幾種常用時變和非線性電路復旦大學課程課件

調查問卷情況PPT清楚嗎？清楚；21不清楚；有些地方需要改進。1授課內容課上能聽懂一小部分；一半；7大部分；14全部。1

聽不懂的部分是因為：老師沒講清楚；自己沒有認真聽；13老師講得太快，沒跟上。5

還有一人：基礎沒打好；兩人：b，c都有調查問卷情況PPT清楚嗎？每次課內容是否過多？還可以；18太多。4老師講課時是否思路清晰、重點突出？清晰、突出；20

不清晰、不突出；不夠清晰和突出，需要進一步改進。2老師講課時語言是否精煉？語速是否過快？不夠精煉，語速過快；比較精煉，語速過快；4不夠精煉，語速還可以；2比較精煉，語速還可以；16其他情況，請指明：

每次課內容是否過多？你希望老師在以后的講課過程中改進那些地方？加些例題2三節(jié)課太累4課前發(fā)PPT2電路分析再詳細些2講課速度再慢些1你希望老師在以后的講課過程中改進那些地方？幾種常用時變和非線性電路

幾種常用時變和非線性電路線性門：控制信號能否通過的時變線性電路。展寬器：能把信號的峰頂展寬的電路。堆積判棄電路：判斷是否堆積并進行丟棄的電路?；€恢復器：消除基線偏移和漲落的電路。線性門：控制信號能否通過的時變線性電路。線性門

控制信號能否通過的時變線性電路。用來在時閾里對信號進行篩選或采樣。線性門是傳輸信號的一個門電路，在控制信號（門控信號）作用下，可以有兩個狀態(tài)：開門：線性門開放，脈沖信號以最小畸變通過線性門，傳輸系數為一常數，通常取1；關門：線性門關閉，脈沖信號無法通過線性門，即它的傳輸系數為0。線性門控制信號能否通過的時變線性電路。用來在時閾里對(a)線性門示意圖(b)線性門等效電路，模擬開關(c)理想線性門的輸出波形實際線性門輸出波形(a)線性門示意圖(b)線性門等效電路，模擬開關實主要用來傳輸正信號！電阻二極管線性門原理圖開門時：開關S斷開（在位置2），在有正信號輸入時，二極管D截止，信號通過電阻R傳送，圖中RL為負載電阻，

關門時:

開關S閉合（在位置1），電流源I的電流通過D，只要

條件滿足D始終導通，輸出端被鉗位在零電平附近。主要用來傳輸正信號！電阻二極管線性門原理圖關門時:開關S閉電阻二極管線性門實際電路電平轉換電路電流開關電阻二極管線性門實際電路電平轉換電路電流開關線性門小結既有做成獨立插件的線性門，也有用在儀器內部的線性門。指標要求亦不同，視具體情況而定。除了上面講到的傳輸正信號的線性門，還有傳送負信號的線性門。線路形式相同，只需改變某些非線性元件及其接法即可。線性門小結既有做成獨立插件的線性門，也有用在儀器內部的線性門展寬器展寬器:能把信號的峰頂展寬的電路。

模擬展寬器:在模擬信號處理中，有時需將模擬信號幅度信息暫時保存起來，另外有時便于放大，需將窄脈沖展寬等。邏輯展寬器:與模擬展寬器原理基本相同，將邏輯信號展寬的電路。

展寬器展寬器:能把信號的峰頂展寬的電路。模擬展寬器示意圖輸出為模擬信號，幅度與輸入信號幅度相等。模擬展寬器示意圖輸出為模擬信號，幅度與輸入信號幅度相等。模擬展寬器實例由于展寬器存在一定的上升速率和穩(wěn)定時間，輸入信號必須具有足夠的平頂寬度才能使電容電壓達到穩(wěn)定值。有一定下垂，由于運放有一定的輸入電流，D有反向電流，開關S有漏電流。電容上電壓幾乎直線上升，運放工作在非線性區(qū)，以最大輸出電流對電容充電。模擬展寬器實例由于展寬器存在一定的上升速率和穩(wěn)定時間，輸入信邏輯展寬器

