1. 积分电路和微分电路在方波序列脉冲
使方波信号转化为脉冲信号应用微分运算电路
微分电路的前提系件
形成微分电路需要电路本身时间常数T《《输入信号的频率周期,即工作当中C1(因其容量特小),充、放电速度极快,输出信号由此会出现双向尖峰(接近输入信号幅度)。电路仅对信号的突变量(矩形脉冲的上、下沿)感兴趣,而忽略掉缓慢变化部分(矩形脉冲的平顶阶段)。微分电路则能将输入矩形波(或近似其它波形)转变为尖波(或其它相近波形)。
积分电路和微分电路的形成条件与基本特点
微分电路
a、在输入信号上升沿到来瞬间,因C1两端电压不能实变(此时充电电流最大,电压降落在电阻R1两端),输出电压接近输入信号峰值(在输出端由耦合现象产生了高电平跳变);
b、因电路时间常数较小,在输入信号平顶信号的前段,C1已经充满电,R1因无充电电流流过,电压降为0V,输出信号快速衰减至0电位,直至输入信号下降沿时刻的到
c、下降沿时刻到来时,C1所充电荷经R1泄放。此时C1左端相当于接地(构成放电通路),则因电容两端电压能突变之故,其右端瞬间出现负向最大电平(其绝对值接近输入信号峰值);
d、C1所充电荷经R1很快泄放完毕,R1因无充电电流流过,电压降为0V,输出负向电压信号快速升至0电位,直到下一个脉)冲的上升沿再度到来在此过程中,微分电路取出了输入信号的突变(上升沿与下降沿)部分,对其渐变部分视若无膳
2. 根据微分电路和积分电路的波形,分析两种电路有何特点
1、实现电能的传输、分配与转换;
2、实现信号的传递与处理。
数字电路根据逻辑功能的不同特点,可以分成两大类,一类叫组合逻辑电路(简称组合电路),另一类叫做时序逻辑电路(简称时序电路)。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关。
模拟电路:将连续性物理自然变量转换为连续的电信号,并通过运算连续性电信号的电路即称为模拟电路。模拟电路对电信号的连续性电压、电流进行处理。最典型的模拟电路应用包括:放大电路、振荡电路、线性运算电路(加法、减法、乘法、除法、微分和积分电路)。运算连续性电信号
放大是最基本的模拟信号处理功能,它是通过放大电路实现的,大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路,如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。
电子技术里的“放大”有两方面的含义:
一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值(即放大电信号),以便于人们测量和使用;
检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的,例如前面介绍的高温计,其输出电压仅有毫伏量级,而细胞电生理实验中所检测到的细胞膜离子单通道电流甚至只有皮安(pA,10-2A)量级。对这些能量过于微弱的信号,既无法直接显示,一般也很难作进一步分析处理。通常必须把它们放大到数百毫伏量级,才能用数字式仪表或传统的指针式仪表显示出来。若对信号进行数字化处理,则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受。
二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同,即信号不能失真,否则就会丢失要传送的信息,失去了放大的意义。
某些电子系统需要输出较大的功率,如家用音响系统往往需要把声频信号功率提高到数瓦或数十瓦。而输入信号的能量较微弱,不足以推动负载,因此需要给放大电路另外提供一个直流能源,通过输入信号的控制,使放大电路能将直流能源的能量转化为较大的输出能量,去推动负载。这种小能量对大能量的控制作用是放大的本质
3. 脉冲微分方程理论及其应用
微分脉冲阳极溶出伏安法(anodic stripping voltammetry,ASV)是一种非常灵敏的电化学分析手段。
阳极溶出伏安法是将待测离子先富集于工作电极上,再使电位从负向正扫描,使其自电极溶出,并记录溶出过程的电流—电位曲线。这种阳极溶出的电压—电流曲线,波形一般呈倒峰状。在一定条件下,其峰高与浓度呈线性关系,而且不同离子在一定的电解液中具有不同的峰电位。因此,峰电流和峰电位可作为定量和定性分析的基础。目前溶出伏安法可测定的元素很多,有40种以上的元素可用阳极溶出伏安法测定,测定浓度可低达10-6mol/l。由于该方法所用仪器设备简单、操作方便,在超纯物质分析、环境监测分析中得到了广泛的应用。
而微分脉冲伏安法是目前伏安方法中灵敏度最高的方法之一,能检测10-6mol/l 的物质。在直流线性扫描电压上迭加2~100mV的脉冲电压。脉冲电压的持续时间为4~80ms。在脉冲后期测量电解电流,使干扰的电容电流和其他噪音电流充分衰减,从而极大的提高了实验的灵敏度并同时降低了检测限。
4. 方波通过积分电路
方波转成三角波是傅里叶变换的原理,在三角波发生电路中,积分电路正向积分的时间常数远大于反向积分的时间常数,或者反向积分的时间常数远大于正向积分的时间常数,那么输出电压uO上升和下降的斜率相差很多,就可以获得锯齿波。
方波积分是三角波,三角波微分是方波。三角波再多次积分就可以得到正弦波,或者经过二极管网络转化。正弦波通过施密特触发器或比较器可转换为方波。方波是一种非正弦曲线的波形,通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。
5. 微分电路和积分电路波形变化特征
微分波形是如何形成的呢?
