rc電路放電過程輸出波形

1、同軸電纜的信號傳輸 信號分析基礎RC電路基礎模擬電子技術基礎脈沖電路基礎,需要的基礎知識,同軸電纜構造圖,同軸電纜的信號傳輸,同軸電纜的等效圖,L：分布電感，單位長度電纜的電感C：分布電容，單位長度電纜的電容,表征電纜的基本參量,傳輸時間?d：為電壓傳播經過單位長度的電纜所需的時間 RG58、RG59傳輸時間約為5ns/m,特征阻抗Z：由單位長度電纜的電感和電容來求得,阻抗匹配,

2、,,,,,,阻抗匹配(R=Z),,反射系數,RL=Z，K=0,RL=0，K=-1,RL=?，K=1,,阻抗匹配（重點、難點）,**為使電壓或電流脈沖無形變地從電纜的一端傳到另一端，需要信號源內阻、電纜阻抗和負載阻抗至少在一端匹配 。尤其在快信號的傳輸中。,慢信號傳輸中的反射,1?s,快信號傳輸中的反射,,在快信號的傳輸中一定要注意阻抗匹配問題,阻抗匹配（重點、難點）,**為使電壓或電流脈沖無形變地從電纜的一端傳到另一端，需要信號源內阻、

3、電纜阻抗和負載阻抗至少在一端匹配 。尤其在快信號的傳輸中。,信號分析基礎知識,信號可以在時域里分析，也可以在頻域和復頻域里分析。幾個基本概念付立葉變換拉普拉斯變換復頻域中電路的輸出波形分析,幾個基本概念,線性網絡：由線性元件構成的網絡,四端網絡：由任意連接的阻抗元件構成的有四個端點的裝置,,幾個基本概念,單位沖擊函數：,,,沖擊響應：如果輸入四端網絡的信號為單位沖擊電壓，則其輸出電壓隨時間的變化稱為網絡的沖擊響應。,幾個基本概

4、念,單位階躍函數：,,,u(t)= 0 t<0 1 t?0,瞬變響應：如果輸入四端網絡的信號為單位階躍電壓，則其輸出電壓隨時間的變化稱為網絡的瞬變響應。,通過付立葉變換，可以建立起信號的時域波形和頻譜之間的對應關系,付立葉變換,,,,該信號在頻域中的形式為：,時域中的矩形脈沖信號 g(t)= E ?t???/2     

5、 0 ?t?>?/2,,,,付立葉變換,,,付立葉變換分析信號及系統(tǒng)的輸出信號是很有效的。但也有不足，它要求被積函數f(t)絕對可積，對不可積函數要引入一些奇異函數，如?（t）等。這就給信號的分析和計算帶來麻煩。另外，對于正指數函數eat(a>0)付立葉變換是不存在的。因此，為了克服付立葉變換的限制，引入拉普拉斯變換。,拉普拉斯變換,,在付立葉變換中

6、引入衰減因子e-?t，對不可積函數f(t)，只要?足夠大，e-?t f(t)絕對可積。則,令 s=?+j?,則有,,雙邊拉普拉斯變換。,拉普拉斯變換,,,,單邊拉氏變換,常用函數的拉式變換,拉普拉斯變換的性質,如果F(s)=L[f(t)]，則L[Af(t)]=AL[f(t)]=AF(s)L[Af1(t)+ Bf2(t)]=AL[f1 (t)]+ BL[f2 (t)]=AF1 (s)+ BF2(s)L[f ?(t)]=s L[

7、f (t)]-f(0)=sF(s)-f(0),,(A>0),拉普拉斯變換,從付立葉變換推出拉普拉斯變換，從而把信號與系統(tǒng)從頻域（?為自變量）擴展到復頻域（s為自變量）。,t ?s,,,拉普拉斯變換,付立葉變換,復頻域內的幾個基本概念,電容 電感電阻,,,,,,?LR,sLR,復數阻抗,運算阻抗,頻域,復頻域,復頻域內的幾個基本概念,,,傳輸系數,復頻域內的幾個基本概念,設 復頻域中