特點：無論前一信號引起的Tip是否結束，下一個輸入信號總是從它輸入時算起，使輸出邏輯電平維持Tip。

用途：可用來在每一個輸入信號之后的一定周期Tip內監(jiān)測系統(tǒng)中某些邏輯功能動作是否發(fā)生，從而進行不同的處理。邏輯展寬器特點：無論前一信號引起的Tip是否結束，邏輯展寬器實例保持電容恒流源隔離M3的輸入電流對電容充放電過程的影響邏輯展寬器不要求精確地保持輸入信號幅度信息，因此沒有反饋運算放大器邏輯展寬器實例保持電容恒流源隔離M3的輸入電流對電容充放電過

邏輯展寬器能檢測隨機信號間隔是否小于某預定值的功能，在核電子學中處理隨機信號是十分有用的。（見后面的堆積判棄電路）邏輯展寬器能檢測隨機信號間隔是否小于某預定值的功能，在堆積判棄原則堆積判棄電路原理死時間校正和允許最高計數率

堆積判棄電路

堆積判棄原則堆積判棄電路堆積后的輸出波形Tw為信號峰部的寬度，Tm為達峰時間堆積后的輸出波形Tw為信號峰部的寬度，Tm為達峰時間堆積判棄原則三種峰堆積情況：T為兩信號的間隔，忽略尾堆積T>Tw-TM兩信號峰值均無畸變；TM<T<Tw-TM

僅后一信號峰值畸變，后一信號應舍棄；0<T<TM兩信號峰值均畸變，兩信號均應舍棄。

堆積判棄原則三種峰堆積情況：T為兩信號的間隔，忽略尾堆積堆積判棄電路延遲時間應大于快甄別器輸出脈沖寬度模擬信號堆積判棄電路延遲時間應大于快甄別器輸出脈沖寬度模擬信號從堆積判棄電路分析中我們知道在監(jiān)察信號的時間Tip內，如果再有信號輸入都要被舍棄，因此監(jiān)察時間就是堆積判棄電路所產生的死時間，這個死時間內不能記錄輸入信號。計時電路就不應把這個時間計入測量時間，而應從總的測量時間（實時間）中扣除這個死時間得到活時間，由于測到的總計數除以活時間就是信號計數率，這種辦法稱為死時間校正。雖然堆積信號被舍棄，但其計數損失得到了校正。死時間校正從堆積判棄電路分析中我們知道在監(jiān)察信號的時間Tip內，如果再邏輯展寬電路對每一個信號都要給出持續(xù)時間為一個監(jiān)察周期的信號輸出，當在監(jiān)察周期Tip內又出現的信號可以再維持一個監(jiān)察信號的寬度。輸入信號的計數率增高到1/Tip

時，監(jiān)察周期的持續(xù)時間可以一直持續(xù)下去，即死時間也一直持續(xù)下去，使可以記錄到的信號趨近于0。所以：對堆積判棄電路來執(zhí)行堆積信號判別時，對輸入的計數率有一定的要求。如果計數率過高，則輸出計數率反而更小，所需要的測量時間更長。允許最高計數率邏輯展寬電路對每一個信號都要給出持續(xù)時間為一個監(jiān)察周期的信號基線恢復原理CD基線恢復器門控基線恢復器基線恢復器

基線恢復原理基線恢復器尾堆積使信號的基線發(fā)生漲落無尾堆積的系列脈沖通過CR網絡時

由于電容器上電荷在放電時間內，未能把充電的電荷放光，那么在下一個脈沖到達時，電容器上的剩余電荷將引起這個新出現脈沖的基線偏移。結果使能譜峰位移動及能量分辨率變壞，在高計數率時尤為突出?；€偏移現象尾堆積使信號的基線發(fā)生漲落基線偏移現象

設想有一種元件或電路，能跟蹤基線的變化，在信號到達之前，隨時隨地記錄當前的基線電平，一旦信號到達，它能完成該信號（包括基線電平）減去信號到達前瞬間的基線電平的功能，從而得到真正的信號電平，這就是基線恢復器的基本原理?；€恢復原理理想的基線恢復器設想有一種元件或電路，能跟蹤基線的變化，在信號到達CD基線恢復器最簡單的基線恢復器是由電容和二極管構成，二極管D近似起到開關S的作用。此電路對于單極性正輸入信號，具有一定基線恢復功能。由于二極管正向導通電阻值在導通電壓之下時變得很大，因此影響基線恢復速度。不為零CD基線恢復器最簡單的基線恢復器是由電容和二極管構成，二極管在放大器的開環(huán)增益為A時，D的等效正向內阻減小到原來的1/(1+A)。這種帶有放大器的基線恢復器稱為有源基線恢復器，沒有放大器的則稱為無源基線恢復器。有源CD基線恢復器由于二極管的正向內阻在管壓降減小到導通電壓以下時變得很大，為了改善這一點，可以利用一個放大器來減小D的等效正向內阻。

