北邮模电第7章_脉冲波形的产生与处理电路

1、第七章：脉冲波形的产生与第七章：脉冲波形的产生与处理电路处理电路 邓邓 钢钢GG内容提要内容提要脉冲波形的定义脉冲波形的定义脉冲波形参数脉冲波形参数若干脉冲波形发生电路若干脉冲波形发生电路主要内容如下：主要内容如下：要点要点在脉冲波形产生与处理电路中，在脉冲波形产生与处理电路中，各种半导体器件大都工作在大各种半导体器件大都工作在大信号状态，属于非线性应用信号状态，属于非线性应用电路的分析方法和内容与放大电路的分析方法和内容与放大电路明显不同，讨论的重点是电路明显不同，讨论的重点是电路的瞬态特性：周期、频率、电路的瞬态特性：周期、频率、电压等电压等常见的脉冲波形常见的脉冲波形都是时间函数都是时间

2、函数实际矩形脉冲波形及其参数实际矩形脉冲波形及其参数脉冲幅度脉冲幅度mV平均脉宽平均脉宽Wt重复周期重复周期 及重复频率及重复频率Tf上升时间上升时间rt下降时间下降时间ft占空比占空比D顶部倾斜顶部倾斜mV理想矩形脉冲频谱分析的意义理想矩形脉冲频谱分析的意义前后沿前后沿( (跳变处跳变处) )变变化快，集中了信号化快，集中了信号的高频分量；而平的高频分量；而平顶部分变化缓慢，顶部分变化缓慢，集中了信号的低频集中了信号的低频成分成分可通过将这样的脉冲信号加至放大电可通过将这样的脉冲信号加至放大电路的输入端，并观察输出电压波形的路的输入端，并观察输出电压波形的上升沿、下降沿以及波形的顶部来分上升

3、沿、下降沿以及波形的顶部来分析放大电路的上、下截止频率析放大电路的上、下截止频率可见放大电路的频率响应与时域响应可见放大电路的频率响应与时域响应有密切的对应关系有密切的对应关系二极管的开关特性二极管的开关特性( (一一) )0t 时，时， 由由 跳至跳至IvFVRVst ：存储时间：存储时间ft ：下降时间：下降时间rrsfttt：反向恢：反向恢复时间复时间二极管的开关特性二极管的开关特性( (二二) )0t 时的电荷存时的电荷存储效应储效应0t 后后PNPN结中存结中存储电荷的变化储电荷的变化st经过经过 时间后时间后PNPN结中存储电荷的变结中存储电荷的变化化二极管的开关特性二极管的开关特

4、性( (三三) )二极管反向恢复过二极管反向恢复过程实质上是由电荷程实质上是由电荷存储效应引起的，存储效应引起的，反向恢复时间就是反向恢复时间就是存储电荷消失所需存储电荷消失所需的时间的时间影响影响 的因素：的因素：rrt管子本身的性能管子本身的性能FI正向电流正向电流 与反与反向电流向电流 的大小的大小RI二极管的开关特性二极管的开关特性( (四四) )二极管由截止转为二极管由截止转为正向导通所需时间正向导通所需时间称为开通时间称为开通时间导通过程简述导通过程简述二极管的开通时间二极管的开通时间比比 短得多，可以短得多，可以忽略不计忽略不计rrt晶体管的开关特性晶体管的开关特性( (一一)

5、)晶体管截止晶体管截止时的说明时的说明晶体管进入晶体管进入饱和区后的饱和区后的说明说明dt延迟时间延迟时间rt上升时间上升时间ondrttt开通时间开通时间st存储时间存储时间ft下降时间下降时间offsfttt关断时间关断时间,BSCSII/BBSNiI饱和饱和深度深度晶体管的开关特性晶体管的开关特性( (二二) )延迟时间延迟时间dt晶体管处于截止状态时，发射结反偏，晶体管处于截止状态时，发射结反偏，势垒区较厚，扩散电流为势垒区较厚，扩散电流为0 0。当输入矩形。当输入矩形脉冲信号跳变至其最大值时，势垒逐渐脉冲信号跳变至其最大值时，势垒逐渐降低，扩散电流开始形成，这个过程所降低，扩散电流开

