第7章_脈沖波形的產(chǎn)生與處理電路

1、第七章：脈沖波形的產(chǎn)生與第七章：脈沖波形的產(chǎn)生與處理電路處理電路北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院內(nèi)容提要內(nèi)容提要脈沖波形的定義脈沖波形的定義脈沖波形參數(shù)脈沖波形參數(shù)若干脈沖波形發(fā)生電路若干脈沖波形發(fā)生電路主要內(nèi)容如下：主要內(nèi)容如下：要點(diǎn)要點(diǎn)在脈沖波形產(chǎn)生與處理電路中，在脈沖波形產(chǎn)生與處理電路中，各種半導(dǎo)體器件大都工作在大各種半導(dǎo)體器件大都工作在大信號(hào)狀態(tài)，屬于非線性應(yīng)用信號(hào)狀態(tài)，屬于非線性應(yīng)用電路的分析方法和內(nèi)容與放大電路的分析方法和內(nèi)容與放大電路明顯不同，討論的重點(diǎn)是電路明顯不同，討論的重點(diǎn)是電路的瞬態(tài)特性等電路的瞬態(tài)特性等常見的脈沖波形常

2、見的脈沖波形都是時(shí)間函數(shù)都是時(shí)間函數(shù)實(shí)際矩形脈沖波形及其參數(shù)實(shí)際矩形脈沖波形及其參數(shù)脈沖幅度脈沖幅度mV平均脈寬平均脈寬Wt重復(fù)周期重復(fù)周期 及重復(fù)頻率及重復(fù)頻率Tf上升時(shí)間上升時(shí)間rt下降時(shí)間下降時(shí)間ft占空比占空比D頂部?jī)A斜頂部?jī)A斜mV理想矩形脈沖頻譜分析的意義理想矩形脈沖頻譜分析的意義前后沿前后沿( (跳變處跳變處) )變變化快，集中了信號(hào)化快，集中了信號(hào)的高頻分量；而平的高頻分量；而平頂部分變化緩慢，頂部分變化緩慢，集中了信號(hào)的低頻集中了信號(hào)的低頻成分成分可通過將這樣的脈沖信號(hào)加至放大電可通過將這樣的脈沖信號(hào)加至放大電路的輸入端，并觀察輸出電壓波形的路的輸入端，并觀察輸出電壓波形的上升

3、沿、下降沿以及波形的頂部來分上升沿、下降沿以及波形的頂部來分析放大電路的上、下截止頻率析放大電路的上、下截止頻率可見放大電路的頻率響應(yīng)與時(shí)域響應(yīng)可見放大電路的頻率響應(yīng)與時(shí)域響應(yīng)有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性( (一一) )0t 時(shí)，時(shí)， 由由 跳至跳至IvFVRVst ：存儲(chǔ)時(shí)間：存儲(chǔ)時(shí)間ft ：下降時(shí)間：下降時(shí)間rrsfttt：反向恢：反向恢復(fù)時(shí)間復(fù)時(shí)間二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性( (二二) )0t 時(shí)的電荷存時(shí)的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)儲(chǔ)效應(yīng)0t 后后PNPN結(jié)中存結(jié)中存儲(chǔ)電荷的變化儲(chǔ)電荷的變化st經(jīng)過經(jīng)過 時(shí)間后時(shí)間后PNPN結(jié)中存儲(chǔ)電荷的變結(jié)中存儲(chǔ)電荷的變化

4、化二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性( (三三) )二極管反向恢復(fù)過二極管反向恢復(fù)過程實(shí)質(zhì)上是由電荷程實(shí)質(zhì)上是由電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的，存儲(chǔ)效應(yīng)引起的，反向恢復(fù)時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需存儲(chǔ)電荷消失所需的時(shí)間的時(shí)間影響影響 的因素：的因素：rrt管子本身的性能管子本身的性能FI正向電流正向電流 與反與反向電流向電流 的大小的大小RI二極管的開關(guān)特性二極管的開關(guān)特性( (四四) )二極管由截止轉(zhuǎn)為二極管由截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ钑r(shí)間正向?qū)ㄋ钑r(shí)間稱為開通時(shí)間稱為開通時(shí)間導(dǎo)通過程簡(jiǎn)述導(dǎo)通過程簡(jiǎn)述二極管的開通時(shí)間二極管的開通時(shí)間比比 短得多，可以短得多，可以忽略不計(jì)忽略不計(jì)rrt晶體管的開關(guān)特

5、性晶體管的開關(guān)特性( (一一) )晶體管截止晶體管截止時(shí)的說明時(shí)的說明晶體管進(jìn)入晶體管進(jìn)入飽和區(qū)后的飽和區(qū)后的說明說明dt延遲時(shí)間延遲時(shí)間rt上升時(shí)間上升時(shí)間ondrttt開通時(shí)間開通時(shí)間st存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間ft下降時(shí)間下降時(shí)間offsfttt關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間,BSCSII/BBSNiI飽和飽和深度深度晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性( (二二) )延遲時(shí)間延遲時(shí)間dt晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，勢(shì)壘區(qū)較厚，擴(kuò)散電流為勢(shì)壘區(qū)較厚，擴(kuò)散電流為0 0。當(dāng)輸入矩形。當(dāng)輸入矩形脈沖信號(hào)跳變至其最大值時(shí)，勢(shì)壘逐漸脈沖信號(hào)跳變至其最大值時(shí)，勢(shì)壘逐漸降低，擴(kuò)散電流開始