在放大器的開環(huán)增益為A時，D的等效正向內阻減小到原來的1/(輸入雙極性信號時基線變化速度快于電容的跟蹤速度（由電容和二極管的反向電阻決定）時(a)(b)0V0V0V輸入雙極性信號時基線變化速度快于電容的跟蹤速度（由電容和二極只適應單極性信號，若信號存在下沖，下沖過后基線恢復器的速度很慢（由電容和二極管的反向電阻決定）；基線迅速上升時（即基線變化速率較大時），由于二極管反向電阻較大，因而C上電壓跟不上基線變化，造成在一段時間內輸出電壓還會疊加上一定基線電平，因而在基線變化速率不大時才能比較好地發(fā)揮作用。CD基線恢復器的缺點只適應單極性信號，若信號存在下沖，下沖過后基線恢復器的速度很其他類型的基線恢復器其他類型的基線恢復器只要輸入信號基線電平上升速度小于電容的跟蹤速度（此時，由電容和恒流源電流決定I/C），此電路可以比較迅速地跟蹤信號基線。但如果要使信號通過期間避免幅度損失，需要開關控制電路使S打開，線路復雜。CDI有源基線恢復器ＡS01ＣＤI只要輸入信號基線電平上升速度小于電容的跟蹤速度（此時，由電容無源對稱CDD基線恢復器:雙極性脈沖的基線恢復

+_C+_VR有源非對稱CDD基線恢復器:單極性脈沖的基線快速恢復+_C+_VR有源非對稱CDD基線恢復器:門控基線恢復器通過設置IB1和IB2的關系，可以得到對稱和非對稱的基線恢復器。門控基線恢復器通過設置IB1和IB2的關系，可以得到對稱和非基線恢復器小結基線恢復原理（重點）基線恢復器一般加在譜儀放大器后幾級或最后，它不改變譜儀放大器輸出波形，就可以恢復信號尾堆積引起的基線偏移和抑制各種慢變化引起的基線偏移。譜儀放大器由于加了基線恢復器后它的噪聲也會有所增加。多種基線恢復器，適用于在不同情況下（信號極性、基線變化速度等）對基線的恢復CD基線恢復器：單極性、基線變換速度較慢，由二極管的反向電阻和C決定；CDD對稱基線恢復器：雙極性、基線變化速度由I和C決定；CDD非對稱基線恢復器：單極性、基線恢復速度較快，由k、I和C決定門控基線恢復器：極性和基線恢復速度取決于對稱還是非對稱?；€恢復器小結基線恢復原理（重點）譜儀放大器原理方框圖譜儀放大器原理方框圖作業(yè)什么是信號的峰堆積和尾堆積？它們給信號幅度會帶來什么樣的影響？會帶來什么樣的譜形畸變？在實際應用上是怎樣減小這些畸變的？作業(yè)什么是信號的峰堆積和尾堆積？它們給信號幅度會帶來什么樣的知識回顧KnowledgeReview知識回顧KnowledgeReview調查問卷情況PPT清楚嗎？清楚；21不清楚；有些地方需要改進。1授課內容課上能聽懂一小部分；一半；7大部分；14全部。1

聽不懂的部分是因為：老師沒講清楚；自己沒有認真聽；13老師講得太快，沒跟上。5

還有一人：基礎沒打好；兩人：b，c都有調查問卷情況PPT清楚嗎？每次課內容是否過多？還可以；18太多。4老師講課時是否思路清晰、重點突出？清晰、突出；20

不清晰、不突出；不夠清晰和突出，需要進一步改進。2老師講課時語言是否精煉？語速是否過快？不夠精煉，語速過快；比較精煉，語速過快；4不夠精煉，語速還可以；2比較精煉，語速還可以；16其他情況，請指明：

