本章(běnzhānɡ)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握脈沖的概念及矩形脈沖波的常用(chánɡyònɡ)參數(shù)。掌握RC微分電路和RC積分電路的組成(zǔchénɡ)形式、工作條件、工作原理及功能。理解RC脈沖分壓器的工作原理。掌握二極管、三極管的開關(guān)特性，理解開關(guān)時間的概念。了解加速電容的作用及其工作原理。掌握晶體管反相器的工作原理和特性。第一頁，共三十九頁。11.1脈沖(màichōng)基礎(chǔ)知識11.1.1脈沖的概念(gàiniàn)及其波形11.1.2矩形脈沖波11.1.3RC微分電路和RC積分電路11.1.4RC脈沖(màichōng)分壓器第二頁，共三十九頁。11.1.1脈沖(màichōng)的概念及其波形1．脈沖(màichōng)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。脈沖：瞬間突然變化、作用(zuòyòng)時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號，簡稱為脈沖。2．常見的幾種脈沖波形第三頁，共三十九頁。11.1.2矩形脈沖波脈沖技術(shù)(jìshù)最常用的波形是矩形波、方波。理想的矩形(jǔxíng)波上升沿、下降沿陡直；頂部平坦。實際(shíjì)的矩形波波形。第四頁，共三十九頁。1．矩形脈沖波的主要參數(shù)(1)幅度Vm——脈沖(màichōng)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(chǔsuǒ)需時間。(3)下降時間tf——脈沖(màichōng)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(yīng)點間相隔的時間。周期的倒數(shù)為脈沖的頻率f，即第五頁，共三十九頁。2．矩形(jǔxíng)波的分解矩形波可由基波和多次諧波(xiébō)疊加而成；基波的頻率與矩形波相同，諧波(xiébō)的頻率為基波的整數(shù)倍。表達(dá)式：第六頁，共三十九頁。11.1.3

RC微分電路和積分電路一、RC微分電路1．電路(diànlù)組成2．電路(diànlù)特點輸出信號(xìnhào)取自RC電路中的電阻R兩端。即vO=vR時間常數(shù)

<<tp，通常取

≤0.2

tp。第七頁，共三十九頁。3．工作(gōngzuò)原理在vI＝vM期間，C被充電,vO=vC

以指數(shù)規(guī)律緩慢上升；在vI＝

0期間，C放電(fàngdiàn)，vO＝vC

以指數(shù)規(guī)律下降。4．電路(diànlù)功能將矩形波變換成尖峰波，檢出電路的變化量。第八頁，共三十九頁。二、RC積分電路1．電路(diànlù)組成2．電路(diànlù)特點(1)vO取自RC電路(diànlù)的電容C兩端。即vOvC；(2)

tp，通常

≥

3tp。第九頁，共三十九頁。3．工作(gōngzuò)原理在vI=vM期間，C被充電，vo=vC

以指數(shù)(zhǐshù)規(guī)律緩慢上升；在vI=

0期間，C放電vO=vC

以指數(shù)規(guī)律下降。4．功能：將矩形(jǔxíng)波轉(zhuǎn)換成鋸齒波(三角波)。第十頁，共三十九頁。5．應(yīng)用(yìngyòng)(1)將矩形脈沖波變換(biànhuàn)成近似三角波(或鋸齒波)。(2)應(yīng)用(yìngyòng)“積分延時”現(xiàn)象，把跳變電壓“延緩”。(3)從寬窄不同的脈沖串中，把寬脈沖選出來。第十一頁，共三十九頁。[例11.1.1]

RC路中，R=20k，C=200pF，若輸入(shūrù)

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(diànlù)時間常數(shù)

RC

201032001012s4106s4μs(2)求方波的脈沖(màichōng)寬度(3)結(jié)論：因，所以是微分電路。≤第十二頁，共三十九頁。[例11.1.2]

RC電路中，若C=0.1F，輸入脈沖寬度tp

=0.5ms，要構(gòu)成(gòuchéng)積分電路，電阻R至少應(yīng)為多少？解構(gòu)成(gòuchéng)積分電路必須RC≥3tp則即R≥15k所以(suǒyǐ)

R值至少為15k。第十三頁，共三十九頁。11.1.4

RC

脈沖(màichōng)分壓器在低頻(dīpín)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(diànzǔ)分壓器，由于存在分布電容和負(fù)載電容(統(tǒng)稱寄生電容C0