6、形成，這個(gè)過程所降低，擴(kuò)散電流開始形成，這個(gè)過程所需的時(shí)間為延遲時(shí)間需的時(shí)間為延遲時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間rt在矩形脈沖電壓的作用下，擴(kuò)散電流逐在矩形脈沖電壓的作用下，擴(kuò)散電流逐漸增大直至管子飽和。從而可以定義出漸增大直至管子飽和。從而可以定義出上升時(shí)間上升時(shí)間晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性( (三三) )存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間st晶體管工作于飽和狀態(tài)時(shí)，集電極電流晶體管工作于飽和狀態(tài)時(shí)，集電極電流達(dá)到飽和值。由于集電結(jié)加有正向電荷達(dá)到飽和值。由于集電結(jié)加有正向電荷使集電區(qū)也有電子注入至基區(qū)，使基區(qū)使集電區(qū)也有電子注入至基區(qū)，使基區(qū)少子增多，形成比工作于放大區(qū)多的電少子增多，形成比工作于放大區(qū)多的電荷

7、，稱為多余的電荷荷，稱為多余的電荷當(dāng)輸入信號(hào)跳變至最小值時(shí)，存儲(chǔ)電荷當(dāng)輸入信號(hào)跳變至最小值時(shí)，存儲(chǔ)電荷消失需要一定的時(shí)間加長(zhǎng)。一開始集電消失需要一定的時(shí)間加長(zhǎng)。一開始集電極電流仍維持不變，晶體管還處于飽和極電流仍維持不變，晶體管還處于飽和狀態(tài)，經(jīng)過存儲(chǔ)時(shí)間后，多余的電荷全狀態(tài)，經(jīng)過存儲(chǔ)時(shí)間后，多余的電荷全部消失，晶體管開始脫離飽和，進(jìn)入放部消失，晶體管開始脫離飽和，進(jìn)入放大狀態(tài)。飽和越深，存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng)大狀態(tài)。飽和越深，存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng)晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性( (四四) )下降時(shí)間下降時(shí)間ft當(dāng)基區(qū)多余的電荷全部消失后，基區(qū)電當(dāng)基區(qū)多余的電荷全部消失后，基區(qū)電荷繼續(xù)消散，這時(shí)集電極電流開始

8、減小，荷繼續(xù)消散，這時(shí)集電極電流開始減小，輸出電壓開始上升，直至集電極電流為輸出電壓開始上升，直至集電極電流為0 0，晶體管截止。從而可以定義出下降時(shí)間晶體管截止。從而可以定義出下降時(shí)間一般關(guān)斷時(shí)間一般關(guān)斷時(shí)間 大于開通時(shí)大于開通時(shí)間間offsftttondrttt基本的邏輯運(yùn)算基本的邏輯運(yùn)算( (門門) )在脈沖和數(shù)字電路中，其輸入輸出量在脈沖和數(shù)字電路中，其輸入輸出量一般用高、低電平來表示，高、低電一般用高、低電平來表示，高、低電平代表兩個(gè)不同的狀態(tài)，可用二元常平代表兩個(gè)不同的狀態(tài)，可用二元常量表示量表示在數(shù)字電路中一般將高、低電平分別在數(shù)字電路中一般將高、低電平分別稱為稱為邏輯邏輯1 1

9、和和邏輯邏輯0 0，而在模擬電路中，而在模擬電路中習(xí)慣上用習(xí)慣上用H H、L L表示表示基本的邏輯運(yùn)算有基本的邏輯運(yùn)算有與與、或或、非非三種，三種，實(shí)現(xiàn)這三種運(yùn)算的電路分別稱為實(shí)現(xiàn)這三種運(yùn)算的電路分別稱為與門與門、或門或門和和非門非門輸入輸入輸出輸出ALHYHL非運(yùn)算和非門非運(yùn)算和非門當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸出當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)輸入為高電為高電平；當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平平時(shí)，輸出為低電平Y(jié)ATTLTTL與非門的外特性與非門的外特性( (一一) )(min)OHV電路處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的輸出電平，電路處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的輸出電平，具有典型值及最小值具有典型值及最小值輸出高電平輸出高電

