rc電路放電過程輸出波形

1、同軸電纜的信號(hào)傳輸 信號(hào)分析基礎(chǔ)RC電路基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)脈沖電路基礎(chǔ),需要的基礎(chǔ)知識(shí),同軸電纜構(gòu)造圖,同軸電纜的信號(hào)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(shí)間?d：為電壓傳播經(jīng)過單位長度的電纜所需的時(shí)間 RG58、RG59傳輸時(shí)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(shù),RL=Z，K=0,RL=0，K=-1,RL=?，K=1,,阻抗匹配（重點(diǎn)、難點(diǎn)）,**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(hào)源內(nèi)阻、電纜阻抗和負(fù)載阻抗至少在一端匹配 。尤其在快信號(hào)的傳輸中。,慢信號(hào)傳輸中的反射,1?s,快信號(hào)傳輸中的反射,,在快信號(hào)的傳輸中一定要注意阻抗匹配問題,阻抗匹配（重點(diǎn)、難點(diǎn)）,**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(hào)源內(nèi)阻、

3、電纜阻抗和負(fù)載阻抗至少在一端匹配 。尤其在快信號(hào)的傳輸中。,信號(hào)分析基礎(chǔ)知識(shí),信號(hào)可以在時(shí)域里分析，也可以在頻域和復(fù)頻域里分析。幾個(gè)基本概念付立葉變換拉普拉斯變換復(fù)頻域中電路的輸出波形分析,幾個(gè)基本概念,線性網(wǎng)絡(luò)：由線性元件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),四端網(wǎng)絡(luò)：由任意連接的阻抗元件構(gòu)成的有四個(gè)端點(diǎn)的裝置,,幾個(gè)基本概念,單位沖擊函數(shù)：,,,沖擊響應(yīng)：如果輸入四端網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)為單位沖擊電壓，則其輸出電壓隨時(shí)間的變化稱為網(wǎng)絡(luò)的沖擊響應(yīng)。,幾個(gè)基本概

4、念,單位階躍函數(shù)：,,,u(t)= 0 t<0 1 t?0,瞬變響應(yīng)：如果輸入四端網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)為單位階躍電壓，則其輸出電壓隨時(shí)間的變化稱為網(wǎng)絡(luò)的瞬變響應(yīng)。,通過付立葉變換，可以建立起信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,付立葉變換,,,,該信號(hào)在頻域中的形式為：,時(shí)域中的矩形脈沖信號(hào) g(t)= E ?t???/2     

5、 0 ?t?>?/2,,,,付立葉變換,,,付立葉變換分析信號(hào)及系統(tǒng)的輸出信號(hào)是很有效的。但也有不足，它要求被積函數(shù)f(t)絕對(duì)可積，對(duì)不可積函數(shù)要引入一些奇異函數(shù)，如?（t）等。這就給信號(hào)的分析和計(jì)算帶來麻煩。另外，對(duì)于正指數(shù)函數(shù)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(duì)不可積函數(shù)f(t)，只要?足夠大，e-?t f(t)絕對(duì)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(shù)的拉式變換,拉普拉斯變換的性質(zhì),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(hào)與系統(tǒng)從頻域（?為自變量）擴(kuò)展到復(fù)頻域（s為自變量）。,t ?s,,,拉普拉斯變換,付立葉變換,復(fù)頻域內(nèi)的幾個(gè)基本概念,電容 電感電阻,,,,,,?LR,sLR,復(fù)數(shù)阻抗,運(yùn)算阻抗,頻域,復(fù)頻域,復(fù)頻域內(nèi)的幾個(gè)基本概念,,,傳輸系數(shù),復(fù)頻域內(nèi)的幾個(gè)基本概念,設(shè) 復(fù)頻域中

