脉冲波形的产生和整形电路

课题

14.1 脉冲的基本概念

14.2 RC波形变换电路课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．了解脉冲的基本概念。

2．掌握RC波形变换电路的结构和工作原理。

教学重点

1．脉冲的基本知识。

2．RC电路的充放电过程及波形变换电路。

教学难点

RC电路的充放电过程及波形变换电路。

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．引入

在数字电路中，常常需要各种不同频率的矩形脉冲。获得矩形脉冲

的方法一般有两种：一种是通过方波振荡器产生；另一种是利用整形电

路产生。

B．新授课

14.1 脉冲的基本概念

14.1.1 脉冲的概念

脉冲：瞬间突变、作用时间极短的电压或电流信号，称为脉冲。广义上讲，凡是非

正弦规律变化的电压或电流都可称为脉冲。

1．实验电路

2．现象和结论

（1）开关S闭合时，

2

R短接，输出电压0

O

=

v。

（2）

1

t时，开关S断开，输出电压

2

1

2

G

O R

R

R

V

v

+

⋅

=。

（3）

2

t时，开关S再闭合，

2

R又被短接，输出电压0

O

=

v。

重复此过程，则输出电压

O

v的波形变化即为一串脉冲波。

14.1.2 几种常见的脉冲波形

常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。

（实验演

示）

（分析现

象）

（引导学

生参考教

材资料）

14.1.3 矩形脉冲波形参数

（1）脉冲幅度m V ——脉冲电压的最大变化幅度。

（2）脉冲上升沿时间r t ——脉冲上升沿从0.1m V 上升到0.9m V 的时间。

（3）脉冲下降沿时间f t ——脉冲上升沿从0.9m V 下降到0.1m V 的时间。

（4）脉冲宽度W t ——脉冲前、后沿0.5m V 处的时间间隔，说明脉冲持续时间的长短。 （5）脉冲周期T ——指周期性脉冲中，相邻的两个脉冲波形对应点之间的时间间隔。

14.2 RC 波形变换电路

14.2.1 RC 电路的瞬态过程

所谓瞬态过程是指电路从一个稳定状态变化到另一个稳定状态所经历的过程。

1．RC 电路的充电过程

（1）充电过程原理

① 开关S 在B 点，电容器C 上没有电荷，0C =v 。

② 开关S 由B 合到A 后，电源对电容C 充电。因电容器两端的电压不能突变，开关拔动瞬间0=C v 。此时，充电电流C i 最大，R V

i C G =，R 上的电压也最大，R i V v C R ⋅==G 。

③ 随着电容C 上的电荷的积累，电压C v 随之增大，而R v 随之下降，所以C i 也逐渐下降。 ④ 最后，G V v C =，0=R v ，C i = 0，充电结束。

（2）波形

电容器的充电速度与R 和C 的关系：电容C 越大，C v 上升就越慢；电阻R 越大，C v 上升就越慢。

（引导学生参考教材资料）

（引导学

生分析工

作原理）

时间常数：R和C的乘积称为RC电路的时间常数τ。单位为s（秒）。

充电时间可以用时间常数τ来衡量，τ大则慢，τ小则快。

2．RC电路的放电过程

（1）放电过程原理

①开关S重新合到B点，电容器将通过电阻R放电。

②开始瞬间，电容器两端的电压不能突变，

G

V

v

C

=。此时，放电电流

C

i最大，R

V

i

C

G

=。

③随后，

C

v按指数规律下降，

C

i也随之下降。

④最后，0

=

C

v，

C

i= 0，放电结束。

（2）波形

放电时间可以用时间常数τ来衡量，τ大则慢，τ小则快。

14.2.2 RC微分电路

1．电路组成

电路应具有如下条件：

（1）输出信号取自RC电路中电阻R的两端，即

R

v

v=

O

。

（2）电路的时间常数τ 应远小于输入的矩形波脉冲宽度

W

t，即 τ <<

W

t。

2．工作原理

（讲解）

（1）当1t t <时，0I =v ，0O =v 。

（2）在1t t =的瞬间，I v 由0突变为m V ，立即有充电电流通过R 和C 。由于电容电压C v 不能突变，此时C v = 0，故m I O V v v ==，即输出电压由0跳为m V 。

（3）在21~t t 期间，输入电压I v 保持m V 不变，由于时间常数τ 很小，所以电容C 被快速充电，C v 上升很快。而输出电压C I O v v v -=迅速下降。在2t t =之前，C v 很快到达m V ，而O v 迅速下降为0，形成一个正的尖峰脉冲波。

（4）在2t t =时，I v 从m V 跳变到0，由于电容两端电压不能突变，C v 仍为m V 。所以，=-=C I O v v v -m V 。

（5）在2t 时刻以后，同样因为电路时间常数 τ 很小，电容迅速放电，O v 很快由-m V 上升到0，形成一个负的尖峰脉冲波。

3．电路特点

微分电路能对输入脉冲起到“突出变化量，压低恒定量”的作用。 14.2.3 RC 积分电路 1．电路组成

电路应具有如下条件：

（1）输出信号取自RC 电路中电容C 的两端，即C v v =O 。

（2）电路的时间常数 τ 应远大于输入的矩形波脉冲宽度W t ，即 τ >>W t 。 2．工作原理

（引导学生分析工作原理）

（讲解）