)，傳輸脈沖信號就會產(chǎn)生失真。1．問題的提出第十四頁，共三十九頁。2．解決辦法——

采用(cǎiyòng)脈沖分壓器(1)電路(diànlù)(2)特點：R1兩端并聯(lián)(bìnglián)一補(bǔ)償電容C1。C1最佳值：(3)結(jié)論：C1要適當(dāng)：過小，欠補(bǔ)償；過大，過補(bǔ)償。第十五頁，共三十九頁。3．補(bǔ)償電容C1對輸出(shūchū)脈沖波形的影響第十六頁，共三十九頁。11.2晶體管開關(guān)(kāiguān)特性11.2.1二極管的開關(guān)(kāiguān)特性11.2.2三極管的開關(guān)(kāiguān)特性11.2.3加速電容的作用第十七頁，共三十九頁。11.2.1二極管的開關(guān)(kāiguān)特性在脈沖電路(diànlù)中，二極管和三極管通常作為“開關(guān)”使用。一、二極管的開關(guān)(kāiguān)作用1．正向偏置I

0，VR–VDVI，相當(dāng)于開關(guān)閉合。2．反向偏置時，I0，VR0，相當(dāng)于開關(guān)斷開。第十八頁，共三十九頁。二、二極管的開關(guān)時間1．反向恢復(fù)時間(shíjiān)

tre：二極管反偏時，從原來穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的截止(jiézhǐ)狀態(tài)所需的時間。例如(lìrú)2CK系列硅二極管tre=5ns；2AK系列鍺二極管tre=150ns2．正向開通時間ton：二極管正偏時，從原來穩(wěn)定的截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)所需的時間。實驗證明二極管正向開通時間遠(yuǎn)小于反向恢復(fù)時間，通常因為它對二極管開關(guān)速度的影響很小，可以忽略不計。所以，二極管的開關(guān)速度主要由反向恢復(fù)時間決定。第十九頁，共三十九頁。11.2.2

三極管的開關(guān)(kāiguān)特性一、三極管開關(guān)(kāiguān)作用結(jié)論：三極管相當(dāng)于一個由基極電流控制的無觸點開關(guān)。截止時，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”；飽和(bǎohé)時，相當(dāng)于開關(guān)“閉合”。動畫晶體管的開關(guān)作用第二十頁，共三十九頁。二、飽和狀態(tài)的估算(ɡūsuàn)定義：IBS——基極(jījí)臨界飽和電流；ICS——集電極飽和電流，

ICS=IBS；

VCES——集射極飽和管壓降。由電路(diànlù)得：則IBSICS/若IBIBS，飽和；若0IB≤

IBS，放大；若IB≤0，截止。第二十一頁，共三十九頁。三、三極管三種工作狀態(tài)(zhuàngtài)特點工作狀態(tài)截止放大飽和條件iB

0工作特點偏置情況發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏集電極電流iC0iC

iB且不隨iB增加而增加管壓降VCEO

VGVCEO=VG-iCRcVCES0.3V(硅管)VCES0.1V(鍺管)c、e間等效電阻很大，約為數(shù)百千歐，相當(dāng)于開關(guān)斷開可變很小，約為數(shù)百歐，相當(dāng)于開關(guān)閉合第二十二頁，共三十九頁。四、三極管開關(guān)時間1．開關(guān)時間：三極管在截止(jiézhǐ)狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換所需的時間。包括：（1）開通時間ton—從三極管輸入(shūrù)開通信號瞬間開始至iC上升到0.9ICS所需的時間。（2）關(guān)閉時間(shíjiān)

toff—從三極管輸入關(guān)閉信號瞬間開始至iC降低到0.1ICS所需的時間。2．減少三極管開關(guān)時間的辦法：接加速電容。第二十三頁，共三十九頁。11.2.3加速電容的作用(zuòyòng)1．原理(yuánlǐ)（1）vI正跳變瞬間，CS作短路，可提供(tígōng)一個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CS相當(dāng)于開路。可見，由于CS的存在，加快了晶體管的開關(guān)速度。（2）vI負(fù)跳變瞬間，vI與發(fā)射極

e相連，

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。第二十四頁，共三十九頁。11.3反相器11.3.1晶體管反相器11.3.2

