减少了依赖性，随占空比产生了一个更平坦的数据曲线，如图5所示有一个VL/VH=0/4V的矩形波和变化的占空比。

所有这些小设备都可以装在一个小容器里，如一只胶管，并用探头做各种测试(参考文献4)。探头电源可以使用两只3V的CR2032锂电池；CMOS4069是小功率器件。但要注意，不同制造商的4069器件的阈值有很大的差异，因此应在挑选制作测试设备的器件时，要检查其值，尤其是用于前三种设备时。

这些测试设备的关键在于CMOS门的高输入阻抗。其它封装( 如CD4011/4001)也可以做出多款设备，因为关键是使用反相门。

在这里讨论的所有电路中，探头的地都应直接连到待测设备的地上。尽管设计实例并未讨论这一点，但有些读者可能希望增加CD4011/4001NAND/NOR逻辑，将开路测试仪、单稳振荡器和音频探头结合起来，从而提供一个可发声的开路测试仪。