脈沖電路設(shè)計及其分析

脈沖電路是專門用來產(chǎn)生電脈沖和對電脈沖進行放大、變換和整形的電路。家用電器中的定時器、報警器、電子開關(guān)、電子鐘表、電子玩具以及電子醫(yī)療器具等，都要用到脈沖電路。

在電子電路中，電源、放大、振蕩和調(diào)制電路被稱為模擬電子電路，因為它們加工和處理的是連續(xù)變化的模擬信號。電子電路中另一大類電路的數(shù)字電子電路。它加工和處理的對象是不連續(xù)變化的數(shù)字信號。數(shù)字電子電路又可分成脈沖電路和數(shù)字邏輯電路，它們處理的都是不連續(xù)的脈沖信號。

電脈沖有各式各樣的形狀，有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形、階梯形和尖頂形的，最具有代表性的是矩形脈沖。要說明一個矩形脈沖的特性可以用脈沖幅度Um、脈沖周期T或頻率f、脈沖前沿tr、脈沖后沿tf和脈沖寬度tk來表示。如果一個脈沖的寬度tk=1／2T，它就是一個方波。

脈沖電路和放大振蕩電路最大的不同點，或者說脈沖電路的特點是：脈沖電路中的晶體管是工作在開關(guān)狀態(tài)的。大多數(shù)情況下，晶體管是工作在特性曲線的飽和區(qū)或截止區(qū)的，所以脈沖電路有時也叫開關(guān)電路。從所用的晶體管也可以看出來，在工作頻率較高時都采用專用的開關(guān)管，如2AK、2CK、DK、3AK型管，只有在工作頻率較低時才使用一般的晶體管。

就拿脈沖電路中最常用的反相器電路（圖1）來說，從電路形式上看，它和放大電路中的共發(fā)射極電路很相似。在放大電路中，基極電阻Rb2是接到正電源上以取得基極偏壓；而這個電路中，為了保證電路可靠地截止，Rb2是接到一個負電源上的，而且Rb1和Rb2的數(shù)值是按晶體管能可靠地進入飽和區(qū)或止區(qū)的要求計算出來的。不僅如此，為了使晶體管開關(guān)速度更快，在基極上還加有加速電容C，在脈前沿產(chǎn)生正向尖脈沖可使晶體管快速進入導(dǎo)通并飽和；在脈沖后沿產(chǎn)生負向尖脈沖使晶體管快速進入截止?fàn)顟B(tài)。除了射極輸出器是個特例，脈沖電路中的晶體管都是工作在開關(guān)狀態(tài)的，這是一個特點。

脈沖電路的另一個特點是一定有電容器（用電感較少）作關(guān)鍵元件，脈沖的產(chǎn)生、波形的變換都離不開電容器的充放電。

產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器

脈沖有各種各樣的用途，有對電路起開關(guān)作用的控制脈沖，有起統(tǒng)帥全局作用的時鐘脈沖，有做計數(shù)用的計數(shù)脈沖，有起觸發(fā)啟動作用的觸發(fā)脈沖等等。不管是什么脈沖，都是由脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的，而且大多是短形脈沖或以矩形脈沖為原型變換成的。因為矩形脈沖含有豐富的諧波，所以脈沖信號發(fā)生器也叫自激多諧振蕩器或簡稱多諧振蕩器。如果用門來作比喻，多諧振蕩器輸出端時開時閉的狀態(tài)可以把多諧振蕩器比作賓館的自動旋轉(zhuǎn)門，它不需要人去推動，總是不停地開門和關(guān)門。

（1）集基耦合多諧振蕩器

圖2是一個典型的分立元件集基耦合多諧振蕩器。它由兩個晶體管反相器經(jīng)RC電路交叉耦合接成正反饋電路組成。兩個電容器交替充放電使兩管交替導(dǎo)通和截止，使電路不停地從一個狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)到另一個狀態(tài)，形成自激振蕩。從A點或B點可得到輸出脈沖。當(dāng)Rb1=Rb2=R，Cb1=Cb2=C時，輸出是幅度接近E的方波，脈沖周期T=1.4RC。如果兩邊不對稱，則輸出是矩形脈沖

（3）RC環(huán)形振蕩器

圖4是常用的RC環(huán)形振蕩器。它用奇數(shù)個門、首尾相連組成閉環(huán)形，環(huán)路中有RC延時電路。圖中RS是保護電阻，R和C是延時電路元件，它們的數(shù)值決定脈沖周期。輸出脈沖周期T=2.2RC。如果把R換成電位器，就成為脈沖頻率可調(diào)的多諧振蕩器。因為這種電路簡單可靠，使用方便，頻率范圍寬，可以從幾赫變化到幾兆赫，所以被廣泛應(yīng)用。

脈沖變換和整形電路

脈沖在工作中有時需要變換波形或幅度，如把矩形脈沖變成三角波或尖脈沖等，具有這種功能的電路就叫變換電路。脈沖在傳送中會造成失真，因此常常要對波形不好的脈沖進行修整，使它整舊如新，具有這種功能的電路就叫整形電路。

（1）微分電路

微分電路是脈沖電路中最常用的波形變換電路，它和放大電路中的RC耦合電路很相似，見圖5。當(dāng)電路時間常數(shù)τ=RC

（2）積分電路

把圖5中的R和C互換，并使τ=RC>>tk，電路就成為積分電路，見圖6。當(dāng)輸入矩形脈沖時，由于電容器充放電很慢，輸出得到的是一串幅度較低的近似三角形的脈沖波。