脈沖電路PWM調(diào)制

1、第七章第七章 脈沖電路脈沖電路 脈沖脈沖就是在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓或電就是在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓或電流的變化。它可以是周期性地重復(fù)出現(xiàn)，也流的變化。它可以是周期性地重復(fù)出現(xiàn)，也可以不定期地出現(xiàn)?？梢圆欢ㄆ诘爻霈F(xiàn)。 脈沖可分為兩大類：一類是脈沖可分為兩大類：一類是視頻脈沖視頻脈沖，或是先單調(diào)地上升，然后單調(diào)地下降，稱為或是先單調(diào)地上升，然后單調(diào)地下降，稱為正脈沖，或是先下降，后上升稱為負(fù)脈沖；正脈沖，或是先下降，后上升稱為負(fù)脈沖；另一類是另一類是射頻脈沖射頻脈沖，在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的高，在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的高頻振蕩。這兩類脈沖在醫(yī)學(xué)儀器中都有廣泛頻振蕩。這兩類脈沖在醫(yī)學(xué)儀器中都有廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。

2、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 脈沖電路的基本知識(shí)脈沖電路的基本知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 晶體管反相器晶體管反相器第三節(jié)第三節(jié) 脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器第四節(jié)第四節(jié) 脈沖的整形與鑒別脈沖的整形與鑒別第五節(jié)第五節(jié) 脈沖的調(diào)制與解調(diào)脈沖的調(diào)制與解調(diào)第一節(jié)第一節(jié) 脈沖電路的基本知識(shí)脈沖電路的基本知識(shí)一一. 脈沖的主要參數(shù)脈沖的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖幅度脈沖上升時(shí)間脈沖上升時(shí)間脈沖下降時(shí)間脈沖下降時(shí)間脈沖寬度脈沖寬度脈沖周期、脈沖頻率脈沖周期、脈沖頻率 上圖是幾種脈沖的波形：尖形脈沖、梯形脈上圖是幾種脈沖的波形：尖形脈沖、梯形脈沖、實(shí)際尖脈沖和矩形脈沖。沖、實(shí)際尖脈沖和矩形脈沖。 神經(jīng)放電脈沖和核醫(yī)學(xué)中的神經(jīng)放電脈

3、沖和核醫(yī)學(xué)中的射線轉(zhuǎn)換的脈射線轉(zhuǎn)換的脈沖都接近尖脈沖，前者的寬度為數(shù)十毫秒，后者沖都接近尖脈沖，前者的寬度為數(shù)十毫秒，后者的寬度不到的寬度不到1微秒，而且都是前沿比后沿陡峭得微秒，而且都是前沿比后沿陡峭得多。多。 二二. RC分壓電路分壓電路 在脈沖電路中，常常在脈沖電路中，常常要將脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻分要將脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻分壓后傳輸?shù)较乱患?jí)，而在壓后傳輸?shù)较乱患?jí)，而在下一級(jí)電路中存在著各種下一級(jí)電路中存在著各種形式的電容，這就相當(dāng)于形式的電容，這就相當(dāng)于在輸出端接上一個(gè)等效電在輸出端接上一個(gè)等效電容容Co，如圖，如圖(a)所示。而所示。而Co對(duì)輸出波形的影響如圖對(duì)輸出波形的影響如圖(b)所示。所

4、示。當(dāng)輸入信號(hào)當(dāng)輸入信號(hào)Ui由零上跳變到最大值由零上跳變到最大值Um的瞬的瞬間，電容間，電容Co上的電壓將按指數(shù)規(guī)律上升，上的電壓將按指數(shù)規(guī)律上升，最后達(dá)到最后達(dá)到Um，即輸出電壓，即輸出電壓Uo具有一定的上具有一定的上升時(shí)間，不能緊跟隨輸入電壓同步上跳變，升時(shí)間，不能緊跟隨輸入電壓同步上跳變，使輸出波形的邊沿變壞。使輸出波形的邊沿變壞。 為了克服這一缺為了克服這一缺點(diǎn)，改善輸出波形，點(diǎn)，改善輸出波形，使輸出電壓能緊跟隨使輸出電壓能緊跟隨輸入電壓一起上跳變。輸入電壓一起上跳變。所采取的措施是在電所采取的措施是在電阻阻R1上并聯(lián)一個(gè)電容上并聯(lián)一個(gè)電容Cj，構(gòu)成圖示的電路，構(gòu)成圖示的電路，Cj稱為

5、稱為加速電容。加速電容。 如果選擇合適的如果選擇合適的Cj值，就可以克服等值，就可以克服等效電容效電容Co的影響，使的影響，使輸出波形緊跟輸入波輸出波形緊跟輸入波形一起上跳變。形一起上跳變。 當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓Ui突然上跳時(shí)，輸出電壓由突然上跳時(shí)，輸出電壓由Cj和和Co的分壓決定。輸出電壓為：的分壓決定。輸出電壓為： 當(dāng)電容充電結(jié)束后，輸出電壓將由當(dāng)電容充電結(jié)束后，輸出電壓將由R1和和R2分壓分壓決定，即：決定，即： 當(dāng)當(dāng)Cj選擇合適時(shí)，輸出波形的起始值選擇合適時(shí)，輸出波形的起始值Uo等于終等于終止值止值Uo，即：，即： 此電路稱為此電路稱為RC分壓電路，分壓電路，亦稱脈沖分壓電路。在電路亦

6、稱脈沖分壓電路。在電路中，只要中，只要Cj取值合適，保證取值合適，保證RC分壓比例成立，就是兩分壓比例成立，就是兩段電路的時(shí)間常數(shù)相同，即段電路的時(shí)間常數(shù)相同，即R1Cj=R2Co，Cj加快輸出電加快輸出電壓的改變，就可以改善輸出壓的改變，就可以改善輸出波形。但由于波形。但由于Co實(shí)際是很難實(shí)際是很難預(yù)測(cè)的，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試預(yù)測(cè)的，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)確定來(lái)確定Cj的最佳值。的最佳值。若若Cj太太小，加速作用不足，輸出波小，加速作用不足，輸出波形的邊沿仍不好；若形的邊沿仍不好；若Cj過(guò)大，過(guò)大，加速作用過(guò)強(qiáng)，壓倒了加速作用過(guò)強(qiáng)，壓倒了Co的的延緩作用，輸出波形出現(xiàn)超延緩作用，輸出波形出現(xiàn)超過(guò)穩(wěn)態(tài)

7、值的尖頂過(guò)沖，過(guò)穩(wěn)態(tài)值的尖頂過(guò)沖，如圖如圖所示。所示。實(shí)驗(yàn)證明：工作頻率實(shí)驗(yàn)證明：工作頻率100kHzf 10MHz時(shí)，時(shí)，Cj可取可取10100pF。三三. 脈沖的微分脈沖的微分微分電路由電阻微分電路由電阻R和和電容電容C串聯(lián)組成。串聯(lián)組成。輸入的矩形波輸入的矩形波電路輸出的尖電路輸出的尖脈沖波脈沖波R上的電上的電壓按指壓按指數(shù)下降數(shù)下降R上的反向電上的反向電壓按指數(shù)下降壓按指數(shù)下降 可見(jiàn)，在可見(jiàn)，在RC電路輸入端輸入一矩形脈沖電路輸入端輸入一矩形脈沖波時(shí)，在輸出端得到一對(duì)正、負(fù)尖脈沖，它波時(shí)，在輸出端得到一對(duì)正、負(fù)尖脈沖，它們分別對(duì)應(yīng)輸入矩形波的上升沿和下降沿。們分別對(duì)應(yīng)輸入矩形波的上升沿

