《电子技术基础》电子教案10Word文档下载推荐.docx

1、顶部平坦。 图10.1.4 三个不同频率的正弦波合成图10.1.2 理想的矩形波波形 图10.1.3 实际的矩形波波形实际的矩形波波形如图10.1.3所示。主要参数：（1） 幅度Vm 脉冲电压变化的最大值。（2） 上升时间tr 脉冲从幅度的10% 处上升到幅度的90%处所需时间。（3） 下降时间tf 脉冲从幅度的90% 处下降到幅度的10%处所需的时间。（4） 脉冲宽度tp 定义为前沿和后沿幅度为50%处的宽度。（5） 脉冲周期T 对周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点间相隔的时间。周期的倒数为脉冲的频率f，即2矩形波的分解如图10.1.4所示。矩形波可由基波和多次谐波叠加而成。基波的频率与矩形波相

2、同，谐波的频率为基波的整数倍。矩形波的数学表达式为10.1.3 RC微分电路和积分电路一、RC电路的过渡过程1RC电路：电阻R和电容器C构成的简单电路。是脉冲电路的基础。2特点：由于C两端电压不能突变，所以在充、放电时必须经历一个过渡过程。3RC电路的充放电过程动画 RC充放电 4结论（1） 充放电时电容两端电压、电流呈指数规律变化。（2） 充放电的速度与时间常数 有关， = R C，单位为s。 越大，充放电越慢； 越小，充放电越快。实验证明：当t = 0.7 时，充电电压为VG的一半；放电电压为电容器两端电压VC的一半；当t = （3 5） 时，充放电过程基本结束（如图10.1.5所示）。（

3、a）充电电压波形式 （b）放电电压波形图10.1.5 电容器充放电波形5RC电路的主要应用：波形变换。常用电路有微分电路、积分电路。二、RC微分电路1电路组成如图10.1.6所示。2电路特点图10.1.6 RC微分电路（1） 输出信号取自RC电路中的电阻R两端。即vO= vR；（2） 时间常数 tp，通常 3tp；3工作原理t t1,vI = Vm ,C充电，vO = vC以指数规律缓慢（ tp）上升；t t2,vI = 0,C放电，vO = vC以指数规律下降；4功能：将矩形波转换成锯齿波（三角波）。5应用（1） 应用“积分延时”现象，把跳变电压“延缓”；（2） 从宽窄不同的脉冲串中，把宽脉

4、冲选出来。图10.1.11 寄生电容Co使输出脉冲失真例10.1.1 RC电路中，R = 20 k ，C = 200 pF，若输入f = 10 kHz的连续方波，问此RC电路是微分电路，还是一般阻容耦合电路？解 （1） 求电路时间常数 = RC = 20 103 200 10 12s = 4 10 6 s= 4 s（2） 求方波的脉冲宽度图10.1.12 脉冲分压器（3） 结论：因，所以是微分电路。例10.1.2 RC电路中，若C = 0.1 F，输入脉冲宽度tp = 0.5 ms，要构成积分电路，电阻R至少应为多少？解 构成积分电路必须 = RC 3tp则 即 R 15 k 所以R值至少为1

5、5 k 。10.1.4 RC脉冲分压器1问题的提出在低频放大器中，信号的衰减常用电阻分压器来实现；在脉冲电路中，若采用电阻分压器，由于存在分布电容和负载电容（统称寄生电容C0），传输脉冲信号就会产生失真。如图10.1.11所示。2解决办法采用脉冲分压器（1） 电路如图10.1.12所示。（2） 特点：R1两端并联一补偿电容C1。C1最佳值为（3） 结论C1要适当：过小，欠补偿；过大，过补偿。补偿电容对输出波形的影响如图10.1.13所示。图10.1.13 补偿电容对输出脉冲波形的影响在脉冲电路中，二极管和三极管通常作为“开关”使用。10.2.1 二极管的开关特性一、二极管的开关作用二极管的开关

6、作用如图10.2.1所示。（a）正偏时相当于开关闭合（b）反偏时相当于开关断开图10.2.1 二极管的开关特性1正向偏置时，相当于开关闭合。2反向偏置时，I = 0，VR = 0，相当于开关断开。图10.2.2 二极管的开关时间二、二极管的开关时间二极管的开关时间如图10.2.2所示。1反向恢复时间tre 二极管反偏时，从原来稳定的导通状态转换为稳定的截止状态所需的时间。例如2CK系列硅二极管 tre = 5 ns 2AK系列锗二极管 tre = 150 ns2正向开通时间ton 二极管正偏时，从原来稳定的截止状态转换为稳定的导通状态所需的时间。实验证明二极管正向开通时间远小于反向恢复时间，通

7、常因为它对二极管开关速度的影响很小，可以忽略不计。所以，二极管的开关速度主要由反向恢复时间决定。10.2.2 三极管的开关特性一、三极管开关作用动画 三极管开关作用结论：三极管相当于一个由基极电流控制的无触点开关。截止时，相当于开关“断开”；等效电路：如图10.2.3（a）所示。饱和时，相当于开关“闭合”。如图10.2.3（b）所示。图10.2.3 三极管的开关作用二饱和状态的估算1电路如图10.2.4（a）所示。2定义IBS 基极临界饱和电流；ICS 集电极饱和电流，ICS = IBS；VCES 集射极饱和管压降。图10.2.4 三极管的开关工作状态3判断三极管状态的条件若IB IBS ，饱