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

9、拉氏變換公式,，,,,設(shè),第四步：,衰減震蕩的信號(hào),拉氏變換對(duì)電路進(jìn)行分析過程總結(jié),?根據(jù)電路特點(diǎn)，先求出復(fù)頻域中傳輸系數(shù)；?根據(jù)拉氏變換，求出輸入信號(hào)在復(fù)頻域中的形式；?根據(jù)傳輸系數(shù)的定義，求出輸出信號(hào)在復(fù)頻域中的形式；?根據(jù)反拉氏變換，求出輸出信號(hào)在時(shí)域中的波形。,重點(diǎn),小結(jié)（重點(diǎn)）,掌握復(fù)頻域中對(duì)電路進(jìn)行分析的方法結(jié)合作業(yè)，仔細(xì)體會(huì),RC 電路基礎(chǔ)知識(shí),RC電路的充電過程RC電路的放電過程RC電路對(duì)矩形脈沖的響應(yīng)R

10、C電路對(duì)矩形波的響應(yīng),RC電路的充電過程,如圖所示電路，在t<0時(shí)C上無電荷。在t=0時(shí)輸入一階躍電壓Vmu(t),則電路中在階躍信號(hào)加上瞬間產(chǎn)生的電流在復(fù)頻域內(nèi)為,由于,其中RC稱為時(shí)間常數(shù)，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(duì)RC電路中的電容C充電，經(jīng)過無限長時(shí)間，電容C上的電壓達(dá)到Vm。在之后的某一時(shí)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(shí)，電容上電壓,,,與充電過程相比，相當(dāng)于：t=0時(shí)，VC=0，在t=0時(shí)在輸入端加一階躍信號(hào)- Vmu(t)。,RC電路放電過程輸出波形,電路中電流為：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,重點(diǎn),RC電路對(duì)矩形脈沖的響應(yīng),積分電路,t<?時(shí)，,t=?時(shí)，,t>?時(shí)，,?=?/20,?=?,?=5?,為了使輸出脈沖與輸入脈沖相比不發(fā)生

12、畸變，對(duì)于積分電路，要求電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)矩形脈沖的響應(yīng),微分電路,t<?時(shí)，,t=?時(shí)，,t>?時(shí)，,,?=?/20,?=?,?=5?,為了使輸出脈沖與輸入脈沖相比不發(fā)生畸變，對(duì)于微分電路，要求電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于矩形脈沖的寬度，即?>>?。,略有畸變,很大畸變,,RC電路對(duì)矩形脈沖的響應(yīng)-重點(diǎn),矩形脈沖通過RC電路時(shí)，總

13、是要發(fā)生畸變。合理選擇時(shí)間常數(shù)，可使信號(hào)失真最小。積分 電路要求時(shí)間常數(shù)小，微分電路要求時(shí)間常數(shù)大。也可利用此畸變，將窄信號(hào)拉寬或?qū)捫盘?hào)變窄。這在后面的成形電路中有所涉及。,RC電路對(duì)矩形波的響應(yīng),假設(shè)Vm=10V，?=T/2，對(duì)于?=?情況進(jìn)行討論。,第一個(gè)脈沖對(duì)電容C進(jìn)行充電后，電容上電壓為,在第一個(gè)脈沖結(jié)束后到第二個(gè)脈沖到來前，電容上電壓為,第二個(gè)脈沖對(duì)電容C進(jìn)行充電后，電容上電壓為,在第二個(gè)脈沖結(jié)束后到第三個(gè)脈沖到來前

14、，電容上電壓為,,作業(yè)：看在幾個(gè)脈沖后輸出達(dá)到平衡（電壓值取三位有效數(shù)字即可）。,RC電路的一些使用,放大器的放大級(jí)之間常用RC耦合電路（同微分電路）進(jìn)行隔離。如果要求不失真的傳遞信號(hào)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)很大。任何脈沖信號(hào)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(jīng)過RC耦合電路后逐漸漂移至零。脈沖信號(hào)基線發(fā)生變化，RC耦合電路輸出信號(hào)只有交流分量而無直流分量。在核電子學(xué)中，直流分量的漂移（即脈沖信號(hào)基線的漂移）是一個(gè)有害的因素，