8、和下降沿。由于此由于此RC電路的輸出電壓電路的輸出電壓Uo只是反映了輸入只是反映了輸入電壓電壓Ui的突變部分，而對(duì)于輸入電壓的恒定的突變部分，而對(duì)于輸入電壓的恒定部分，輸出為零。在數(shù)學(xué)中微分是反映變化部分，輸出為零。在數(shù)學(xué)中微分是反映變化的快慢，這就是說(shuō)，的快慢，這就是說(shuō)，Uo和和Ui的微分近似成正的微分近似成正比，因此該比，因此該RC電路稱為微分電路。電路稱為微分電路。 要獲得尖脈沖，微分電路的參數(shù)必須滿要獲得尖脈沖，微分電路的參數(shù)必須滿足足= =RCtw。 四四. 計(jì)數(shù)率計(jì)電路計(jì)數(shù)率計(jì)電路泵電路泵電路 在上圖所示的積分電路中，在上圖所示的積分電路中，積分電容積分電容C中積累中積累的電量與的

9、電量與單位時(shí)間、累積脈沖單向傳輸電量的單位時(shí)間、累積脈沖單向傳輸電量的輸入輸入脈沖數(shù)成正比脈沖數(shù)成正比，故稱此電路為計(jì)數(shù)率計(jì)電路或泵電，故稱此電路為計(jì)數(shù)率計(jì)電路或泵電路，它被廣泛應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)中路，它被廣泛應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)中脈沖的計(jì)數(shù)率和監(jiān)脈沖的計(jì)數(shù)率和監(jiān)護(hù)儀中的心率等。護(hù)儀中的心率等。 當(dāng)當(dāng)nRC11時(shí)，可得時(shí)，可得 UonRC1Um 即即Uo與計(jì)數(shù)率與計(jì)數(shù)率n成正比成正比。為了使電容。為了使電容C在每在每次脈沖充電時(shí)電壓不發(fā)生顯著變化，電容次脈沖充電時(shí)電壓不發(fā)生顯著變化，電容C應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于C1。這個(gè)公式也適用于隨機(jī)。這個(gè)公式也適用于隨機(jī)出現(xiàn)的脈沖，這時(shí)，出現(xiàn)的脈沖，這時(shí)，n表示平均計(jì)數(shù)率

10、。表示平均計(jì)數(shù)率。 此電路中，由于此電路中，由于Uo與與n成正比的線性范圍成正比的線性范圍受到條件受到條件nRC11的限制，則的限制，則UoIbs，三極管進(jìn)入，三極管進(jìn)入飽和區(qū)飽和區(qū)。此時(shí)集射極電壓。此時(shí)集射極電壓Uce接近于零，接近于零，Ib基本上失去了對(duì)基本上失去了對(duì)Ic的控制能力，的控制能力，相當(dāng)于開相當(dāng)于開關(guān)接通關(guān)接通。 三極管由截止轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通所需的時(shí)三極管由截止轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通所需的時(shí)間稱為間稱為開啟時(shí)間開啟時(shí)間，即在基區(qū)逐漸積累電荷，即在基區(qū)逐漸積累電荷，使電流由小變大所需時(shí)間。由飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)變使電流由小變大所需時(shí)間。由飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂顾璧臅r(shí)間稱為為截止所需的時(shí)間稱為關(guān)閉時(shí)間關(guān)

11、閉時(shí)間，即在基區(qū)，即在基區(qū)通過(guò)中和逐漸清除電荷，使電流逐漸變小所通過(guò)中和逐漸清除電荷，使電流逐漸變小所需時(shí)間。需時(shí)間。通常通常關(guān)閉時(shí)間比開啟時(shí)間要長(zhǎng)很多倍關(guān)閉時(shí)間比開啟時(shí)間要長(zhǎng)很多倍，這主要是射極輸入的載流子在基區(qū)中積累電這主要是射極輸入的載流子在基區(qū)中積累電荷比基區(qū)中載流子中和這些電荷要快得多，荷比基區(qū)中載流子中和這些電荷要快得多，普通開關(guān)管的開啟時(shí)間約為普通開關(guān)管的開啟時(shí)間約為1030ns，關(guān)閉，關(guān)閉時(shí)間約為時(shí)間約為100200ns，高頻管的開關(guān)速度比，高頻管的開關(guān)速度比普通開關(guān)管慢得多。對(duì)于生物電脈沖，它的普通開關(guān)管慢得多。對(duì)于生物電脈沖，它的前沿約為數(shù)毫秒，也可以用高頻管代替開關(guān)前沿約

12、為數(shù)毫秒，也可以用高頻管代替開關(guān)管。管。二二. 反相器反相器 在脈沖電路中，把一個(gè)在脈沖電路中，把一個(gè)工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的單工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的單級(jí)晶體三極管放大器稱為反級(jí)晶體三極管放大器稱為反相器相器(inverter)。 常用的反相器如圖。電常用的反相器如圖。電容容C是加速電容，基極電阻是加速電容，基極電阻R1、R2及外加負(fù)偏壓及外加負(fù)偏壓(-EB)構(gòu)構(gòu)成偏置電路，與輸入電壓成偏置電路，與輸入電壓Ui共同決定三極管的工作狀態(tài)，共同決定三極管的工作狀態(tài)，保證三極管能夠可靠地截止保證三極管能夠可靠地截止與飽和。與飽和。 若輸入電壓若輸入電壓Ui為低電平，三為低電平，三極管可靠截止，極管可靠

13、截止，Rc上的壓降近似上的壓降近似值為零，輸出電壓值為零，輸出電壓UoEc，為高，為高電平。顯然輸出電平。顯然輸出Uo與輸入與輸入U(xiǎn)i反相；反相；若輸入電壓若輸入電壓Ui為高電平，元件參為高電平，元件參數(shù)選擇合適，可使三極管飽和導(dǎo)數(shù)選擇合適，可使三極管飽和導(dǎo)通，輸出電壓通，輸出電壓Uo0.3V，輸出為，輸出為低電平。顯然輸出低電平。顯然輸出Uo與輸入與輸入U(xiǎn)i反反相。相。 可見(jiàn)，可見(jiàn)，輸入脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)反輸入脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器后將其極性變反相器后將其極性變反，見(jiàn)圖。這，見(jiàn)圖。這里忽略了三極管開關(guān)的延遲時(shí)間，里忽略了三極管開關(guān)的延遲時(shí)間，將三極管當(dāng)作理想的開關(guān)元件，將三極管當(dāng)作理想的開關(guān)元件，所以