我们从矩形波输入后电容C的充电过程谈起。当矩形波的上升沿加至电容C的左极板时,左极板上的电压立即升高到脉冲的幅值电压。由于电容C两端要维持充电初始阶段U。-0的状态,它的右极板电压也必然要上升到与左极板相同的数值。
随后,电容进入充电过程,电容C通过电阻R进行充电,充电过程按指数规律进行。
随着充电过程的进行,电容C右极板的电压很快下降,由于RC(r)的值远小于脉冲宽度,所以充电过程很快结束,于是一个正向的脉冲就形成了。
当脉冲的下降沿到来时,电容C左极板上的电压立即下降至OV。
由于此时电容充电后两端电压等于脉冲的幅值,要维持U。为脉冲幅值的状态,电容的右极板电压必须要从OV下降至一个负的脉冲幅值,以维持电容C两端的电压仍然等于脉冲的幅值。
随后,电容C立即进入放电状态,电容C通过电阻R进行放电。由于RC(r)值远卟于脉冲宽度,放电很快结束,于是一个负向的尖脉冲形成了,放电同样按指数规律进行。
6. 微分和积分电路的波形
方波转成三角波是傅里叶变换的原理,在三角波发生电路中,积分电路正向积分的时间常数远大于反向积分的时间常数,或者反向积分的时间常数远大于正向积分的时间常数,那么输出电压uO上升和下降的斜率相差很多,就可以获得锯齿波。
方波积分是三角波,三角波微分是方波。三角波再多次积分就可以得到正弦波,或者经过二极管网络转化。正弦波通过施密特触发器或比较器可转换为方波。方波是一种非正弦曲线的波形,通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。
电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号,高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比,也可理解为电路释放能量的有效释放时间与总释放时间的比值。占空比为50%的矩形波称之为方波,方波有低电平为零与为负之分。
7. 微分电路和积分电路输出波形
当积分电路输入的阶跃信号(方波信号)的周期t小于积分电路的时间常数时,积分电路实现了方波到三角波的变换,t越小于时间常数,三角波的线性度越好;
当微分电路输入的阶跃信号(方波信号)的周期t大于微分电路的时间常数时,微分电路实现了方波到窄脉冲(常作为触发信号使用)的变换,当c一定时,r愈小,脉冲宽度越窄,当r一定时,c愈小脉冲宽度越窄
8. 积分电路的波形
积分电路的原理和作用
积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路
积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。
积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。它是组成模拟计算机的基本单元,用以实现对微分方程的模拟。同时,积分电路也是控制和测量系统中常用的重要单元,利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。
9. 积分电路方波输出波形
在“积分时限”范围内,此时输入电压相当于一个定值U,对一个定值的时间积分,就是U╳t,就是一条“斜线”,方波有高低电平,输出就是三角波了。
可在积分器的电容电容上并联一个电阻。
输入端是方波的高电压时,输出端的波形下降。
输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上,但此时认为电容的初始电量为零,故此时给电容充电。