8、和；若0 IB IBS ，放大；若IB 0，截止。三、三极管三种工作状态（见表10.2.1）表10.2.1 三极管截止、放大、饱和工作状态特点工作状态截 止放 大饱 和条 件iB 0工 作 特 点偏置情况发射结和集电结均为反偏发射结正偏集电结反偏发射结和集电结均正偏集电极电流iC 0iC iB且不随iB增加而增加管压降VCEO VGVCE = VG - iCRcVCES 0.3 V（硅管）VCES 0.1 V（锗管）c、e间等效电阻很大，约为数百千欧，相当于开关断开可变很小，约为数百欧姆，相当于开关闭合图10.2.5 三极管开关电路的波形四、三极管开关时间1开关时间：三极管在截止状态和饱和状态

9、之间转换所需的时间（如图10.2.5所示）。包括：（1） 开通时间ton 从三极管输入开通信号瞬间开始至iC上升到0.9ICS所需的时间。（2） 关闭时间toff 从三极管输入关闭信号瞬间开始至iC降低到0.1ICS所需的时间。2减少三极管开关时间的办法：接加速电容。10.2.3 加速电容的作用1电路图 10.2.6 加速电容的作用如图10.2.6所示，CS 加速电容。2原理（1） vI 时，CS视作短路，可提供一个很大的正向基极电流iB，使V迅速进入饱和状态。随着CS的充电，iB逐渐减小并趋于稳定（由vI、-VGB、及R1、R2决定），此时CS相当于开路。（2） vI 时，vI 与发射极E相

10、连， vCS反向加至发射结，由于CS的放电作用，形成很大的反向基极电流，使V迅速截止。可见，由于CS的存在，加快了晶体管的开关速度。10.3.1 晶体管反相器图10.3.1 晶体管反相器1电路 （图10.3.1）-VGB基极电源（可省）；V开关三极管；Rk，Rb基极偏置电阻；Rc 集电极负载电阻；+VG集电极电源2工作原理动画 晶体管反相器3功能vI反相器vO 低电平高电平图10.3.2 MOS反相器10.3.2 MOS反相器一、简单的MOS反相器1电路如图10.3.2所示。V为N沟道增强型场效应管，VT = 4 V。vI = 0时，vGS vT，V导通，vO = vDD - iDRD = 0

11、.2 V，为低电平。3功能：vO低高4缺点图10.3.3 用场效应管作负载的反相器为满足vO为低电平，当VDD、ID一定时，由VO = VD，IDRD，RD大些好；但当VO恢复为高电平时，由于寄生电容CL的存在，充电时间常数 = RDCL就很大，波形失真且影响工作速度。解决办法采用MOS管作负载。二、用MOS管作负载的MOS反相器V1驱动管，作开关用，跨导较大；V2负载管，作负载用，始终工作在饱和区，跨导较小。VI = VGS VT1时，V1导通，VO为低电平；图10.3.4 CMOS反相器VI = VGS VT1时，V1截止，VO为高电平；这时V2饱和导通，等效电阻RDS小， = RDSCL

12、小，提高了工作速度。3缺点：V2始终导通，功耗大，不利于集成，解决办法 CMOS反相器。三、CMOS反相器1电路如图10.3.4所示。用N沟道和P沟道MOS管联合组成反相器。2特点（1） V1 N沟道MOS管，作驱动管。V2 P沟道MOS管，作负载管。（2） 栅极相连接输入，漏极相连接输出。（3） （1） vI = 0 （低电平） ,vGS1 |vTP| ，V2导通，vO为高电平。（2） vI = 1 （高电平） ,vGS1 vTN，V1导通；但 |vGS2| |vTP|，V2截止，vO为低电平。5优点（1） 无论输出高、低电平，均有一管导通，充放电时间常数 小，工作速度快；（2） V1、V2

13、必有一个截止，功耗低。本章小结本章开始讨论脉冲数字电路，脉冲数字电路与模拟电路的主要区别参见下表：模拟电路与数字电路的对比表处理对象典型信号任 务分析方法器件工作的区域基本电路模拟电路模拟信号正弦波不失真地放大图解法、微变等效电路放大区电压放大功率放大数字电路数字信号矩形波逻辑实现功能逻辑代数截止区饱和区组合电路时序电路一、基本概念1脉冲信号：瞬间变化的作用时间极短的电压或电流信号。最常用的脉冲波形为矩形波2脉冲的主要参数： 脉冲幅度； 上升时间； 下降时间； 脉冲宽度； 脉冲周期和频率。二、RC电路1为脉冲电路的基础，利用其过渡过程可实现脉冲波形变换；最常用的RC电路为微分和积分电路。2微分

14、电路与积分电路的比较RC电路电路特点条件输出功能RC微分电路vO从R输出 （3tp）三角波突出恒定量，压低变化量3脉冲分压器电路需加补偿电容，以补偿电路寄生电容引起的失真，其最佳值三、晶体管开关特性1在脉冲数字电路中，晶体二、三极管作开关使用。2二极管开关速度主要取决于反向恢复时间。3三极管作开关使用存在着开通时间和关闭时间，为提高开关速度，可接加速电容。四、反相器1地位：为脉冲数字电路的基本部件。2功能：vI为低，vO为高；vI为高，vO为低；其真值表：3种类（1） 晶体管反相器判断三极管工作状态的条件NPN管电流条件IB 00 IBS= ICS / 偏置条件VBE 0 VBC VT VBC0.3V（Ge）（2） MOS反相器 简单反相器 用MOS管作负载的反相器 CMOS反相器 几种反相器比较电路特点优 点缺 点晶体管反相器为分立元件反相器，提高输入端抗干扰能力，基极需另接电源电路简单，可靠体积大，功耗大MOS反相器MOS管为驱动器，负载电阻较大耗电比晶体管反相器省速度低MOS管作负载负载为MOS管，跨导较小速度较高负载管一直导通，功耗较大CMOS反相器NMOS管与PMOS管互补速度快，功耗低，易集成