14、輸出的波形是理想的矩形波。所以輸出的波形是理想的矩形波。 反相器能穩(wěn)定工作的前提條件是，三反相器能穩(wěn)定工作的前提條件是，三極管處于可靠截止?fàn)顟B(tài)，或處于可靠飽和極管處于可靠截止?fàn)顟B(tài)，或處于可靠飽和狀態(tài)。這就要求合理選擇電路的元件，經(jīng)狀態(tài)。這就要求合理選擇電路的元件，經(jīng)理論與實(shí)踐證明：滿足三極管可靠截止的理論與實(shí)踐證明：滿足三極管可靠截止的條件是條件是UbeIbs，其中三極管基極飽和電流，其中三極管基極飽和電流Ibs=Ec/Rc。 上圖是利用三極管反相作用構(gòu)成的上圖是利用三極管反相作用構(gòu)成的正脈沖延時(shí)正脈沖延時(shí)電路電路。該電路在無(wú)輸入時(shí)三極管處于飽和狀態(tài)，輸。該電路在無(wú)輸入時(shí)三極管處于飽和狀態(tài)，輸

15、出信號(hào)出信號(hào)Uo接近于零；當(dāng)輸入一個(gè)正脈沖波時(shí)，輸出接近于零；當(dāng)輸入一個(gè)正脈沖波時(shí)，輸出端在輸入脈沖結(jié)束時(shí)輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。輸出脈端在輸入脈沖結(jié)束時(shí)輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。輸出脈沖的寬度基本上由電路元件參數(shù)決定，與輸入脈沖沖的寬度基本上由電路元件參數(shù)決定，與輸入脈沖寬度無(wú)關(guān)。寬度無(wú)關(guān)。 其工作原理是：當(dāng)輸入脈其工作原理是：當(dāng)輸入脈沖上升時(shí)，沖上升時(shí)，Ui向電容向電容C充電，充電，充電電流增加了基極電流，晶充電電流增加了基極電流，晶體管飽和程度加深，輸出信號(hào)體管飽和程度加深，輸出信號(hào)Uo仍然為零。如果充電的時(shí)仍然為零。如果充電的時(shí)間常數(shù)間常數(shù)(R1+rbe)C小于脈沖寬小于脈沖寬度，電容度，電容C

16、在正脈沖持續(xù)期間在正脈沖持續(xù)期間(輸入高電平輸入高電平)得到完全充電，得到完全充電，其電壓其電壓(左正右負(fù)左正右負(fù))接近于輸入接近于輸入脈沖的幅度電壓脈沖的幅度電壓Um。當(dāng)輸入。當(dāng)輸入脈沖下降時(shí)，電容脈沖下降時(shí)，電容C開始放電，開始放電，迫使基極電位下降到迫使基極電位下降到-Um，三，三極管截止，輸出信號(hào)極管截止，輸出信號(hào) Uo上升上升到接近于到接近于Ec。 Uo為高電平的持續(xù)時(shí)間由電容放電的時(shí)間常數(shù)為高電平的持續(xù)時(shí)間由電容放電的時(shí)間常數(shù)(R1+RB)C決定。電容放電完畢后，三極管開始導(dǎo)決定。電容放電完畢后，三極管開始導(dǎo)通，并立即重新進(jìn)入飽和狀態(tài)，通，并立即重新進(jìn)入飽和狀態(tài)，Uo回到零電平?；?/p>

17、到零電平。 輸出的延時(shí)脈沖寬度可以這樣估算：電容放電輸出的延時(shí)脈沖寬度可以這樣估算：電容放電開始時(shí)，電阻開始時(shí)，電阻R1和和R2上的電壓為上的電壓為Ec+Um，放電結(jié)束，放電結(jié)束時(shí)為時(shí)為Ec，所以脈沖寬度，所以脈沖寬度T為：為： 第三節(jié)第三節(jié) 脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器 能產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路稱為能產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路稱為脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器。這種電路是由正反饋放大器構(gòu)成的，其特點(diǎn)是，這種電路是由正反饋放大器構(gòu)成的，其特點(diǎn)是，電路工作過(guò)程分兩個(gè)階段：一是電路工作過(guò)程分兩個(gè)階段：一是“緊張緊張”階段，階段，即形成正反饋的連鎖反應(yīng)，使?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生急速變即形成正反饋的連鎖反應(yīng)，使?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生急速變化的階段；二是化的階

18、段；二是“松弛松弛”階段，即一管進(jìn)入截階段，即一管進(jìn)入截止，另一管進(jìn)入飽和后，電路狀態(tài)變化緩慢，止，另一管進(jìn)入飽和后，電路狀態(tài)變化緩慢，甚至穩(wěn)定不變的階段。電路在一定條件下，通甚至穩(wěn)定不變的階段。電路在一定條件下，通過(guò)一張一弛，使?fàn)顟B(tài)來(lái)回轉(zhuǎn)換，形成振蕩。所過(guò)一張一弛，使?fàn)顟B(tài)來(lái)回轉(zhuǎn)換，形成振蕩。所以這類電路也稱為以這類電路也稱為張弛振蕩電路張弛振蕩電路。 脈沖發(fā)生器按產(chǎn)生脈沖信號(hào)的方式可分脈沖發(fā)生器按產(chǎn)生脈沖信號(hào)的方式可分為兩大類：一類是通過(guò)波形變換電路產(chǎn)生脈為兩大類：一類是通過(guò)波形變換電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)，如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；沖信號(hào)，如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；另一類是通過(guò)電路自激振蕩

19、產(chǎn)生脈沖信號(hào)，另一類是通過(guò)電路自激振蕩產(chǎn)生脈沖信號(hào)，如多諧振蕩器、單結(jié)晶體管振蕩器和間歇振如多諧振蕩器、單結(jié)晶體管振蕩器和間歇振蕩器等。下面的介紹從分立元件構(gòu)成的多諧蕩器等。下面的介紹從分立元件構(gòu)成的多諧振蕩器入手，分析其工作原理。振蕩器入手，分析其工作原理。一一. 多諧振蕩器多諧振蕩器1. 分立元件組成的多諧振蕩器分立元件組成的多諧振蕩器 由于方波含有極豐富的諧波，由于方波含有極豐富的諧波，所以將產(chǎn)生方波的電路稱為多諧振所以將產(chǎn)生方波的電路稱為多諧振蕩器蕩器(multivibrator)。右圖為多諧。右圖為多諧振蕩器電路，兩個(gè)三極管的集電極振蕩器電路，兩個(gè)三極管的集電極通過(guò)電容接到對(duì)方的基極

20、，構(gòu)成正通過(guò)電容接到對(duì)方的基極，構(gòu)成正反饋環(huán)路，所以將該電路稱為反饋環(huán)路，所以將該電路稱為集基集基耦合多諧振蕩器耦合多諧振蕩器。 由于兩邊都有電容的充放電，由于兩邊都有電容的充放電，所以這種電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，兩個(gè)三極所以這種電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，兩個(gè)三極管將自動(dòng)交替飽和或截止，形成兩管將自動(dòng)交替飽和或截止，形成兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。故這種電路又叫做無(wú)穩(wěn)個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。故這種電路又叫做無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，它不需要外加觸發(fā)脈沖就態(tài)電路，它不需要外加觸發(fā)脈沖就能獲得方波輸出。能獲得方波輸出。 在電路參數(shù)對(duì)稱情況下，即在電路參數(shù)對(duì)稱情況下，即RB1=RB2=RB,C1=C2=C，方波的周期，方波的周期T近似為：近似為： T1.4RBC