每次課內容是否過多？你希望老師在以后的講課過程中改進那些地方？加些例題2三節(jié)課太累4課前發(fā)PPT2電路分析再詳細些2講課速度再慢些1你希望老師在以后的講課過程中改進那些地方？幾種常用時變和非線性電路

幾種常用時變和非線性電路線性門：控制信號能否通過的時變線性電路。展寬器：能把信號的峰頂展寬的電路。堆積判棄電路：判斷是否堆積并進行丟棄的電路。基線恢復器：消除基線偏移和漲落的電路。線性門：控制信號能否通過的時變線性電路。線性門

控制信號能否通過的時變線性電路。用來在時閾里對信號進行篩選或采樣。線性門是傳輸信號的一個門電路，在控制信號（門控信號）作用下，可以有兩個狀態(tài)：開門：線性門開放，脈沖信號以最小畸變通過線性門，傳輸系數為一常數，通常取1；關門：線性門關閉，脈沖信號無法通過線性門，即它的傳輸系數為0。線性門控制信號能否通過的時變線性電路。用來在時閾里對(a)線性門示意圖(b)線性門等效電路，模擬開關(c)理想線性門的輸出波形實際線性門輸出波形(a)線性門示意圖(b)線性門等效電路，模擬開關實主要用來傳輸正信號！電阻二極管線性門原理圖開門時：開關S斷開（在位置2），在有正信號輸入時，二極管D截止，信號通過電阻R傳送，圖中RL為負載電阻，

關門時:

開關S閉合（在位置1），電流源I的電流通過D，只要

條件滿足D始終導通，輸出端被鉗位在零電平附近。主要用來傳輸正信號！電阻二極管線性門原理圖關門時:開關S閉電阻二極管線性門實際電路電平轉換電路電流開關電阻二極管線性門實際電路電平轉換電路電流開關線性門小結既有做成獨立插件的線性門，也有用在儀器內部的線性門。指標要求亦不同，視具體情況而定。除了上面講到的傳輸正信號的線性門，還有傳送負信號的線性門。線路形式相同，只需改變某些非線性元件及其接法即可。線性門小結既有做成獨立插件的線性門，也有用在儀器內部的線性門展寬器展寬器:能把信號的峰頂展寬的電路。

模擬展寬器:在模擬信號處理中，有時需將模擬信號幅度信息暫時保存起來，另外有時便于放大，需將窄脈沖展寬等。邏輯展寬器:與模擬展寬器原理基本相同，將邏輯信號展寬的電路。

展寬器展寬器:能把信號的峰頂展寬的電路。模擬展寬器示意圖輸出為模擬信號，幅度與輸入信號幅度相等。模擬展寬器示意圖輸出為模擬信號，幅度與輸入信號幅度相等。模擬展寬器實例由于展寬器存在一定的上升速率和穩(wěn)定時間，輸入信號必須具有足夠的平頂寬度才能使電容電壓達到穩(wěn)定值。有一定下垂，由于運放有一定的輸入電流，D有反向電流，開關S有漏電流。電容上電壓幾乎直線上升，運放工作在非線性區(qū)，以最大輸出電流對電容充電。模擬展寬器實例由于展寬器存在一定的上升速率和穩(wěn)定時間，輸入信邏輯展寬器

特點：無論前一信號引起的Tip是否結束，下一個輸入信號總是從它輸入時算起，使輸出邏輯電平維持Tip。

用途：可用來在每一個輸入信號之后的一定周期Tip內監(jiān)測系統(tǒng)中某些邏輯功能動作是否發(fā)生，從而進行不同的處理。邏輯展寬器特點：無論前一信號引起的Tip是否結束，邏輯展寬器實例保持電容恒流源隔離M3的輸入電流對電容充放電過程的影響邏輯展寬器不要求精確地保持輸入信號幅度信息，因此沒有反饋運算放大器邏輯展寬器實例保持電容恒流源隔離M3的輸入電流對電容充放電過

邏輯展寬器能檢測隨機信號間隔是否小于某預定值的功能，在核電子學中處理隨機信號是十分有用的。（見后面的堆積判棄電路）邏輯展寬器能檢測隨機信號間隔是否小于某預定值的功能，在堆積判棄原則堆積判棄電路原理死時間校正和允許最高計數率

