脉冲基础知识和反相器

第10章脉冲基础知识和反相器教学重点

1．了解脉冲的基本概念与主要参数。

2．理解微分电路、积分电路、脉冲分压器的基本原理，掌握微、积分电路工作条件和作用。

3．了解二极管、三极管的开关特性及其应用。

4．理解反相器的工作原理。

教学难点

1．RC电路的过渡过程。

2．三极管开关作用。

3．MOS管反相器的工作原理。

学时分配

序号内容学时

110.1 脉冲基础知识3

210.2 晶体管开关特性1

310.3 反相器 1.5

4本章小结与习题0.5

5本章总学时6

10.1 脉冲基础知识

10.1.1脉冲的概念及其波形

1．脉冲的概念

脉冲技术是电子技术的重要组成部分，应用广

泛。

动画脉冲的概念

脉冲：含有瞬间突然变化、作用时间极短的电

压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。

图10.1.1 常见脉冲波形2．常见的几种脉冲波形如图10.1.1所示。

10.1.2 矩形脉冲波

1．矩形脉冲波的主要参数

脉冲技术最常用的波形是矩形波、方波。

理想的矩形波如图10.1.2所示：上升沿、下降沿陡直；顶部平坦。

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V m ——脉冲电压变化的最大值。 (2) 上升时间t r ——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t f ——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t p ——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

T

f 1

=

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同，谐波的频率为基波的整数倍。矩形波的数学表达式为

+++

=)5sin(5

)3sin(3)sin(000t A

t A t A v ωωω

10.1.3 RC 微分电路和积分电路

一、RC 电路的过渡过程

图10.1.4 三个不同频率的正弦波合成

1．RC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。3．RC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t0.7时，充电电压为V G的一半；放电电压为电容器两端电压V C的一半；

当t(35)

时，充放电过程基本结束(如图

10.1.5所示)。

5．RC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

(1) 输出信号取自RC电路中的电阻R两端。即

v O v R；

(2) 时间常数t p，通常取

≤

5

1

t p；

3．工作原理

动画RC微分电路

4．电路功能

将矩形波变换成尖峰波，检出电路的变化量。如图10.1.7所示。

图10.1.7 微分电路波形图图10.1.8 RC积分电路

三、RC积分电路

1．电路组成如图10.1.8所示

(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

图10.1.6 RC微分电路

2．电路特点

(1) v O 取自RC 电路的电容C 两端。即v O v C ；

(2)

t p ，通常≥3t p ；

3．工作原理

t ≥t 1,v I V m ,C 充电，v O v C 以指数规律缓慢(t p )上升；

t ≥t 2,v I 0,C 放电，v O

v C 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，把宽脉冲选出来。 [例10.1.1] RC 电路中，R 20k ，C 200pF ，若输入f 10kHz

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 20103

2001012

s

4

10

6

s

4µs

(2) 求方波的脉冲宽度

s 50s 105s 13

10212125

3p μ=⨯=⨯⨯===

-f T t (3) 结论：因p 5

1t ≤τ，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t p

0.5ms ，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 ≥3t p

则 Ω=⨯⨯⨯=≥--k 1510

1.0105.03363p

C t R 即 R ≥15k 所以R 值至少为15k 。

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C 0)，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。

图10.1.12 脉冲分压器

图10.1.11 寄生电容C o 使

输出脉冲失真