6、始形成，这个过程所需的时间为延迟时间需的时间为延迟时间上升时间上升时间rt在矩形脉冲电压的作用下，扩散电流逐在矩形脉冲电压的作用下，扩散电流逐渐增大直至管子饱和。从而可以定义出渐增大直至管子饱和。从而可以定义出上升时间上升时间晶体管的开关特性晶体管的开关特性( (三三) )存储时间存储时间st晶体管工作于饱和状态时，集电极电流晶体管工作于饱和状态时，集电极电流达到饱和值。由于集电结加有正向电荷达到饱和值。由于集电结加有正向电荷使集电区也有电子注入至基区，使基区使集电区也有电子注入至基区，使基区少子增多，形成比工作于放大区多的电少子增多，形成比工作于放大区多的电荷，称为多余的电荷荷，称为多余的电

7、荷当输入信号跳变至最小值时，存储电荷当输入信号跳变至最小值时，存储电荷消失需要一定的时间加长。一开始集电消失需要一定的时间加长。一开始集电极电流仍维持不变，晶体管还处于饱和极电流仍维持不变，晶体管还处于饱和状态，经过存储时间后，多余的电荷全状态，经过存储时间后，多余的电荷全部消失，晶体管开始脱离饱和，进入放部消失，晶体管开始脱离饱和，进入放大状态。饱和越深，存储时间越长大状态。饱和越深，存储时间越长晶体管的开关特性晶体管的开关特性( (四四) )下降时间下降时间ft当基区多余的电荷全部消失后，基区电当基区多余的电荷全部消失后，基区电荷继续消散，这时集电极电流开始减小，荷继续消散，这时集电极电流

8、开始减小，输出电压开始上升，直至集电极电流为输出电压开始上升，直至集电极电流为0 0，晶体管截止。从而可以定义出下降时间晶体管截止。从而可以定义出下降时间一般关断时间一般关断时间 大于开通时大于开通时间间offsftttondrttt基本的逻辑运算基本的逻辑运算( (门门) )在脉冲和数字电路中，其输入输出量在脉冲和数字电路中，其输入输出量一般用高、低电平来表示，高、低电一般用高、低电平来表示，高、低电平代表两个不同的状态，可用二元常平代表两个不同的状态，可用二元常量表示量表示在数字电路中一般将高、低电平分别在数字电路中一般将高、低电平分别称为称为逻辑逻辑1 1和和逻辑逻辑0 0，而在模拟电路

9、中，而在模拟电路中习惯上用习惯上用H H、L L表示表示基本的逻辑运算有基本的逻辑运算有与与、或或、非非三种，三种，实现这三种运算的电路分别称为实现这三种运算的电路分别称为与门与门、或门或门和和非门非门输入输入输出输出ALHYHL非运算和非门非运算和非门当输入为低电平时，输出当输入为低电平时，输出为高电平；当输入为高电为高电平；当输入为高电平时，输出为低电平平时，输出为低电平YATTLTTL与非门的外特性与非门的外特性( (一一) )(min)OHV电路处于截止状态时的输出电平，电路处于截止状态时的输出电平，具有典型值及最小值具有典型值及最小值输出高电平输出高电平OHV输出低电平输出低电平OL

10、V(max)OLV电路处于导通状态时的输出电平，电路处于导通状态时的输出电平，具有典型值及最大值具有典型值及最大值晶体管晶体管- -晶体管逻辑门，是指输入端晶体管逻辑门，是指输入端和输出端都用晶体管的门电路，简称和输出端都用晶体管的门电路，简称TTLTTL电路电路TTLTTL与非门的外特性与非门的外特性( (二二) )当电路输出端接额定负载时，使电当电路输出端接额定负载时，使电路输出端处于高电平状态所允许的路输出端处于高电平状态所允许的最大输入电压最大输入电压关门电平关门电平offV开门电平与关门电平反映了电路的抗开门电平与关门电平反映了电路的抗干扰能力干扰能力当电路输出端接额定负载时，使电当