21、多諧振蕩器主要用途是產(chǎn)生方波，該電多諧振蕩器主要用途是產(chǎn)生方波，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于電容的充放電，導(dǎo)致方路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于電容的充放電，導(dǎo)致方波前沿波形不好，抗干擾能力差等缺點(diǎn)。波前沿波形不好，抗干擾能力差等缺點(diǎn)。2. 集成運(yùn)放組成的多諧振集成運(yùn)放組成的多諧振蕩器蕩器 從由集成運(yùn)放組成的多諧從由集成運(yùn)放組成的多諧振蕩器的電路結(jié)構(gòu)可看出，它振蕩器的電路結(jié)構(gòu)可看出，它是在比較器的基礎(chǔ)上，從輸出是在比較器的基礎(chǔ)上，從輸出引入適當(dāng)?shù)恼答伒酵噍斎胍脒m當(dāng)?shù)恼答伒酵噍斎攵俗鳛閰⒖茧妷憾俗鳛閰⒖茧妷篣R，同時(shí)輸出，同時(shí)輸出電壓又經(jīng)電阻電壓又經(jīng)電阻RF與電容與電容C組成組成的積分電路，把另一反饋電壓

22、的積分電路，把另一反饋電壓加到反相輸入端作為信號(hào)電壓加到反相輸入端作為信號(hào)電壓Us，構(gòu)成自激多諧振蕩器。與，構(gòu)成自激多諧振蕩器。與分類元件的多諧振蕩器相比，分類元件的多諧振蕩器相比，該電路也是個(gè)正反饋放大器，該電路也是個(gè)正反饋放大器，但只需一個(gè)充放電電容。但只需一個(gè)充放電電容。圖中圖中R1和和R2組成了電組成了電壓串聯(lián)正反饋電路，壓串聯(lián)正反饋電路，反饋系數(shù)反饋系數(shù)F為：為：F=R2/(R1+R2)。 多諧振蕩器的輸出多諧振蕩器的輸出電壓電壓Uo及電容電壓及電容電壓Uc的的波形如圖所示。波形如圖所示。 由于該電路充放電由于該電路充放電時(shí)間常數(shù)相等，均為時(shí)間常數(shù)相等，均為T=RFC，故，故T1=T

23、2=T/2，則輸出波形為對(duì)稱方波，則輸出波形為對(duì)稱方波，占空比為占空比為0.5。 經(jīng)理論推導(dǎo)，可得經(jīng)理論推導(dǎo)，可得振蕩器的振蕩周期振蕩器的振蕩周期T為：為： 振蕩周期振蕩周期T只與只與RF、C以及以及R2/R1的比值的比值有關(guān)，而與輸出電壓有關(guān)，而與輸出電壓 Uo無(wú)關(guān)，所以在實(shí)際應(yīng)無(wú)關(guān)，所以在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)改變電阻用中，可通過(guò)改變電阻RF值來(lái)改變振蕩周期。值來(lái)改變振蕩周期。 但該電路對(duì)但該電路對(duì)Uo的要求是保持其值的穩(wěn)定，的要求是保持其值的穩(wěn)定，這是由于電路中的參考電壓這是由于電路中的參考電壓UR是由電路輸出是由電路輸出的正、負(fù)飽和值的正、負(fù)飽和值UOH決定的，如果由于偶然原決定的，如果由

24、于偶然原因因(如電源電壓波動(dòng)或溫度變化如電源電壓波動(dòng)或溫度變化)而引起而引起UOH的的變化，則變化，則UR也隨之變化，造成振蕩周期不穩(wěn)也隨之變化，造成振蕩周期不穩(wěn)定。定。 為了提高振蕩周期的穩(wěn)定性，可在運(yùn)放輸出端并聯(lián)兩個(gè)為了提高振蕩周期的穩(wěn)定性，可在運(yùn)放輸出端并聯(lián)兩個(gè)背靠背的硅穩(wěn)壓二極管，則運(yùn)放輸出的正、負(fù)飽和值就被穩(wěn)背靠背的硅穩(wěn)壓二極管，則運(yùn)放輸出的正、負(fù)飽和值就被穩(wěn)定在穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值定在穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值Uz上，從而保證了上，從而保證了UR的穩(wěn)定，上述的穩(wěn)定，上述缺點(diǎn)就得到克服。缺點(diǎn)就得到克服。 在這個(gè)電路中，如果用上圖中的兩條并聯(lián)支路代替電阻在這個(gè)電路中，如果用上圖中的兩條并聯(lián)支路代

25、替電阻RF，則把電容，則把電容C充電和放電回路分開，使其充電與放電的時(shí)充電和放電回路分開，使其充電與放電的時(shí)間常數(shù)不同，就可以得到不對(duì)稱的方波，也就是各種占空系間常數(shù)不同，就可以得到不對(duì)稱的方波，也就是各種占空系數(shù)的方波，即矩形波。數(shù)的方波，即矩形波。 由于集成運(yùn)放組成的多諧振蕩器的輸出波形良好、頻率由于集成運(yùn)放組成的多諧振蕩器的輸出波形良好、頻率可調(diào)范圍大、可靠性高、體積小，所以在醫(yī)療儀器中獲得了可調(diào)范圍大、可靠性高、體積小，所以在醫(yī)療儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 二二. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 分立元件組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)分立元件組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器器( monostable mult

26、ivibrator)集基耦合集基耦合 該電路與集基耦合多諧振該電路與集基耦合多諧振蕩器不同的是：蕩器不同的是：T1集電極至集電極至T2基極用電阻基極用電阻R1耦合代替電容耦合代替電容C1耦合耦合(Cs為加速電容為加速電容)。而。而T2至至T1仍用電容耦合，因此，該電仍用電容耦合，因此，該電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)的變化過(guò)程穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)的變化過(guò)程輸入信號(hào)輸入信號(hào)Ui經(jīng)經(jīng)Rd、Cd微分電路后，得到一個(gè)負(fù)脈沖，該微分電路后，得到一個(gè)負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖使負(fù)脈沖使T1截止截止T2飽和，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。飽和，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。T2飽

27、和，電容飽和，電容C通過(guò)通過(guò)T2放電，從而迫放電，從而迫使電路從暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)。使電路從暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)。 由波形圖可知，由波形圖可知，T1集電極的輸出脈沖寬集電極的輸出脈沖寬度度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。經(jīng)理論推導(dǎo)，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。經(jīng)理論推導(dǎo)，輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw為：為： tw=0.7RB1C 由于耦合電容由于耦合電容C的影響，的影響，T2輸出波形的上輸出波形的上升沿比升沿比T1輸出波形的上升沿要差一些。輸出波形的上升沿要差一些。2. 集成運(yùn)放組成的單穩(wěn)集成運(yùn)放組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器態(tài)觸發(fā)器 電路如圖。與多諧電路如圖。與多諧振蕩器的區(qū)別是：在運(yùn)振蕩器的區(qū)別是：在運(yùn)放反相輸入端的電

