脈沖基礎(chǔ)知識(shí)和反相器課件

第十一章脈沖基礎(chǔ)知識(shí)和反相器教學(xué)重點(diǎn)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(kāi)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(diǎn)1．RC電路的過(guò)渡過(guò)程。2．三極管開(kāi)關(guān)作用。3．MOS管反相器的工作原理。第十一章脈沖基礎(chǔ)知識(shí)和反相器教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)111.1脈沖基礎(chǔ)知識(shí)一、脈沖的概念和波形1、脈沖技術(shù)的應(yīng)用：已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、遙控遙測(cè)、電視、雷達(dá)和廣播通信等許多領(lǐng)域。脈沖技術(shù)是電子技術(shù)的重要組成部分，應(yīng)用廣泛。2、脈沖信號(hào)：指瞬間突然變化、作用時(shí)間極端的電壓或電流。（簡(jiǎn)稱：脈沖）3、常見(jiàn)脈沖波形11.1脈沖基礎(chǔ)知識(shí)一、脈沖的概念和波形1、脈沖技術(shù)的應(yīng)用：2二、矩形脈沖波：脈沖技術(shù)中最常使用的就是矩形脈沖波，簡(jiǎn)稱矩形波。1、理想矩形波：特點(diǎn)：1、上升沿、下降沿陡直

2、頂部平坦

2、實(shí)際的矩形波：特點(diǎn)：1、上升沿和下降沿不可能絕對(duì)陡直原因：跳變總需要一定時(shí)間2、頂部不可能絕對(duì)平坦

原因：頂部的延續(xù)時(shí)間后期幅度總會(huì)有所降落。二、矩形脈沖波：脈沖技術(shù)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(shí)間tr：脈沖從幅度的10%處上升到幅度的90%處所需時(shí)間。(3)下降時(shí)間tf：脈沖從幅度的90%處下降到幅度的10%處所需的時(shí)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(duì)周期性脈沖，相鄰兩脈沖波對(duì)應(yīng)點(diǎn)間相隔的時(shí)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?。┚匦尾捎苫ê投啻沃C波疊加而成。基波的頻率與矩形波相同，諧波的頻率為基波的整數(shù)倍。矩形波的數(shù)學(xué)表達(dá)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(gè)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(gòu)成的簡(jiǎn)單電路。是脈沖電路的基礎(chǔ)。2．特點(diǎn)：由于C兩端電壓不能突變，所以在充、放電時(shí)必須經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。3.結(jié)論：(1)充放電時(shí)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(shí)間常數(shù)

有關(guān)，

=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(shí)驗(yàn)證明）（1）當(dāng)t=0.7

時(shí)，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(dāng)t=(3~5)

時(shí)，充放電過(guò)程基本結(jié)束5、RC電路的主要應(yīng)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(diǎn)：(1)輸出信號(hào)取自RC電路中的電阻R兩端。即vO=vR(2)時(shí)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(diǎn)：(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(shí)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(gè)正的尖峰波（3）t=t2瞬間：VI突跳到0,輸入端相當(dāng)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(gè)負(fù)的尖峰波。特點(diǎn)：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(diǎn)：(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(shí)刻：