11、电路输出端接额定负载时，使电路输出端处于低电平状态所允许的路输出端处于低电平状态所允许的最小输入电压最小输入电压开门电平开门电平onV多谐振荡器综述多谐振荡器综述多谐振荡器是能产生矩形脉冲波多谐振荡器是能产生矩形脉冲波( (或方波或方波) )的自激振荡电路。它没有的自激振荡电路。它没有稳态，只有两个暂稳态，不需外加稳态，只有两个暂稳态，不需外加触发信号便能在两个暂稳态之间交触发信号便能在两个暂稳态之间交替转换，输出连续的矩形脉冲。常替转换，输出连续的矩形脉冲。常作为脉冲信号源作为脉冲信号源不同电路形式多谐振荡器的共同之不同电路形式多谐振荡器的共同之处：处：开关器件：用于产生高、低电平开关器件：

12、用于产生高、低电平反馈网络：将输出电压反馈给开关元件反馈网络：将输出电压反馈给开关元件延迟环节：可以获得所需的振荡频率延迟环节：可以获得所需的振荡频率由门电路组成的多谐振荡器原理由门电路组成的多谐振荡器原理( (一一) ) 时刻的初始值时刻的初始值1t 后，至时刻后，至时刻 时的变化时的变化1tt2t 时刻的情况时刻的情况2t 后的情况后的情况2tt一阶电路中三要素法的使用一阶电路中三要素法的使用/(0 )( )( )(tv tevvv(0 )( )ln( )( )vvtv tv 由门电路组成的多谐振荡器原理由门电路组成的多谐振荡器原理( (二二) )(3.6 ,0.3 ,1.4 )OHOLt

13、hif VV VV VV1ln2.50.92TRCRC2()lnOLthOHOLOLthVVVVTRCVV2ln41.40TRCRC122.32TTTRC1()lnOHthOHOLOHthVVVVTRCVV晶体振荡器晶体振荡器前面介绍的多谐振前面介绍的多谐振荡器频率稳定性较荡器频率稳定性较差，当电源电压波差，当电源电压波动、温度变化、动、温度变化、RCRC参数变化时，频率参数变化时，频率变化较大。在要求变化较大。在要求较高的场合是不合较高的场合是不合适的适的可用石英晶体来构可用石英晶体来构成石英晶体振荡器成石英晶体振荡器此处石英晶体起串此处石英晶体起串联谐振回路的作用，联谐振回路的作用，电路的

14、振荡频率取电路的振荡频率取决于晶体的串联谐决于晶体的串联谐振频率，因而振荡振频率，因而振荡频率非常稳定频率非常稳定由施密特触发器组成的多谐振荡器由施密特触发器组成的多谐振荡器( (一一) )RCRC网络起反馈网络起反馈和延迟的作用和延迟的作用Cv电容电容 上的电上的电压压 即为其输即为其输入电压入电压CIv2123thZRVVRR2223thZRVVRR 工作波工作波形及原形及原理分析理分析由施密特触发器组成的多谐振荡器由施密特触发器组成的多谐振荡器( (二二) )232ln(12/)TRCRR放电时放电时11223()/()CthZvtVV RRR( )CZvV 22223( )/()CthZvtVV RRR 放电时间放电时间常数为常数为RCRC集成运放组成的三角波发生器集成运放组成的三角波发生器电路结构说明电路结构说明21111212PIORRvvvRRRR1,0IOOZNvvvVv 111222,thZthZRRVV VVRR 自激振荡的产生过程自激振荡的产生过程122OPPZRVVR1424R R CTR集成运放组成的