脈沖基礎(chǔ)知識和反相器

1、教學(xué)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(guān)特性及其應(yīng)用。4理解反相器的工作原理。教學(xué)難點1RC電路的過渡過程。2三極管開關(guān)作用。3MOS管反相器的工作原理。學(xué)時分配序號內(nèi)容學(xué)時110.1 脈沖基礎(chǔ)知識3210.2 晶體管開關(guān)特性1310.3 反相器4本章小結(jié)與習(xí)題5本章總學(xué)時610.1 脈沖基礎(chǔ)知識圖10.1.1 常見脈沖波形脈沖的概念及其波形1脈沖的概念脈沖技術(shù)是電子技術(shù)的重要組成部分，應(yīng)用廣泛。動畫脈沖的概念脈沖：含有瞬間突然變化、作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號，簡稱為脈沖。10.

2、1.2 矩形脈沖波方波。理想的矩形波圖 三個不同頻率的正弦波合成圖10.1.2 理想的矩形波波形 RC微分電路和積分電路一、RC電路的過渡過程3RC電路的充放電過程動畫RC充放電4結(jié)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) t 有關(guān)，t = R ´ C，單位為s。t 越大，充放電越慢；t 越小，充放電越快。實驗證明：當(dāng)t = t 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；當(dāng)t = (3 5)t 時，充放電過程基本結(jié)束(如圖所示)。(a)充電電壓波形式 (b)放電電壓波形圖10.1.5 電容器充放電波形5RC電路的主要應(yīng)用：

3、波形變換。常用電路微分電路、積分電路。二、RC微分電路1電路組成如圖所示。圖10.1.6 RC微分電路(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)t << tp，通常取t tp；3工作原理動畫RC微分電路將矩形波變換成尖峰波，檢出電路的變化量。如圖所示。圖10微分電路波形圖圖10.1.8 RC積分電路三、RC積分電路1電路組成如圖所示 vOvO = vCt >> tp，通常t 3tp；3工作原理t t1,vI = Vm ,C充電，vO = vC以指數(shù)規(guī)律緩慢(t >> tp)上升；t t2,vI = 0,C放電，vO = vC以指

4、數(shù)規(guī)律下降；4功能：將矩形波轉(zhuǎn)換成鋸齒波(三角波)。5應(yīng)用(1)應(yīng)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。圖10.1.11 寄生電容Co使輸出脈沖失真圖10.1.12 脈沖分壓器tpRC脈沖分壓器如圖所示。圖10.1.13 補(bǔ)償電容對輸出脈沖波形的影響10.2 晶體管開關(guān)特性10.2.1 二極管的開關(guān)特性（a）正偏時相當(dāng)于開關(guān)閉合(b)反偏時相當(dāng)于開關(guān)斷開圖10二極管的開關(guān)特性 10.2.2 三極管的開關(guān)特性一、三極管開關(guān)作用動畫三極管開關(guān)作用圖10.2.3 三極管的開關(guān)作用二飽和狀態(tài)的估算2定義IBS 基極臨界飽和電流；ICS 集電極飽和電流，IC

5、S = b IBS；VCES集射極飽和管壓降。則圖10三極管的開關(guān)工作狀態(tài)3判斷三極管狀態(tài)的條件若IB > IBS ，飽和；若0 < IB IBS ，放大；若IB 0，截止。三、三極管三種工作狀態(tài)(見表)表.1三極管截止、放大、飽和工作狀態(tài)特點b圖10 三極管開關(guān)電路的波形四、三極管開關(guān)時間1開關(guān)時間：三極管在截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換所需的時間圖10所示)。包括：加速電容的作用10.3 反相器晶體管反相器圖10.3.1 晶體管反相器(圖)動畫晶體管反相器反相器圖10.3.2 MOS反相器 MOS反相器一、簡單的MOS反相器4缺點圖10.3.3 用場效應(yīng)管作負(fù)載的反相器二、用MOS

6、管作負(fù)載的MOS反相器三、CMOS反相器管。V2 輸出。(3) 3工作原理(1)vI = 0 (低電平) ,vGS1 < vTN，V1截止；但 |vGS2| > |vTP| ，V2導(dǎo)通，為高電平。(2)vI = 1 (高電平) ,vGS1 > vTN，V1導(dǎo)通；但 |vGS2| < |vTP|，V2截止，為低電平。4功能：反相器01105優(yōu)點(1)無論輸出高、低電平，均有一管導(dǎo)通，充放電時間常數(shù) t 小，工作速度快；(2) V1、V2必有一個截止，功耗低。本章小結(jié)本章開始討論脈沖數(shù)字電路，脈沖數(shù)字電路與模擬電路的主要區(qū)別參見下表：模擬電路與數(shù)字電路的對比表內(nèi)容處理對象典

7、型信號任務(wù)分析方法器件工作的區(qū)域基本電路模擬電路模擬信號正弦波不失真地放大圖解法、微變等效電路放大區(qū)電壓放大功率放大數(shù)字電路數(shù)字信號矩形波邏輯實現(xiàn)功能邏輯代數(shù)截止區(qū)飽和區(qū)組合電路時序電路一、基本概念1脈沖信號：瞬間變化的作用時間極短的電壓或電流信號。最常用的脈沖波形為矩形波2脈沖的主要參數(shù)：脈沖幅度；上升時間；下降時間；脈沖寬度；脈沖周期和頻率。二、RC電路1為脈沖電路的基礎(chǔ)，利用其過渡過程可實現(xiàn)脈沖波形變換；最常用的RC電路為微分和積分電路。2微分電路與積分電路的比較RC電路電路特點條件輸出功能RC微分電路vO從R輸出t << tp(t tp)尖脈沖突出變化量，壓低恒定量RC積分

8、電路vO從C輸出t >> tp(t3tp)三角波突出恒定量，壓低變化量3脈沖分壓器電路需加補(bǔ)償電容，以補(bǔ)償電路寄生電容引起的失真，其最佳值三、晶體管開關(guān)特性1在脈沖數(shù)字電路中，晶體二、三極管作開關(guān)使用。2二極管開關(guān)速度主要取決于反向恢復(fù)時間。3三極管作開關(guān)使用存在著開通時間和關(guān)閉時間，為提高開關(guān)速度，可接加速電容。四、反相器1地位：為脈沖數(shù)字電路的基本部件。2功能：vI為低，vO為高；vI為高，vO為低；其真值表：01103種類(1)晶體管反相器判斷三極管工作狀態(tài)的條件NPN管截止放大飽和電流條件IB 00 < IB IBSIB > IBS= ICS /b偏置條件VBE <0 VBC <0VBE > VT VBC<0VBE >0.7V(Si) VBC >0VBE >0.3V(Ge)(2) MOS反相器簡單反相器用MOS管作負(fù)載的反相器 CMOS反相器幾種反相器比較反相器電路特點優(yōu)點缺點晶體管反相器為分立元件反相器