28、容放反相輸入端的電容C1上并聯(lián)一個(gè)鉗位二極管上并聯(lián)一個(gè)鉗位二極管D，另外在同相輸入端，另外在同相輸入端加有加有C2和和R2構(gòu)成的微分構(gòu)成的微分觸發(fā)電路。觸發(fā)電路。 輸出電壓為輸出電壓為Uo，電源電壓為電源電壓為Vcc，同相輸入端電壓同相輸入端電壓為為Up=R2Vcc/(R1+R2)。反相輸入端。反相輸入端電壓由于二極管電壓由于二極管D而被鉗位在正而被鉗位在正向電壓向電壓UD。這時(shí)。這時(shí)運(yùn)放的輸入差動(dòng)運(yùn)放的輸入差動(dòng)電壓為電壓為UP-UD，適當(dāng)選擇適當(dāng)選擇R1、R2的值，使的值，使UPUD，就可以使就可以使Uo維持維持在電源在電源Vcc上，這上，這是該電路的穩(wěn)態(tài)。是該電路的穩(wěn)態(tài)。負(fù)觸發(fā)脈沖，負(fù)觸發(fā)

29、脈沖，UNUP，電路翻轉(zhuǎn)，電路翻轉(zhuǎn)，Uo下降變?yōu)橄陆底優(yōu)?Vcc，Up=-R2Vcc/(R1+R2)。電路于暫穩(wěn)態(tài)。電路于暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容C1經(jīng)經(jīng)RF和和-Vcc放電，放電，UN按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)UN=UP時(shí)，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到穩(wěn)時(shí)，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到穩(wěn)態(tài)。放電時(shí)間常數(shù)為態(tài)。放電時(shí)間常數(shù)為RFC1，為，為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，與觸發(fā)脈沖暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 由上式可看出，脈沖寬度由上式可看出，脈沖寬度tw取決于運(yùn)放電路外取決于運(yùn)放電路外接元件接元件RF、C1以及以及R2/R1的比值。的比值。 為提高電路振蕩頻率的穩(wěn)定性，也可同樣采取為提高電路振蕩頻率的

30、穩(wěn)定性，也可同樣采取在輸出端并接兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓二極管的方法。在輸出端并接兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓二極管的方法。 集成運(yùn)放組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器性能穩(wěn)定，波形集成運(yùn)放組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器性能穩(wěn)定，波形良好、脈沖寬度可調(diào)、制作簡(jiǎn)單。除產(chǎn)生矩形波以良好、脈沖寬度可調(diào)、制作簡(jiǎn)單。除產(chǎn)生矩形波以外，還能完成如整形、定時(shí)、分頻等作用。所以在外，還能完成如整形、定時(shí)、分頻等作用。所以在醫(yī)療儀器中獲得廣泛應(yīng)用。醫(yī)療儀器中獲得廣泛應(yīng)用。 輸出脈沖的寬度輸出脈沖的寬度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，若忽略二極就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，若忽略二極管的正向電壓管的正向電壓UD，可得：，可得：三三. 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 集基耦合雙穩(wěn)態(tài)

31、觸發(fā)集基耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)如圖。它的兩器電路結(jié)構(gòu)如圖。它的兩個(gè)反相器之間的耦合都是個(gè)反相器之間的耦合都是采用電阻耦合，因此基極采用電阻耦合，因此基極電位不能自動(dòng)變化，電路電位不能自動(dòng)變化，電路就不能自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，電路沒(méi)就不能自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，電路沒(méi)有暫穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)穩(wěn)定有暫穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：狀態(tài)：T1飽和、飽和、T2截止；截止；T1截止、截止、T2飽和。而這兩飽和。而這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都必須個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都必須靠外加觸發(fā)脈沖的觸發(fā)來(lái)靠外加觸發(fā)脈沖的觸發(fā)來(lái)完成。完成。 電路在接通電源的瞬間，電路在接通電源的瞬間，設(shè)設(shè)T1導(dǎo)通能力比導(dǎo)通能力比T2強(qiáng)，最終導(dǎo)強(qiáng)，最終導(dǎo)致致T1飽和、飽和、T2截止

32、，電路進(jìn)入截止，電路進(jìn)入第一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。若沒(méi)有外部第一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。若沒(méi)有外部觸發(fā)脈沖或干擾作用，觸發(fā)器觸發(fā)脈沖或干擾作用，觸發(fā)器就將保持這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。若在就將保持這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。若在t1時(shí)刻，在時(shí)刻，在T1的基極送入負(fù)極的基極送入負(fù)極性觸發(fā)脈沖性觸發(fā)脈沖UR，只要負(fù)脈沖的，只要負(fù)脈沖的幅度足夠大，必然使幅度足夠大，必然使T1退出飽退出飽和，促成正反饋過(guò)程，結(jié)果電和，促成正反饋過(guò)程，結(jié)果電路進(jìn)入路進(jìn)入T1截止、截止、T2飽和的第二飽和的第二個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，且一直保持此種個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，且一直保持此種穩(wěn)定狀態(tài)。若在穩(wěn)定狀態(tài)。若在t2時(shí)刻，將負(fù)時(shí)刻，將負(fù)極性脈沖極性脈沖 Us送入送入T2的基極，的基極，則引起

33、第二次翻轉(zhuǎn)過(guò)程，結(jié)果則引起第二次翻轉(zhuǎn)過(guò)程，結(jié)果使電路回到使電路回到T1飽和、飽和、T2截止的截止的第一穩(wěn)定狀態(tài)。第一穩(wěn)定狀態(tài)。t1t2 Uc1及及 Uc2為兩個(gè)極性相反的矩形波，其寬度取為兩個(gè)極性相反的矩形波，其寬度取決于前后兩次觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔，即為決于前后兩次觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔，即為t1t2。 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)方式有單端觸發(fā)式和計(jì)數(shù)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)方式有單端觸發(fā)式和計(jì)數(shù)觸發(fā)式。觸發(fā)式。 所謂單端觸發(fā)式就是觸發(fā)脈沖通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的所謂單端觸發(fā)式就是觸發(fā)脈沖通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)電路分別送入兩管基極，輪流觸發(fā)兩管電路不觸發(fā)電路分別送入兩管基極，輪流觸發(fā)兩管電路不斷翻轉(zhuǎn)。所謂計(jì)數(shù)觸發(fā)式就是把一個(gè)

34、觸發(fā)信號(hào)兩個(gè)斷翻轉(zhuǎn)。所謂計(jì)數(shù)觸發(fā)式就是把一個(gè)觸發(fā)信號(hào)兩個(gè)負(fù)尖脈沖同時(shí)加到兩管的基極，負(fù)尖脈沖只對(duì)飽和負(fù)尖脈沖同時(shí)加到兩管的基極，負(fù)尖脈沖只對(duì)飽和管起作用，每次都能使飽和管截止，從而使電路翻管起作用，每次都能使飽和管截止，從而使電路翻轉(zhuǎn)，即負(fù)觸發(fā)脈沖每出現(xiàn)一次，電路就翻轉(zhuǎn)一次，轉(zhuǎn)，即負(fù)觸發(fā)脈沖每出現(xiàn)一次，電路就翻轉(zhuǎn)一次，由此實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的目的。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除產(chǎn)生矩形波由此實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的目的。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除產(chǎn)生矩形波以外，根據(jù)觸發(fā)方式不同可構(gòu)成以外，根據(jù)觸發(fā)方式不同可構(gòu)成R-S觸發(fā)器、觸發(fā)器、T觸發(fā)觸發(fā)器等。器等。 集基耦合單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般都集基耦合單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般都在耦合電阻在耦合電阻R

