脈沖基礎知識和反相器課件

第十一章脈沖基礎知識和反相器教學重點1．了解脈沖的基本概念與主要參數(shù)。2．理解微分電路、積分電路、脈沖分壓器的基本原理，掌握微、積分電路工作條件和作用。3．了解二極管、三極管的開關特性及其應用。4．理解反相器的工作原理。教學難點1．RC電路的過渡過程。2．三極管開關作用。3．MOS管反相器的工作原理。第十一章脈沖基礎知識和反相器教學重點教學難點111.1脈沖基礎知識一、脈沖的概念和波形1、脈沖技術的應用：已經(jīng)廣泛地應用在電子計算機、自動控制、遙控遙測、電視、雷達和廣播通信等許多領域。脈沖技術是電子技術的重要組成部分，應用廣泛。2、脈沖信號：指瞬間突然變化、作用時間極端的電壓或電流。（簡稱：脈沖）3、常見脈沖波形11.1脈沖基礎知識一、脈沖的概念和波形1、脈沖技術的應用：2二、矩形脈沖波：脈沖技術中最常使用的就是矩形脈沖波，簡稱矩形波。1、理想矩形波：特點：1、上升沿、下降沿陡直

2、頂部平坦

2、實際的矩形波：特點：1、上升沿和下降沿不可能絕對陡直原因：跳變總需要一定時間2、頂部不可能絕對平坦

原因：頂部的延續(xù)時間后期幅度總會有所降落。二、矩形脈沖波：脈沖技術中最常使用的就是矩形脈沖波，33、矩形脈沖電壓波形參數(shù)：(1)幅度Vm：脈沖電壓變化的最大值。(2)上升時間tr：脈沖從幅度的10%處上升到幅度的90%處所需時間。(3)下降時間tf：脈沖從幅度的90%處下降到幅度的10%處所需的時間。(4)脈沖寬度tp：定義為前沿和后沿幅度為50%處的寬度。

(5)脈沖周期T：對周期性脈沖，相鄰兩脈沖波對應點間相隔的時間。周期的倒數(shù)為脈沖的頻率f

3、矩形脈沖電壓波形參數(shù)：(1)幅度Vm：脈沖電壓變化的44、矩形波的分解：（1）波形的合成：（2）矩形波的分解：（反向思考！）矩形波可由基波和多次諧波疊加而成?；ǖ念l率與矩形波相同，諧波的頻率為基波的整數(shù)倍。矩形波的數(shù)學表達式為：諧波分量越多，越近于矩形上升沿下降沿陡直矩形波，高次諧波頻率高且諧波成分多。幾個概念：基波、諧波、多諧波、諧波分量4、矩形波的分解：（1）波形的合成：（2）矩形波的分解：（反5三、RC微分電路和積分電路：（一）RC電路：1．RC電路：電阻R和電容器C構成的簡單電路。是脈沖電路的基礎。2．特點：由于C兩端電壓不能突變，所以在充、放電時必須經(jīng)歷一個過渡過程。3.結論：(1)充放電時電容兩端電壓、電流呈指數(shù)規(guī)律變化。(2)充放電的速度與時間常數(shù)

有關，

=R

C，單位為s。

越大，充放電越慢；

越小，充放電越快。4、電容的沖放電：（實驗證明）（1）當t=0.7

時，充電電壓為VG的一半；放電電壓為電容器兩端電壓VC的一半；（2）當t=(3~5)

時，充放電過程基本結束5、RC電路的主要應用：波形變換。常用電路有微分電路、積分電路。

三、RC微分電路和積分電路：（一）RC電路：1．RC電路：6（二）RC微分電路：1．電路組成：2．電路特點：(1)輸出信號取自RC電路中的電阻R兩端。即vO=vR(2)時間常數(shù)

<<tp，通常取

≤1/5*tp(滿足條件)3、電路功能：矩形波變換成尖峰波

檢出電路的變化量（二）RC微分電路：1．電路組成：2．電路特點：(1)輸74、工作原理：（1）t=t1瞬間：VI突跳到Vm,Vo=VI-Vc,因Vc=0，所以Vo=VmVo突跳到Vm（2）t1-t2時刻：VI平頂階段，電容C充電，Vc隨指數(shù)規(guī)律增大，很快到Vm；Vo=VI-Vc,所以Vo隨指數(shù)規(guī)律減小,很快到0。Vo形成一個正的尖峰波（3）t=t2瞬間：VI突跳到0,輸入端相當于短路，Vc不能突變，仍是Vm;Vo=VI-Vc=0-Vc=-Vm.Vo突跳到-Vm電容C放電，Vc隨指數(shù)規(guī)律減小，Vo形成一個負的尖峰波。特點：輸出脈沖反映了輸入脈沖的變化部分。

“突出變化量，壓低恒壓量”4、工作原理：（1）t=t1瞬間：VI突跳到Vm,Vo=V8（三）RC積分電路：1、電路：2、電路特點：(1)VO取自RC電路的電容C兩端。即Vo=vC；(2)

>>tp，通常

≥3tp；（滿足條件）4、工作原理：（1）t1—t2時刻：

VI=Vm,C充電，Vo=Vc以指數(shù)規(guī)律緩慢(

>>tp)上升；（2）t2=t3時刻：VI=0,C放電，Vo=Vc以指數(shù)規(guī)律下降；3、功能：將矩形波轉換成鋸齒波(三角波)特點：“突出恒壓量，壓低變化量”與微分電路相反5、應用：(1)應用“積分延時”現(xiàn)象，把跳變電壓“延緩”。(2)從寬窄不同的脈沖串中，把寬脈沖選出來。（三）RC積分電路：1、電路：2、電路特點：(1)VO取自9[例1]

