脉冲

三 RC电路的应用

1 微分电路

图3.5.1是RC微分电路（设电路处于零状态）。输入的是矩形波脉冲电压u1（图3.5.2）,在电阻R两端输出的电压为u2。设R=20 kΩ，C=100pF，u1的幅值U=6V，脉冲宽度t p=50us。由此可得电路的时间常数

τ=RC=20*103*100*10-12s=2*10-6s=2us

τ《t p。

2 积分电路

微分和积分在数学上是矛盾的两个方面，同样，微分电路和积分电路也是矛盾的两个方面。虽然它们都是RC串联电路，但是，当条件不同时，所得结果也就相反。如上面所述，微分电路必须具有两个条件。如果条件变为：

（1）τ》t p

（2）从电容两端输出。

这样，电路就转化为积分电路了（图3.5.3a）

图3.5.3b是积分电路的输入电压u1和输出电压u2的波形。由于τ》t p，电容缓慢充电，其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长，当还未增长到趋于稳定值时，脉冲已告终止（t=t1）。以后电容经电阻缓慢放电，电容上电压也缓慢衰减。在输出端输出一个锯齿波电压。时间常数τ越大，充放电越是缓慢，所得锯齿波电压的线性也就越好。

从图3.5.3b的波形上看，u2是对 u1积分的结果。因此这种电路称为积分电路。在脉冲电路中，可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压，作扫描等用。四小结

五作业

课题二晶体管得开关特性教学目标：了解二极管的开关特性

教学重点：开关特性的应用

教学内容：

一二极管的开关特性

ui＝0V时，二极管截止，如同开关断开，u o＝0V。

ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源，

u o＝4.3V。

二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。

1、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程

2、产生反向恢复过程的原因—电荷存储效应

当外加正向电压时，P区空穴向N扩散，N 区电子向P区扩散；势垒区逐渐变窄，P区存储了电子，N区存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子。这一过程称为电荷存储效应。

当输入电压突然反向时，存储电荷反向电场的作用下， P区电子被拉回N区，N 区空穴被拉回P区，形成反向电流IR；或与多数载流子复合。在此期间IR基本上保持不变（IR=VR/RC），经过ts后，存储电荷显著减少，势垒区逐渐变宽，经过tt后，二极管截止。

反向恢复时间即存储电荷消失所需要的时间，它远大于正向导通所需要的时间。这就是说，二极管的开通时间是很短的，它对开关速度的影响很小，以致可以忽略不计。

因此，影响二极管的开关时间主要是反向恢复时间，而不是开通时间。

二二极管快关特性的应用

1 整流

所谓整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。整流电路是二极管的主要应用领域之一。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流稳压电源。

2 检波

就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小(100mA)作为界限，通常把输出电流小于100mA 的叫检波。

3 钳位

利用二极管正向导通时压降很小的特性可组成钳位电路如图1-13所示.若A点V A=0，二极管D可正向导通，其压降很小，故F点的电位也被钳制在0V左右，即V F≈0。

4 限幅

利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值内。

限制输出电压正半周幅度的限幅电路

限制输出电压负半周幅度的限幅电路

双向限幅电路

三三极管的开关特性

1晶体三极管由集电结和发射结两个PN结构成.根据两个PN结的偏置极性,三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。下图给出了用NPN型共发射极

晶体管组成的简单电路及其输出特性曲线。

2 三极管静态特性

–当输入电压Ui=-VB时三极管的发射结和集电结均为反向偏置(VBE

<0 ,VBC<0),只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结,

故ib和iC接近零，VCE =VCC对应于A点。这时集电极回路中的c 、

e极之间近似于开路，相当于开关断路。三极管的这种工作状态称

为截止。

–当输入电压Ui=+VB2时,调节Rb ,使iB =VCC / βRC ,则三极管工作在C点,集电极电流iC已接近于最大值VCC / RC ，由于iC受

到RC的限制，它已不可能象放大区那样随着iB的增加而成比例地

增加了，即认为集电极电流已达到饱和，对应的基极电流称为基极

临界饱和电流IBS ( VCC/βRC)，而集电极电流称为集电极饱和电

流ICS≈(VCC/RC)。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，

但集电极电流基本上保持在ICS不再增加，集电极电压VCE

=VCC–ICS RC=VCES ≈0.2~0.3V这个电压称为饱和压降。它也基

本上不随iB增加而改变。由于VCES很小，集电极回路中的c 、 e

极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。三极管的这种工作状态

称为饱和。

三极管截止状态等效电路

1晶体三极管在饱和与截止两种状态的特性称为开关特性，相当于一个由基极信号控制的无触点开关，其等效电路如下(1)截止状态的三极管等效电

路。

2晶体三极管在饱和与截止两种状态的特性称为开关特性，其等效电路如下

(2)饱和状态的三极管等效电路。

3 三极管动态特性Ⅰ

•晶体三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的动态特性。三极管和二极管一样，管子内部也存在着电荷的建立与消失过程。因此，饱和与截止两种状态也需要一定的时间才能完成。

•如在左上图所示的电路输入端加入一个理想的方波,其幅度在-VB1和+ VB2之间变化,则输出电流ic的波形已不是和输入波形一样的理想方波见

左下图。

4 三极管动态特性Ⅱ

•从上图可知波形起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,上升和下降沿都变得缓慢了。为了对三极管的瞬态过程进行定量描述，通常引入以下几个参数来表征：

–延迟时间td——从+ VB2加入到集电极电流ic上升到0.1ICS所需时间；

–上升时间tr ——ic从0.1ICS上升到0.9ICS所需时间;

–存储时间ts ——从输入信号降到-VB2到ic降到0.9ICS所需时间;

–下降时间tf ——从ic从0.9ICS 下降到0.1ICS所需时间。

•从左图可知波形起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,上升和下降沿都变得缓慢了。为了对三极管的瞬态过程进行定量描述，通常引入以下几个参数来表征：

–延迟时间td——从+ VB2加入到集电极电流ic上升到0.1ICS所需时间；

–上升时间tr ——ic从0.1ICS上升到0.9ICS所需时间;

–存储时间ts ——从输入信号降到-VB2到ic降到0.9ICS所需时间;

–下降时间tf ——从ic从0.9ICS 下降到0.1ICS所需时间。

•从左图可知波形起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,上升和下降沿都变得缓慢了。为了对三极管的瞬态过程进行定量描述，通常引入以下几个参数来表征：

–延迟时间td——从+ VB2加入到集电极电流ic上升到0.1ICS所需时间；

–上升时间tr ——ic从0.1ICS上升到0.9ICS所需时间;

–存储时间ts ——从输入信号降到-VB2到ic降到0.9ICS所需时间;

–下降时间tf ——从ic从0.9ICS 下降到0.1ICS所需时间。

•存储时间ts：经过上升时间后，集电极电流继续增加到Ics，这时由于进入了饱和状态，集电极收集电子的能力减弱，过剩的电子在基区不断积累起来，称为超量存储电荷，同时集电区靠近边界处也积累起一定的空穴，集电结处于正向偏置。

当输入电压ui由+U2跳变到-U1时，上述存储电荷不能立即消失，而是在反向电压作用下产生漂移运动而形成反向基极电流，促使超量存储电荷泄放。在存储电荷完全消失前，集电极电流维持Ics不变，直至存储电荷全部消散，晶体管才开始退出饱和状态，ic开始下降。

•下降时间tf：在基区存储的多余电荷全部消失后，基区中的电子在反向电压的作用下越来越少，集电极电流ic也不断减少，并逐渐接近于0。