35、上并接一個(gè)加速電容上并接一個(gè)加速電容Cs。其作。其作用有以下兩個(gè)方面：用有以下兩個(gè)方面： (1)縮短三極管的開關(guān)時(shí)間，加快觸發(fā)器的縮短三極管的開關(guān)時(shí)間，加快觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)速度。翻轉(zhuǎn)速度。如當(dāng)觸發(fā)脈沖到達(dá)時(shí)，如當(dāng)觸發(fā)脈沖到達(dá)時(shí)，T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，由?dǎo)通變?yōu)榻刂?，Uc1要發(fā)生要發(fā)生正跳變，這個(gè)正跳變通過(guò)加速電容正跳變，這個(gè)正跳變通過(guò)加速電容Cs1幾乎全部加到了幾乎全部加到了T2的基極上，從而的基極上，從而加快了加快了T2的導(dǎo)通過(guò)程。的導(dǎo)通過(guò)程。 (2)提高觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的可靠性。提高觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的可靠性。觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，Uc1產(chǎn)生正跳變的信號(hào)，通過(guò)加速電容產(chǎn)生正跳變的信號(hào)，通過(guò)加速電容C

36、s1加到加到Ub2上，使上，使T2基極電位基極電位Ub2立即為正，即立即為正，即Ube20，促使，促使T2優(yōu)先導(dǎo)通，保證了電路可靠翻轉(zhuǎn)。優(yōu)先導(dǎo)通，保證了電路可靠翻轉(zhuǎn)。第四節(jié)第四節(jié) 脈沖的整形與鑒別脈沖的整形與鑒別 在脈沖數(shù)字電路中，常常將各種形狀和在脈沖數(shù)字電路中，常常將各種形狀和幅度的脈沖轉(zhuǎn)換為幅度一致的矩形脈沖，這幅度的脈沖轉(zhuǎn)換為幅度一致的矩形脈沖，這就是脈沖的就是脈沖的整形整形。在整形過(guò)程中，如果把幅。在整形過(guò)程中，如果把幅度較小的脈沖消除，這就是脈沖的度較小的脈沖消除，這就是脈沖的鑒別鑒別。一一. 二極管幅度鑒別電路二極管幅度鑒別電路鉗位電路。但因電鉗位電路。但因電阻阻Rw可調(diào)，所以可

37、可調(diào)，所以可鉗制在一個(gè)任意調(diào)鉗制在一個(gè)任意調(diào)節(jié)的負(fù)電平上節(jié)的負(fù)電平上 串聯(lián)削波電路。幅度串聯(lián)削波電路。幅度較小的脈沖都被消除較小的脈沖都被消除了，幅度較大的脈沖了，幅度較大的脈沖只保留它們的頂部。只保留它們的頂部。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但靈簡(jiǎn)單，但靈敏度低。敏度低。輸入波形輸入波形鉗位波形鉗位波形輸出波形輸出波形二二. 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器(Schmitt trigger)又稱射又稱射極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，與集基耦合雙穩(wěn)態(tài)觸極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，與集基耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較，它們的共同點(diǎn)是都具有兩個(gè)穩(wěn)定發(fā)器比較，它們的共同點(diǎn)是都具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，不同點(diǎn)是前者是用輸入

38、脈沖的跳變沿狀態(tài)，不同點(diǎn)是前者是用輸入脈沖的跳變沿觸發(fā)，而施密特觸發(fā)器是用輸入電平觸發(fā)。觸發(fā)，而施密特觸發(fā)器是用輸入電平觸發(fā)。利用它可以將其它形狀的波形利用它可以將其它形狀的波形(如正弦波、如正弦波、鋸齒波以及各種周期性不規(guī)劃的波形鋸齒波以及各種周期性不規(guī)劃的波形)變換變換成整齊的矩形波，還可以將信號(hào)中幅度不符成整齊的矩形波，還可以將信號(hào)中幅度不符合要求的消除掉。合要求的消除掉。1. 分立元件組成的施分立元件組成的施密特觸發(fā)器密特觸發(fā)器 它也是由兩個(gè)晶它也是由兩個(gè)晶體三極管反相器組成體三極管反相器組成的射極耦合雙穩(wěn)態(tài)電的射極耦合雙穩(wěn)態(tài)電路，從三極管路，從三極管T1的集的集電極通過(guò)電阻電極通過(guò)電

39、阻R1和和R2的分壓耦合到的分壓耦合到T2的基的基極，而從極，而從T2集電極電集電極電流的變化通過(guò)公用的流的變化通過(guò)公用的發(fā)射極電阻發(fā)射極電阻Re耦合到耦合到T1的基極，以實(shí)現(xiàn)正的基極，以實(shí)現(xiàn)正反饋。反饋。只要電路參數(shù)選擇適當(dāng)，這只要電路參數(shù)選擇適當(dāng)，這個(gè)電路就有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：個(gè)電路就有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：T1截止、截止、T2飽和；飽和；T1飽和、飽和、T2截止。而且在一定條件下，截止。而且在一定條件下，電路能從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另電路能從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)。一個(gè)穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)1穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)2Ui=0時(shí)，時(shí)，T1截止，截止，T2飽飽和，輸出電壓和，輸出電壓Uo為低電為低電平。第一穩(wěn)態(tài)。平。第一穩(wěn)態(tài)

40、。Ui上升到上升到Ube10.5V時(shí)，時(shí)，T1進(jìn)入放大狀進(jìn)入放大狀態(tài)。但態(tài)。但T2仍處于飽仍處于飽和狀態(tài)。和狀態(tài)。Ui繼續(xù)上升，使繼續(xù)上升，使Uc1下降到一定程度，下降到一定程度，T2脫脫離飽和，由于正反饋，使離飽和，由于正反饋，使T1進(jìn)很快翻轉(zhuǎn)到進(jìn)很快翻轉(zhuǎn)到飽和，飽和，T2截止，截止，Uo為高電平。第二穩(wěn)態(tài)。為高電平。第二穩(wěn)態(tài)。使觸發(fā)器由第一穩(wěn)態(tài)開始翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)使觸發(fā)器由第一穩(wěn)態(tài)開始翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)瞬間的輸入電壓稱為上限閾值電平態(tài)瞬間的輸入電壓稱為上限閾值電平UT+(上觸發(fā)電平上觸發(fā)電平)。Ui開始下降到開始下降到UT+值時(shí)，值時(shí)，T1從飽和進(jìn)入放大。繼續(xù)從飽和進(jìn)入放大。繼續(xù)下降到下降到UT-