MOS反相器第二十五頁，共三十九頁。11.3.1晶體管反相器-VGB——基極電源(可省)；V——開關(guān)三極管；Rk，Rb——基極偏置(piānzhì)電阻；Rc——集電極負(fù)載電阻；+VG——集電極電源。工作(gōngzuò)原理：當(dāng)輸入為低電平時，開關(guān)管V截止(jiézhǐ)，輸出為高電平；當(dāng)輸入為高電平時，開關(guān)管V飽和，輸出為低電平。可見，輸出信號與輸入信號是反相的。第二十六頁，共三十九頁。反相器功能：vIvB低電平高電平高電平低電平第二十七頁，共三十九頁。11.3.2

MOS反相器一、簡單(jiǎndān)的MOS反相器V為N溝道增強(qiáng)型場效晶體管，開啟(kāiqǐ)電壓VT4V。工作(gōngzuò)原理：vI0時，VGSVT，V截止，vOVDD20V，為高電平；vI20V時，VGSVT，V導(dǎo)通，vOVDDiDRD0.2V，為低電平。第二十八頁，共三十九頁。功能(gōngnéng)：vIvB低電平高電平高電平低電平反相器缺點(quēdiǎn)：為滿足vO為低電平，當(dāng)vDD、iD一定時，由vO=vDD–iDRD，RD大些好；但當(dāng)vO恢復(fù)為高電平時，由于寄生電容CL的存在，充電(chōngdiàn)時間常數(shù)

=RDCL就很大，波形失真且影響工作速度。解決辦法——采用MOS管作負(fù)載。第二十九頁，共三十九頁。二、用MOS管作負(fù)載(fùzài)的MOS反相器1．電路(diànlù)V1——驅(qū)動(qūdònɡ)管，作開關(guān)用，跨導(dǎo)較大；V2——負(fù)載管，作負(fù)載用，始終工作在飽和區(qū)，跨導(dǎo)較小。2．工作原理vIvGS>VT1時，V1導(dǎo)通，vO為低電平；vIvGS<VT1時，V1截止，vO為高電平；這時V2飽和導(dǎo)通，等效電阻RDS小，RDSCL小，提高了工作速度。3．缺點V2始終導(dǎo)通，功耗大，不利于集成，解決辦法—CMOS反相器。第三十頁，共三十九頁。三、CMOS反相器用N溝道和P溝道MOS管聯(lián)合(liánhé)組成反相器。特點(tèdiǎn)：(1)VN－N溝道(ɡōudào)MOS管，作驅(qū)動管。VP－P溝道MOS管，作負(fù)載管。(2)柵極相連接輸入，漏極相連接輸出。(3)

VDD>|VPT|+VTN第三十一頁，共三十九頁。工作(gōngzuò)原理：vI=0(低電平)，VGS1<VTN，V1截止(jiézhǐ)；但|VGS2|>|VTP|，V2導(dǎo)通，vO為高電平。vI=1(高電平)，VGS1>VTN，V1導(dǎo)通；

但|VGS2|<|VTP|，V2截止(jiézhǐ)，vO

為低電平。第三十二頁，共三十九頁。功能(gōngnéng)：vIvO0110反相器優(yōu)點(yōudiǎn)：無論輸出高、低電平，均有一管導(dǎo)通，充放電時間常數(shù)(shíjiānchánɡshù)

小，工作速度快；V1、V2必有一個截止，功耗低。第三十三頁，共三十九頁。本章(běnzhānɡ)小結(jié)模擬電路與數(shù)字電路的主要區(qū)別內(nèi)容模擬電路數(shù)字電路處理對象模擬信號數(shù)字信號典型信號正弦波矩形波任務(wù)不失真地放大實現(xiàn)邏輯功能分析方法圖解法、微變等效電路邏輯代數(shù)器件工作的區(qū)域放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)基本電路電壓放大功率放大組合電路時序電路第三十四頁，共三十九頁。微分電路與積分電路的比較(bǐjiào)

vO從R輸出特點vO從

C輸出三角波尖脈沖輸出RC電路RC積分電路RC微分電路>>tp(≥3tp)條件

<<tp(

≤

0.2tp)功能突出恒定量，壓低變化量突出變化量，壓低恒定量電路第三十五頁，共三十九頁。判斷三極管工作(gōngzuò)狀態(tài)的條件(NPN管)

電流條件偏置條件截止IB

≤

0VBE

<0VBC

<