VI=Vm,C充電，Vo=Vc以指數(shù)規(guī)律緩慢(

>>tp)上升；（2）t2=t3時(shí)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(zhuǎn)換成鋸齒波(三角波)特點(diǎn)：“突出恒壓量，壓低變化量”與微分電路相反5、應(yīng)用：(1)應(yīng)用“積分延時(shí)”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(lái)。（三）RC積分電路：1、電路：2、電路特點(diǎn)：(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(wèn)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(shí)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(jié)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(gòu)成積分電路，電阻R至少應(yīng)為多少？解構(gòu)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(hào)的衰減常用電阻分壓器來(lái)實(shí)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(fù)載電容(統(tǒng)稱寄生電容Co)，傳輸脈沖信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生失真。2、脈沖分壓器：（2）特點(diǎn)：R1兩端并聯(lián)一補(bǔ)償電容C1。C1最佳值為：（1）電路：C1要適當(dāng)：過(guò)小，欠補(bǔ)償；過(guò)大，過(guò)補(bǔ)償。補(bǔ)償電容對(duì)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(hào)的1111.2晶體管開(kāi)關(guān)特性在脈沖電路中，經(jīng)常把二極管和三極管作為“開(kāi)關(guān)”使用。開(kāi)關(guān)作用：當(dāng)二極管正向?qū)ɑ蛉龢O管飽和導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)“開(kāi)關(guān)”處于接通狀態(tài)；反之，當(dāng)二極管和三極管截止時(shí)，相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)”處于斷開(kāi)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)作用的應(yīng)用：控制脈沖電路中脈沖信號(hào)的產(chǎn)生、變換和傳遞。指二極管和三極管在截止?fàn)顟B(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的靜態(tài)特性以及他們?cè)诮刂购蛯?dǎo)通兩種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換時(shí)所需開(kāi)關(guān)時(shí)間的動(dòng)態(tài)特性。開(kāi)關(guān)特性：11.2晶體管開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)特性

1、二極管的開(kāi)關(guān)作用：正向偏置時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合

反向偏置時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

2、二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間：（1）反向恢復(fù)時(shí)間tre：二極管反偏時(shí)，從原來(lái)穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的截止?fàn)顟B(tài)所需的時(shí)間。例如：2CK系列硅二極管tre=5ns2AK系列鍺二極管tre=150ns（2）正向開(kāi)通時(shí)間ton：二極管正偏時(shí)，從原來(lái)穩(wěn)定的截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)所需的時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)證明二極管正向開(kāi)通時(shí)間遠(yuǎn)小于反向恢復(fù)時(shí)間，通常因?yàn)樗鼘?duì)二極管開(kāi)關(guān)速度的影響很小，可以忽略不計(jì)。

二極管的開(kāi)關(guān)速度主要由反向恢復(fù)時(shí)間決定

一、二極管的開(kāi)關(guān)特性1、二極管的開(kāi)關(guān)作用：正向偏置時(shí)，13二、三極管的開(kāi)關(guān)特性：1、三極管開(kāi)關(guān)作用：（1）“開(kāi)關(guān)”斷開(kāi)狀態(tài)：輸入電壓為：VI=-VG1發(fā)射結(jié)反偏VBE<0集電結(jié)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(diǎn)三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，C、E極近似于開(kāi)路，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”。等效電路：二、三極管的開(kāi)關(guān)特性：1、三極管開(kāi)關(guān)作用：（1）“開(kāi)關(guān)”14（2）“開(kāi)關(guān)”閉合狀態(tài)：輸入電壓VI=VG2調(diào)節(jié)Rb三極管工作在C點(diǎn)此時(shí)：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(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。電流關(guān)系為：三極管工作在飽和狀態(tài)，C、E極近似于短路，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“閉合”。等效電路：三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極電流控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

（2）“開(kāi)關(guān)”閉合狀態(tài)：輸入電壓調(diào)節(jié)Rb三極管工作此時(shí)：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(kāi)關(guān)時(shí)間：（1）開(kāi)關(guān)時(shí)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(shí)間（2）三極管開(kāi)關(guān)電路波形：UI與IC上升沿、平頂部分、下降沿都延時(shí)了（3）開(kāi)關(guān)時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間ton：從三極管輸入開(kāi)通信號(hào)瞬間開(kāi)始至iC上升到0.9ICS所需的時(shí)間。關(guān)閉時(shí)間toff：從三極管輸入關(guān)閉信號(hào)瞬間開(kāi)始至iC降低到0.1ICS所需的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)證明：ton與toff都是納秒數(shù)量級(jí)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(kāi)關(guān)的時(shí)間呢？辦法：接加速電容2、三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間：（1）開(kāi)關(guān)時(shí)間：三極管在截止?fàn)顟B(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(gè)很大的正向基極電流iB，使V迅速進(jìn)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(shí)CS相當(dāng)于開(kāi)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(jié)，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(dāng)于短路。CS的存在，加快了晶體管的開(kāi)關(guān)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