15、因此必須消除。成形電路利用RC電路使信號(hào)畸變，將窄信號(hào)拉寬或?qū)捫盘?hào)變窄。,小結(jié)（重點(diǎn)）,RC電路的特性和時(shí)間常數(shù)選擇特點(diǎn),模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),PN結(jié)晶體三極管的三個(gè)工作區(qū)單管放大器的特性集成運(yùn)算放大器負(fù)反饋電路特點(diǎn),半導(dǎo)體,本征半導(dǎo)體,,,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是有限的。,摻雜半導(dǎo)體,,（a）N型半導(dǎo)體 （b）P型半導(dǎo)體,采用摻雜的方法，提供更多的載流子來提高導(dǎo)電性,PN結(jié)

16、,,處于平衡狀態(tài)的PN結(jié)內(nèi)有兩種運(yùn)動(dòng)：多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。,PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,,當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反。結(jié)區(qū)變窄，當(dāng)外電場(chǎng)足夠大時(shí)，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相同。結(jié)區(qū)變寬，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,晶體三極管,晶體三極管的三個(gè)工作區(qū),放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。放大倍數(shù)基本不變。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。只有少數(shù)載流子的漂

17、 移運(yùn)動(dòng)。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，收集極收集電子的能 力很弱。電流達(dá)到飽和狀態(tài)。,電子學(xué)中的放大器中晶體三極管通常工作于放大區(qū)，而數(shù)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(diǎn),靜態(tài)工作點(diǎn)選擇合理與否，對(duì)于放大輸入信號(hào)有很大影響。選擇不合理會(huì)使放大后的信號(hào)畸變。,輸入電阻和輸出電阻,,,輸入電阻：,輸出電阻：,,頻率響應(yīng),,,,,,,,,,,,,,,,,

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(hào)時(shí)，電壓增益只在一定頻率范圍內(nèi)不變,產(chǎn)生頻率響應(yīng)的主要因素,,,,,在核輻射探測(cè)中使用的脈沖放大器放大的是脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)中包含了各種頻率的正弦信號(hào)。因此對(duì)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(yīng),,其中 ?=rbeC,只考慮輸入耦合電路時(shí),由于輸出端分布電容的存在使輸

19、入的階躍信號(hào)在輸出時(shí)前沿變慢對(duì)于脈沖探測(cè)器輸出信號(hào)均為上升時(shí)間較快的窄脈沖，所以要求放大器的上升時(shí)間較快或有較高的fH。,,其中 ?C=RCCD,只考慮輸出積分電路時(shí),同時(shí)考慮輸出信號(hào)的指數(shù)下降后沿，由于放大器上升時(shí)間太大而引起輸出信號(hào)幅度損失。,為了使上升沿變化跟上輸入脈沖，應(yīng)盡量減小輸出端時(shí)間常數(shù),為了不損失幅度，應(yīng)盡量增大輸入端時(shí)間常數(shù),集成運(yùn)算放大器,理想運(yùn)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(diào)電壓，完全理想狀態(tài),虛短 虛斷,負(fù)反饋電路,,,直流反饋和交流反饋,負(fù)反饋電路的放大倍數(shù),,若AF+1>>1，則,當(dāng)電路引入深度負(fù)反饋（即AF+1>>1）時(shí)，放大倍數(shù)幾乎僅僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，而與基本放大電路無關(guān)。,,虛短虛斷的應(yīng)用,虛短虛斷的應(yīng)用,交流負(fù)反饋放大電路的基本性能,穩(wěn)定放大倍數(shù),,,改變輸入電阻和輸出電阻,串聯(lián)反饋增大輸入電阻，并聯(lián)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(shí)間 （擴(kuò)展通頻帶）,,上升時(shí)間變小,交流負(fù)反饋結(jié)論,負(fù)反饋電路的引入，不僅增強(qiáng)了放大器穩(wěn)定性，也使放大器的線性變好，同時(shí)改善了上升時(shí)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(jià)的。負(fù)反饋處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，脈沖信號(hào)處理電路中常帶有消振的相位補(bǔ)償電路。,請(qǐng)同學(xué)們自行查閱一下自激振蕩和相位補(bǔ)償?shù)馁Y料,總結(jié),同軸電纜的信號(hào)傳