10、平OHV輸出低電平輸出低電平OLV(max)OLV電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的輸出電平，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的輸出電平，具有典型值及最大值具有典型值及最大值晶體管晶體管- -晶體管邏輯門，是指輸入端晶體管邏輯門，是指輸入端和輸出端都用晶體管的門電路，簡(jiǎn)稱和輸出端都用晶體管的門電路，簡(jiǎn)稱TTLTTL電路電路TTLTTL與非門的外特性與非門的外特性( (二二) )當(dāng)電路輸出端接額定負(fù)載時(shí)，使電當(dāng)電路輸出端接額定負(fù)載時(shí)，使電路輸出端處于高電平狀態(tài)所允許的路輸出端處于高電平狀態(tài)所允許的最大輸入電壓最大輸入電壓關(guān)門電平關(guān)門電平offV開門電平與關(guān)門電平反映了電路的抗開門電平與關(guān)門電平反映了電路的抗干擾能力干擾能力

11、當(dāng)電路輸出端接額定負(fù)載時(shí)，使電當(dāng)電路輸出端接額定負(fù)載時(shí)，使電路輸出端處于低電平狀態(tài)所允許的路輸出端處于低電平狀態(tài)所允許的最小輸入電壓最小輸入電壓開門電平開門電平onV多諧振蕩器綜述多諧振蕩器綜述多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形脈沖波多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形脈沖波( (或方波或方波) )的自激振蕩電路。它沒有的自激振蕩電路。它沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，不需外加穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，不需外加觸發(fā)信號(hào)便能在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間交觸發(fā)信號(hào)便能在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換，輸出連續(xù)的矩形脈沖。常替轉(zhuǎn)換，輸出連續(xù)的矩形脈沖。常作為脈沖信號(hào)源作為脈沖信號(hào)源不同電路形式多諧振蕩器的共同之不同電路形式多諧振蕩器的共同之處：處：開關(guān)器

12、件：用于產(chǎn)生高、低電平開關(guān)器件：用于產(chǎn)生高、低電平反饋網(wǎng)絡(luò)：將輸出電壓反饋給開關(guān)元件反饋網(wǎng)絡(luò)：將輸出電壓反饋給開關(guān)元件延遲環(huán)節(jié)：以獲得所需的振蕩頻率延遲環(huán)節(jié)：以獲得所需的振蕩頻率由門電路組成的多諧振蕩器原理由門電路組成的多諧振蕩器原理( (一一) ) 時(shí)刻的初始值時(shí)刻的初始值1t 后，至?xí)r刻后，至?xí)r刻 時(shí)的變化時(shí)的變化1tt2t 時(shí)刻的情況時(shí)刻的情況2t 后的情況后的情況2tt一階電路中三要素法的使用一階電路中三要素法的使用/(0 )( )( )(tv tevvv(0 )( )ln( )( )vvtv tv 由門電路組成的多諧振蕩器原理由門電路組成的多諧振蕩器原理( (二二) )(3.6 ,0

13、.3 ,1.4 )OHOLthif VV VV VV1ln2.50.92TRCRC2()lnOLthOHOLOLthVVVVTRCVV2ln41.40TRCRC122.32TTTRC1()lnOHthOHOLOHthVVVVTRCVV晶體振蕩器晶體振蕩器前面介紹的多諧振前面介紹的多諧振蕩器頻率穩(wěn)定性較蕩器頻率穩(wěn)定性較差，當(dāng)電源電壓波差，當(dāng)電源電壓波動(dòng)、溫度變化、動(dòng)、溫度變化、RCRC參數(shù)變化時(shí)，頻率參數(shù)變化時(shí)，頻率變化較大。在要求變化較大。在要求較高的場(chǎng)合是不合較高的場(chǎng)合是不合適的適的可用石英晶體來構(gòu)可用石英晶體來構(gòu)成石英晶體振蕩器成石英晶體振蕩器此處石英晶體起串此處石英晶體起串聯(lián)諧振回路的作

14、用，聯(lián)諧振回路的作用，電路的振蕩頻率取電路的振蕩頻率取決于晶體的串聯(lián)諧決于晶體的串聯(lián)諧振頻率，因而振蕩振頻率，因而振蕩頻率非常穩(wěn)定頻率非常穩(wěn)定由施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器由施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器( (一一) )RCRC網(wǎng)絡(luò)起反饋網(wǎng)絡(luò)起反饋和延遲的作用和延遲的作用Cv電容電容 上的電上的電壓壓 即為其輸即為其輸入電壓入電壓CIv2123thZRVVRR2223thZRVVRR 工作波工作波形及原形及原理分析理分析由施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器由施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器( (二二) )232ln(1 2/)TRCRR放電時(shí)放電時(shí)11223( )/()CthZvtVV RRR( )CZvV 22223( )/()CthZvtVV RRR 放電時(shí)間放電時(shí)間常數(shù)為常數(shù)為RCRC集成運(yùn)放組成的三角波發(fā)生器集成運(yùn)放組成的三角波發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)說明電路結(jié)構(gòu)說明21111212PIORRvvvRRRR1,0IOOZNvvvVv 111222,thZthZRRVV VVRR 自激振蕩的產(chǎn)生過程自激振蕩的產(chǎn)生過程122OPPZRVVR1424R R CTR集成運(yùn)放組成