8、一信號為,當s=Zi時，F(s)=0，則稱Z1，Z2，….，Zm為零點。當s=Pi時，F(s)=?，則稱P1，P2，….，Pn為極點。其中F0為與零點和極點無關的常數。,極點和零點,復頻域中電路的輸出波形分析,如圖所示電路，求開關K合上后電路中電流和R上的電壓變化情況。設起始條件為t=0時，L、C上無電荷。,Vmu(t),,,復頻域中電路的輸出波形分析,,第一步：傳輸系數,,,,第二步：,第三步：,復頻域中電路的輸出波形分析,根據

9、拉氏變換公式,，,,,設,第四步：,衰減震蕩的信號,拉氏變換對電路進行分析過程總結,?根據電路特點，先求出復頻域中傳輸系數；?根據拉氏變換，求出輸入信號在復頻域中的形式；?根據傳輸系數的定義，求出輸出信號在復頻域中的形式；?根據反拉氏變換，求出輸出信號在時域中的波形。,重點,小結（重點）,掌握復頻域中對電路進行分析的方法結合作業(yè)，仔細體會,RC 電路基礎知識,RC電路的充電過程RC電路的放電過程RC電路對矩形脈沖的響應R

10、C電路對矩形波的響應,RC電路的充電過程,如圖所示電路，在t<0時C上無電荷。在t=0時輸入一階躍電壓Vmu(t),則電路中在階躍信號加上瞬間產生的電流在復頻域內為,由于,其中RC稱為時間常數，通常用?表示。,RC電路充電過程輸出波形,,,RC電路的放電過程,,所示電路，輸入階躍脈沖Vmu(t)對RC電路中的電容C充電，經過無限長時間，電容C上的電壓達到Vm。在之后的某一時刻，輸入電壓下降為0，電容C上的電荷通過電阻R釋放，

11、這一過程稱之為放電。,那么 t=0時，電容上電壓,,,與充電過程相比，相當于：t=0時，VC=0，在t=0時在輸入端加一階躍信號- Vmu(t)。,RC電路放電過程輸出波形,電路中電流為：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,重點,RC電路對矩形脈沖的響應,積分電路,t<?時，,t=?時，,t>?時，,?=?/20,?=?,?=5?,為了使輸出脈沖與輸入脈沖相比不發(fā)生

12、畸變，對于積分電路，要求電路的時間常數遠遠小于矩形脈沖的寬度，即?<<?。,略有畸變,幅度受損,很大畸變,,RC電路對矩形脈沖的響應,微分電路,t<?時，,t=?時，,t>?時，,,?=?/20,?=?,?=5?,為了使輸出脈沖與輸入脈沖相比不發(fā)生畸變，對于微分電路，要求電路的時間常數遠遠大于矩形脈沖的寬度，即?>>?。,略有畸變,很大畸變,,RC電路對矩形脈沖的響應-重點,矩形脈沖通過RC電路時，總

13、是要發(fā)生畸變。合理選擇時間常數，可使信號失真最小。積分 電路要求時間常數小，微分電路要求時間常數大。也可利用此畸變，將窄信號拉寬或將寬信號變窄。這在后面的成形電路中有所涉及。,RC電路對矩形波的響應,假設Vm=10V，?=T/2，對于?=?情況進行討論。,第一個脈沖對電容C進行充電后，電容上電壓為,在第一個脈沖結束后到第二個脈沖到來前，電容上電壓為,第二個脈沖對電容C進行充電后，電容上電壓為,在第二個脈沖結束后到第三個脈沖到來前

14、，電容上電壓為,,作業(yè)：看在幾個脈沖后輸出達到平衡（電壓值取三位有效數字即可）。,RC電路的一些使用,放大器的放大級之間常用RC耦合電路（同微分電路）進行隔離。如果要求不失真的傳遞信號，時間常數應很大。任何脈沖信號包括了直流分量和交流分量，電容有隔直作用，因此直流分量經過RC耦合電路后逐漸漂移至零。脈沖信號基線發(fā)生變化，RC耦合電路輸出信號只有交流分量而無直流分量。在核電子學中，直流分量的漂移（即脈沖信號基線的漂移）是一個有害的因素，