堆積判棄電路

堆積判棄原則堆積判棄電路堆積后的輸出波形Tw為信號峰部的寬度，Tm為達峰時間堆積后的輸出波形Tw為信號峰部的寬度，Tm為達峰時間堆積判棄原則三種峰堆積情況：T為兩信號的間隔，忽略尾堆積T>Tw-TM兩信號峰值均無畸變；TM<T<Tw-TM

僅后一信號峰值畸變，后一信號應舍棄；0<T<TM兩信號峰值均畸變，兩信號均應舍棄。

堆積判棄原則三種峰堆積情況：T為兩信號的間隔，忽略尾堆積堆積判棄電路延遲時間應大于快甄別器輸出脈沖寬度模擬信號堆積判棄電路延遲時間應大于快甄別器輸出脈沖寬度模擬信號從堆積判棄電路分析中我們知道在監(jiān)察信號的時間Tip內，如果再有信號輸入都要被舍棄，因此監(jiān)察時間就是堆積判棄電路所產生的死時間，這個死時間內不能記錄輸入信號。計時電路就不應把這個時間計入測量時間，而應從總的測量時間（實時間）中扣除這個死時間得到活時間，由于測到的總計數除以活時間就是信號計數率，這種辦法稱為死時間校正。雖然堆積信號被舍棄，但其計數損失得到了校正。死時間校正從堆積判棄電路分析中我們知道在監(jiān)察信號的時間Tip內，如果再邏輯展寬電路對每一個信號都要給出持續(xù)時間為一個監(jiān)察周期的信號輸出，當在監(jiān)察周期Tip內又出現的信號可以再維持一個監(jiān)察信號的寬度。輸入信號的計數率增高到1/Tip

時，監(jiān)察周期的持續(xù)時間可以一直持續(xù)下去，即死時間也一直持續(xù)下去，使可以記錄到的信號趨近于0。所以：對堆積判棄電路來執(zhí)行堆積信號判別時，對輸入的計數率有一定的要求。如果計數率過高，則輸出計數率反而更小，所需要的測量時間更長。允許最高計數率邏輯展寬電路對每一個信號都要給出持續(xù)時間為一個監(jiān)察周期的信號基線恢復原理CD基線恢復器門控基線恢復器基線恢復器

基線恢復原理基線恢復器尾堆積使信號的基線發(fā)生漲落無尾堆積的系列脈沖通過CR網絡時

由于電容器上電荷在放電時間內，未能把充電的電荷放光，那么在下一個脈沖到達時，電容器上的剩余電荷將引起這個新出現脈沖的基線偏移。結果使能譜峰位移動及能量分辨率變壞，在高計數率時尤為突出?；€偏移現象尾堆積使信號的基線發(fā)生漲落基線偏移現象

設想有一種元件或電路，能跟蹤基線的變化，在信號到達之前，隨時隨地記錄當前的基線電平，一旦信號到達，它能完成該信號（包括基線電平）減去信號到達前瞬間的基線電平的功能，從而得到真正的信號電平，這就是基線恢復器的基本原理。基線恢復原理理想的基線恢復器設想有一種元件或電路，能跟蹤基線的變化，在信號到達CD基線恢復器最簡單的基線恢復器是由電容和二極管構成，二極管D近似起到開關S的作用。此電路對于單極性正輸入信號，具有一定基線恢復功能。由于二極管正向導通電阻值在導通電壓之下時變得很大，因此影響基線恢復速度。不為零CD基線恢復器最簡單的基線恢復器是由電容和二極管構成，二極管在放大器的開環(huán)增益為A時，D的等效正向內阻減小到原來的1/(1+A)。這種帶有放大器的基線恢復器稱為有源基線恢復器，沒有放大器的則稱為無源基線恢復器。有源CD基線恢復器由于二極管的正向內阻在管壓降減小到導通電壓以下時變得很大，為了改善這一點，可以利用一個放大器來減小D的等效正向內阻。

在放大器的開環(huán)增益為A時，D的等效正向內阻減小到原來的1/(輸入雙極性信號時基線變化速度快于電容的跟蹤速度（由電容和二極管的反向電阻決定）時(a)(b)0V0V0V輸入雙極性信號時基線變化速度快于電容的跟蹤速度（由電容和二極只適應單極性信號，若信號存在下沖，下沖過后基線恢復器的速度很慢（由電容和二極管的反向電阻決定）；基線迅速上