41、，T2退出截止進(jìn)入放大，由于正反饋，使退出截止進(jìn)入放大，由于正反饋，使T1截止，截止，T2飽和，回到第一穩(wěn)態(tài)。飽和，回到第一穩(wěn)態(tài)。UT-為下限閾值電為下限閾值電平平(下觸發(fā)電平下觸發(fā)電平)。 由此可見(jiàn)，觸發(fā)器上觸發(fā)電子由此可見(jiàn)，觸發(fā)器上觸發(fā)電子UT+大于下觸發(fā)大于下觸發(fā)器電平器電平UT-，這種現(xiàn)象稱為回差，這種現(xiàn)象稱為回差(也稱滯后也稱滯后)，兩者之，兩者之差稱為回差電壓差稱為回差電壓UT(也稱滯后電壓也稱滯后電壓)，則回差電壓為：，則回差電壓為： UT= UT+ - UT- 回差電壓主要與回差電壓主要與T2的飽和與截止深度有關(guān)，的飽和與截止深度有關(guān)，T2飽和越深，飽和越深，UT+就越大；就越

42、大；T2截止越深，截止越深，UT-就會(huì)越小，就會(huì)越小，因此，減小因此，減小T2的飽和與截止的深度，就可以減小回的飽和與截止的深度，就可以減小回差電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，有的要利用回差，有的卻差電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，有的要利用回差，有的卻要盡量抑制回差。要盡量抑制回差。 該電路的電壓傳輸特性曲線如圖所該電路的電壓傳輸特性曲線如圖所示。這種具有回差的特性曲線也叫做示。這種具有回差的特性曲線也叫做滯滯回特性回特性。2. 集成運(yùn)放組成的施密特觸發(fā)器集成運(yùn)放組成的施密特觸發(fā)器 集成運(yùn)放組成的施密特觸發(fā)器實(shí)際上是一個(gè)集成運(yùn)放組成的施密特觸發(fā)器實(shí)際上是一個(gè)具有正反饋的電壓比較器。它是在電壓比較器的具有正反饋的電壓

43、比較器。它是在電壓比較器的基礎(chǔ)上，通過(guò)基礎(chǔ)上，通過(guò)R1和和R2組成的電阻分壓器，將輸出組成的電阻分壓器，將輸出電壓加到運(yùn)放的同相輸入端而成的，引入正負(fù)饋電壓加到運(yùn)放的同相輸入端而成的，引入正負(fù)饋可有利于加速電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)?？捎欣诩铀匐娐窢顟B(tài)的翻轉(zhuǎn)。 電阻電阻R2的一端接到參考電壓的一端接到參考電壓Us上，上，Us的大小決定了觸發(fā)器的觸發(fā)電平。的大小決定了觸發(fā)器的觸發(fā)電平。通常通常R1的數(shù)值比集成運(yùn)放的輸出電阻的數(shù)值比集成運(yùn)放的輸出電阻大得多，這樣對(duì)輸出電壓大得多，這樣對(duì)輸出電壓Uo的影響可的影響可以忽略，使以忽略，使Uo恒定。而恒定。而R2和和R1并聯(lián)并聯(lián)電阻又比輸入電阻小得多，這樣反饋電阻

44、又比輸入電阻小得多，這樣反饋系數(shù)系數(shù)F可視為僅由可視為僅由R1、R2決定。觸發(fā)決定。觸發(fā)器的輸入信號(hào)器的輸入信號(hào)Ui加到集成運(yùn)放的反相加到集成運(yùn)放的反相輸入端，利用輸入信號(hào)輸入端，利用輸入信號(hào)Ui的變化，來(lái)的變化，來(lái)控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)?？刂齐娐窢顟B(tài)的翻轉(zhuǎn)。加到運(yùn)放同相輸入端的電壓加到運(yùn)放同相輸入端的電壓Uf為：為：式中第一項(xiàng)為參考電壓?jiǎn)为?dú)對(duì)同相端的作用，是固定的，第式中第一項(xiàng)為參考電壓?jiǎn)为?dú)對(duì)同相端的作用，是固定的，第二項(xiàng)為輸出電壓?jiǎn)为?dú)對(duì)同相端的作用，隨二項(xiàng)為輸出電壓?jiǎn)为?dú)對(duì)同相端的作用，隨Uo的大小而定。的大小而定。設(shè)設(shè)Uo的飽和值為的飽和值為UOH，當(dāng)，當(dāng)Uo=+UOH時(shí)，同相端電壓時(shí)，同相端

45、電壓U1為：為：當(dāng)當(dāng)Uo=-UOH時(shí)，同相端電壓時(shí)，同相端電壓U1為：為：所以回差電壓所以回差電壓UT為：為：回差電壓由外接回差電壓由外接電阻電阻R1、R2和和UOH決定，若電決定，若電路確定后，改變路確定后，改變R1或或R2即可調(diào)節(jié)即可調(diào)節(jié)該值。該值。脈沖波形的整形脈沖波形的整形受到干擾的輸入波受到干擾的輸入波形，頂部不平整形，頂部不平整UT+=UT-，且輸入信，且輸入信號(hào)波形頂部恰好在號(hào)波形頂部恰好在此電平上下變化，此電平上下變化，整形后波形整形后波形UT+UT-，且，且UT-小小于波形頂部變化的于波形頂部變化的最小值，整形后波最小值，整形后波形。因此整形電路形。因此整形電路中，一般采用回

46、差中，一般采用回差電壓大的觸發(fā)器。電壓大的觸發(fā)器。 輸入波形中，各輸入波形中，各脈沖幅度高低不一，這脈沖幅度高低不一，這時(shí)可將施密特觸發(fā)器的時(shí)可將施密特觸發(fā)器的 UT+調(diào)節(jié)至調(diào)節(jié)至UT，使輸入，使輸入脈沖幅度脈沖幅度Ui大于大于UT的，的，輸出脈沖保留，低于輸出脈沖保留，低于UT的脈沖去掉，則輸出的脈沖去掉，則輸出Uo只含有只含有Ui中幅度高于中幅度高于UT的脈沖，實(shí)現(xiàn)了幅度鑒的脈沖，實(shí)現(xiàn)了幅度鑒別。別。 因此施密特觸發(fā)器是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的電路。因此施密特觸發(fā)器是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的電路。如核醫(yī)學(xué)中探測(cè)如核醫(yī)學(xué)中探測(cè)射線時(shí)，脈沖幅度與射線時(shí)，脈沖幅度與射線量子射線量子能量成正比，按計(jì)數(shù)率計(jì)的要

47、求，需把幅度不一的能量成正比，按計(jì)數(shù)率計(jì)的要求，需把幅度不一的且超過(guò)一定值的脈沖轉(zhuǎn)為幅度相同的脈沖才可計(jì)數(shù)；且超過(guò)一定值的脈沖轉(zhuǎn)為幅度相同的脈沖才可計(jì)數(shù)；另外在探測(cè)到的脈沖中還混入由于散射或低能射線另外在探測(cè)到的脈沖中還混入由于散射或低能射線引起的幅度較低的脈沖，這部分脈沖必須清除，否引起的幅度較低的脈沖，這部分脈沖必須清除，否則不利于正確的診斷。再如在神經(jīng)腦細(xì)胞上記錄到則不利于正確的診斷。再如在神經(jīng)腦細(xì)胞上記錄到的生理信號(hào)常常是一些形態(tài)不規(guī)劃、幅度不等的脈的生理信號(hào)常常是一些形態(tài)不規(guī)劃、幅度不等的脈沖，在基線上還有很多不需要的干擾，同樣也需整沖，在基線上還有很多不需要的干擾，同樣也需整形和鑒