15、因此必須消除。成形電路利用RC電路使信號畸變，將窄信號拉寬或將寬信號變窄。,小結（重點）,RC電路的特性和時間常數選擇特點,模擬電子技術基礎,PN結晶體三極管的三個工作區(qū)單管放大器的特性集成運算放大器負反饋電路特點,半導體,本征半導體,,,本征半導體的導電性是有限的。,摻雜半導體,,（a）N型半導體 （b）P型半導體,采用摻雜的方法，提供更多的載流子來提高導電性,PN結

16、,,處于平衡狀態(tài)的PN結內有兩種運動：多數載流子的擴散運動和少數載流子的漂移運動。,PN結的單向導電性,,,當PN結正向偏置時，外電場與內建電場方向相反。結區(qū)變窄，當外電場足夠大時，PN結處于導通狀態(tài)。,當PN結反向偏置時，外電場與內建電場方向相同。結區(qū)變寬，PN結處于截止狀態(tài)。,晶體三極管,晶體三極管的三個工作區(qū),放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。放大倍數基本不變。截止區(qū)：發(fā)射結反偏，集電結反偏。只有少數載流子的漂

17、 移運動。飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏，收集極收集電子的能 力很弱。電流達到飽和狀態(tài)。,電子學中的放大器中晶體三極管通常工作于放大區(qū)，而數字電路中的晶體三極管工作于飽和區(qū)和截止區(qū)。,單管放大器,,,靜態(tài)工作點,靜態(tài)工作點選擇合理與否，對于放大輸入信號有很大影響。選擇不合理會使放大后的信號畸變。,輸入電阻和輸出電阻,,,輸入電阻：,輸出電阻：,,頻率響應,,,,,,,,,,,,,,,,,

18、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?f=fH-fL稱為放大器的通頻帶。,,用單管放大器來放大正弦交流信號時，電壓增益只在一定頻率范圍內不變,產生頻率響應的主要因素,,,,,在核輻射探測中使用的脈沖放大器放大的是脈沖信號，脈沖信號中包含了各種頻率的正弦信號。因此對脈沖放大器來說，具有好的頻率特性是必要的。,分布電容,隔直電容,瞬變響應,,其中 ?=rbeC,只考慮輸入耦合電路時,由于輸出端分布電容的存在使輸

19、入的階躍信號在輸出時前沿變慢對于脈沖探測器輸出信號均為上升時間較快的窄脈沖，所以要求放大器的上升時間較快或有較高的fH。,,其中 ?C=RCCD,只考慮輸出積分電路時,同時考慮輸出信號的指數下降后沿，由于放大器上升時間太大而引起輸出信號幅度損失。,為了使上升沿變化跟上輸入脈沖，應盡量減小輸出端時間常數,為了不損失幅度，應盡量增大輸入端時間常數,集成運算放大器,理想運算放大器模型 開環(huán)增益無窮大A???開環(huán)差分輸入阻抗無窮大ri

20、n??開環(huán)輸出阻抗無窮小ro?0無溫漂、失調電壓，完全理想狀態(tài),虛短 虛斷,負反饋電路,,,直流反饋和交流反饋,負反饋電路的放大倍數,,若AF+1>>1，則,當電路引入深度負反饋（即AF+1>>1）時，放大倍數幾乎僅僅決定于反饋網絡，而與基本放大電路無關。,,虛短虛斷的應用,虛短虛斷的應用,交流負反饋放大電路的基本性能,穩(wěn)定放大倍數,,,改變輸入電阻和輸出電阻,串聯反饋增大輸入電阻，并聯反饋減小輸入電

21、阻；電壓反饋減小輸出電阻，電流反饋增大輸出電阻。,改善線性,,非線性畸變減小，線性變好。,減小上升時間 （擴展通頻帶）,,上升時間變小,交流負反饋結論,負反饋電路的引入，不僅增強了放大器穩(wěn)定性，也使放大器的線性變好，同時改善了上升時間，使放大器的通頻帶變寬，但這些均是以增益的犧牲為代價的。負反饋處理不當會產生自激振蕩，脈沖信號處理電路中常帶有消振的相位補償電路。,請同學們自行查閱一下自激振蕩和相位補償的資料,總結,同軸電纜的信號傳