RC電路中，R=20k

，C=200pF，若輸入f=10kHz的連續(xù)方波，問此RC電路是微分電路，還是一般阻容耦合電路？解(1)求電路時間常數(shù)

=RC=20

103

200

10

12s=4

10

6s=4μs(2)求方波的脈沖寬度(3)結論：因

≤1/5*tp，所以是微分電路。[例2]RC電路中，若C=0.1

F，輸入脈沖寬度tp=0.5ms，要構成積分電路，電阻R至少應為多少？解構成積分電路必須

=RC≥3tp

R≥15k

；所以R值至少為15k

。[例1]RC電路中，R=20k，C=20010四、RC脈沖分壓器：1、在低頻放大器中，信號的衰減常用電阻分壓器來實現(xiàn)；在脈沖電路中，若采用電阻分壓器，由于存在分布電容和負載電容(統(tǒng)稱寄生電容Co)，傳輸脈沖信號就會產(chǎn)生失真。2、脈沖分壓器：（2）特點：R1兩端并聯(lián)一補償電容C1。C1最佳值為：（1）電路：C1要適當：過小，欠補償；過大，過補償。補償電容對輸出波形的影響如圖四、RC脈沖分壓器：1、在低頻放大器中，信號的1111.2晶體管開關特性在脈沖電路中，經(jīng)常把二極管和三極管作為“開關”使用。開關作用：當二極管正向導通或三極管飽和導通時，相當于一個“開關”處于接通狀態(tài)；反之，當二極管和三極管截止時，相當于“開關”處于斷開狀態(tài)。開關作用的應用：控制脈沖電路中脈沖信號的產(chǎn)生、變換和傳遞。指二極管和三極管在截止狀態(tài)和導通狀態(tài)時的靜態(tài)特性以及他們在截止和導通兩種狀態(tài)相互轉換時所需開關時間的動態(tài)特性。開關特性：11.2晶體管開關特性在脈沖電路中，經(jīng)常把二極管和三極管12一、二極管的開關特性

1、二極管的開關作用：正向偏置時，相當于開關閉合

反向偏置時，相當于開關斷開

2、二極管的開關時間：（1）反向恢復時間tre：二極管反偏時，從原來穩(wěn)定的導通狀態(tài)轉換為穩(wěn)定的截止狀態(tài)所需的時間。例如：2CK系列硅二極管tre=5ns2AK系列鍺二極管tre=150ns（2）正向開通時間ton：二極管正偏時，從原來穩(wěn)定的截止狀態(tài)轉換為穩(wěn)定的導通狀態(tài)所需的時間。

實驗證明二極管正向開通時間遠小于反向恢復時間，通常因為它對二極管開關速度的影響很小，可以忽略不計。

二極管的開關速度主要由反向恢復時間決定

一、二極管的開關特性1、二極管的開關作用：正向偏置時，13二、三極管的開關特性：1、三極管開關作用：（1）“開關”斷開狀態(tài)：輸入電壓為：VI=-VG1發(fā)射結反偏VBE<0集電結反偏VBC<0三極管中只有很小的反向電流IEBO和ICBOIB≈0,Ic≈0,VCE≈VGVCE≈VG工作于A點三極管工作在截止狀態(tài)，C、E極近似于開路，相當于開關“斷開”。等效電路：二、三極管的開關特性：1、三極管開關作用：（1）“開關”14（2）“開關”閉合狀態(tài)：輸入電壓VI=VG2調節(jié)Rb三極管工作在C點此時：Ic接近最大值稱為：集電極飽和電流Ics基極臨界飽和電流IBS集電極飽和電壓VCES因VCES值很小，約0.3V，c、e間近似短路，相當于開關閉合。電流關系為：三極管工作在飽和狀態(tài)，C、E極近似于短路，相當于開關“閉合”。等效電路：三極管相當于一個由基極電流控制的無觸點開關

（2）“開關”閉合狀態(tài)：輸入電壓調節(jié)Rb三極管工作此時：Ic15（3）三極管三種工作狀態(tài)：放大判斷條件截止判斷條件飽和判斷條件（3）三極管三種工作狀態(tài)：放大判斷條件截止判斷條件飽和判斷條162、三極管的開關時間：（1）開關時間：三極管在截止狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間轉換所需的時間（2）三極管開關電路波形：UI與IC上升沿、平頂部分、下降沿都延時了（3）開關時間：開通時間ton：從三極管輸入開通信號瞬間開始至iC上升到0.9ICS所需的時間。關閉時間toff：從三極管輸入關閉信號瞬間開始至iC降低到0.1ICS所需的時間。實驗證明：ton與toff都是納秒數(shù)量級的例：3DK2C三極管:ton=15ns,toff=30ns;3DK4C三極管：ton≤50ns,toff≤100ns;那么如何減少三極管開關的時間呢？辦法：接加速電容2、三極管的開關時間：（1）開關時間：三極管在截止狀態(tài)和飽和17三、加速電容的作用

1．電路：加速電容2．原理：(1)VI正跳變瞬間：CS視作短路，可提供一個很大的正向基極電流iB，使V迅速進入飽和狀態(tài)。隨著CS的充電，iB逐漸減小并趨于穩(wěn)定(由VI、-VGB、及R1、R2決定)，此時CS相當于開路。(2)VI

下跳到0v瞬間：VI與發(fā)射極E相連，VCS反向加至發(fā)射結，由于CS的放電作用，形成很大的反向基極電流，使V迅速截止。下跳到0v，輸入端相當于短路。CS的存在，加快了晶體管的開關速度！

三、加速電容的作用1．電路：加速電容2．原理：(1)VI1811.3晶體管