48、別。施密特觸發(fā)器可作為電壓比較器，它在形和鑒別。施密特觸發(fā)器可作為電壓比較器，它在輸入端進(jìn)行信號(hào)輸入端進(jìn)行信號(hào)(模擬、脈沖模擬、脈沖)大小的比較，而在輸大小的比較，而在輸出端輸出的呈高電平或低電平，故它是脈沖數(shù)字電出端輸出的呈高電平或低電平，故它是脈沖數(shù)字電路中很重要的轉(zhuǎn)換電路。路中很重要的轉(zhuǎn)換電路。第五節(jié)第五節(jié) 脈沖的調(diào)制與解調(diào)脈沖的調(diào)制與解調(diào) 脈沖傳輸方式由于抗噪聲干擾能力很強(qiáng)，脈沖傳輸方式由于抗噪聲干擾能力很強(qiáng)，故在當(dāng)今計(jì)算機(jī)為中心的信息社會(huì)中獲得廣泛故在當(dāng)今計(jì)算機(jī)為中心的信息社會(huì)中獲得廣泛應(yīng)用。本節(jié)只介紹有關(guān)電路工作原理。應(yīng)用。本節(jié)只介紹有關(guān)電路工作原理。一一. 脈沖調(diào)制原理脈沖調(diào)制原

49、理 所謂脈沖調(diào)制就是周期性脈沖的某一參所謂脈沖調(diào)制就是周期性脈沖的某一參數(shù)數(shù)(幅度、寬度、相位和頻率幅度、寬度、相位和頻率)按信號(hào)的變化規(guī)按信號(hào)的變化規(guī)律而改變。用來(lái)改變周期性脈沖參數(shù)的那個(gè)信律而改變。用來(lái)改變周期性脈沖參數(shù)的那個(gè)信號(hào)稱為號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)，未被調(diào)制的周期性脈沖稱為，未被調(diào)制的周期性脈沖稱為未調(diào)脈沖未調(diào)脈沖，已被調(diào)制信號(hào)調(diào)制過(guò)的稱為，已被調(diào)制信號(hào)調(diào)制過(guò)的稱為已調(diào)脈已調(diào)脈沖沖。 由于脈沖波是離散波，在時(shí)間上是不連由于脈沖波是離散波，在時(shí)間上是不連續(xù)的，所以脈沖調(diào)制不是完整地傳輸調(diào)制信續(xù)的，所以脈沖調(diào)制不是完整地傳輸調(diào)制信號(hào)的每一個(gè)瞬時(shí)值，而只是傳輸調(diào)制信號(hào)一號(hào)的每一個(gè)瞬時(shí)值，

50、而只是傳輸調(diào)制信號(hào)一定時(shí)間間隔的那些瞬時(shí)值，這些瞬時(shí)值我們定時(shí)間間隔的那些瞬時(shí)值，這些瞬時(shí)值我們稱它為稱它為采樣值采樣值。也就是說(shuō)，。也就是說(shuō)，脈沖調(diào)制就是從脈沖調(diào)制就是從連續(xù)的調(diào)制信號(hào)中取出采樣值，然后用各抽連續(xù)的調(diào)制信號(hào)中取出采樣值，然后用各抽樣值去控制脈沖序列的某一參數(shù)的過(guò)程樣值去控制脈沖序列的某一參數(shù)的過(guò)程，我，我們稱這個(gè)過(guò)程為采樣。們稱這個(gè)過(guò)程為采樣。1. 采樣定理采樣定理 理論與實(shí)踐證明：只有采樣頻率等于或大于調(diào)理論與實(shí)踐證明：只有采樣頻率等于或大于調(diào)制信號(hào)最高頻率的制信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，才可以再現(xiàn)原調(diào)制信號(hào)，倍時(shí)，才可以再現(xiàn)原調(diào)制信號(hào)，不產(chǎn)生失真現(xiàn)象。不產(chǎn)生失真現(xiàn)象。 設(shè)采樣頻

51、率為設(shè)采樣頻率為f0，調(diào)制信號(hào)的最高頻率為，調(diào)制信號(hào)的最高頻率為fm，則采樣定理可用下式表示：則采樣定理可用下式表示： f02fm 如果采樣時(shí)滿足上式，就能較容易地采用低通如果采樣時(shí)滿足上式，就能較容易地采用低通濾波器將調(diào)制信號(hào)從樣本中分離出來(lái)。若不滿足上濾波器將調(diào)制信號(hào)從樣本中分離出來(lái)。若不滿足上式，式，f02fm時(shí)，樣本頻率的下邊帶部分頻率跟調(diào)制時(shí)，樣本頻率的下邊帶部分頻率跟調(diào)制信號(hào)頻率發(fā)生重疊，使得二者無(wú)法準(zhǔn)確分離，結(jié)果信號(hào)頻率發(fā)生重疊，使得二者無(wú)法準(zhǔn)確分離，結(jié)果取出的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。取出的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。2. 脈沖調(diào)制原理脈沖調(diào)制原理 脈沖調(diào)制方式按調(diào)制信號(hào)改變脈沖

52、的參數(shù)劃分，脈沖調(diào)制方式按調(diào)制信號(hào)改變脈沖的參數(shù)劃分，可有如下四種調(diào)制方式?？捎腥缦滤姆N調(diào)制方式。(1)脈沖幅度調(diào)制脈沖幅度調(diào)制(PAM)：用調(diào)制信號(hào)電平改變脈沖：用調(diào)制信號(hào)電平改變脈沖的幅度，使已調(diào)脈沖的幅度隨調(diào)制信號(hào)電平的變化的幅度，使已調(diào)脈沖的幅度隨調(diào)制信號(hào)電平的變化而變化，稱為脈沖幅度調(diào)制。而變化，稱為脈沖幅度調(diào)制。 (2)脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)：用調(diào)制信號(hào)：用調(diào)制信號(hào)電平改變脈沖的寬度，電平改變脈沖的寬度，使已調(diào)脈沖的寬度隨使已調(diào)脈沖的寬度隨調(diào)制信號(hào)電平的變化調(diào)制信號(hào)電平的變化而變化，這種調(diào)制稱而變化，這種調(diào)制稱為脈沖寬度調(diào)制。已為脈沖寬度調(diào)制。已調(diào)脈沖的寬度隨調(diào)制調(diào)脈沖的寬度隨調(diào)制信號(hào)電平的變化而發(fā)信號(hào)電平的變化而發(fā)生變化。生變化。 (3)脈沖相位調(diào)制脈沖相位調(diào)制(PPM)：用調(diào)制信號(hào)電平改變脈沖：用調(diào)制信號(hào)電平改變脈沖的相位，使已調(diào)脈沖的位置隨調(diào)制信號(hào)電平的變化的相位，使已調(diào)脈沖的位置隨調(diào)制信號(hào)電平的變化而變化，這種調(diào)制稱為脈沖相位調(diào)制。保