脉冲电路_PWM调制

1、第七章第七章 脉冲电路脉冲电路 脉冲脉冲就是在极短时间内出现的电压或电就是在极短时间内出现的电压或电流的变化。它可以是周期性地重复出现，也流的变化。它可以是周期性地重复出现，也可以不定期地出现。可以不定期地出现。 脉冲可分为两大类：一类是脉冲可分为两大类：一类是视频脉冲视频脉冲，或是先单调地上升，然后单调地下降，称为或是先单调地上升，然后单调地下降，称为正脉冲，或是先下降，后上升称为负脉冲；正脉冲，或是先下降，后上升称为负脉冲；另一类是另一类是射频脉冲射频脉冲，在极短时间内出现的高，在极短时间内出现的高频振荡。这两类脉冲在医学仪器中都有广泛频振荡。这两类脉冲在医学仪器中都有广泛的应用。的应用。

2、 主要内容主要内容第一节第一节 脉冲电路的基本知识脉冲电路的基本知识第二节第二节 晶体管反相器晶体管反相器第三节第三节 脉冲发生器脉冲发生器第四节第四节 脉冲的整形与鉴别脉冲的整形与鉴别第五节第五节 脉冲的调制与解调脉冲的调制与解调第一节第一节 脉冲电路的基本知识脉冲电路的基本知识一一. 脉冲的主要参数脉冲的主要参数脉冲幅度脉冲幅度脉冲上升时间脉冲上升时间脉冲下降时间脉冲下降时间脉冲宽度脉冲宽度脉冲周期、脉冲频率脉冲周期、脉冲频率 上图是几种脉冲的波形：尖形脉冲、梯形脉上图是几种脉冲的波形：尖形脉冲、梯形脉冲、实际尖脉冲和矩形脉冲。冲、实际尖脉冲和矩形脉冲。 神经放电脉冲和核医学中的神经放电脉

3、冲和核医学中的射线转换的脉射线转换的脉冲都接近尖脉冲，前者的宽度为数十毫秒，后者冲都接近尖脉冲，前者的宽度为数十毫秒，后者的宽度不到的宽度不到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分压电路分压电路 在脉冲电路中，常常在脉冲电路中，常常要将脉冲信号经过电阻分要将脉冲信号经过电阻分压后传输到下一级，而在压后传输到下一级，而在下一级电路中存在着各种下一级电路中存在着各种形式的电容，这就相当于形式的电容，这就相当于在输出端接上一个等效电在输出端接上一个等效电容容Co，如图，如图(a)所示。而所示。而Co对输出波形的影响如图对输出波形的影响如图(b)所示。所

4、示。当输入信号当输入信号Ui由零上跳变到最大值由零上跳变到最大值Um的瞬的瞬间，电容间，电容Co上的电压将按指数规律上升，上的电压将按指数规律上升，最后达到最后达到Um，即输出电压，即输出电压Uo具有一定的上具有一定的上升时间，不能紧跟随输入电压同步上跳变，升时间，不能紧跟随输入电压同步上跳变，使输出波形的边沿变坏。使输出波形的边沿变坏。 为了克服这一缺为了克服这一缺点，改善输出波形，点，改善输出波形，使输出电压能紧跟随使输出电压能紧跟随输入电压一起上跳变。输入电压一起上跳变。所采取的措施是在电所采取的措施是在电阻阻R1上并联一个电容上并联一个电容Cj，构成图示的电路，构成图示的电路，Cj称为

5、称为加速电容。加速电容。 如果选择合适的如果选择合适的Cj值，就可以克服等值，就可以克服等效电容效电容Co的影响，使的影响，使输出波形紧跟输入波输出波形紧跟输入波形一起上跳变。形一起上跳变。 当输入电压当输入电压Ui突然上跳时，输出电压由突然上跳时，输出电压由Cj和和Co的分压决定。输出电压为：的分压决定。输出电压为： 当电容充电结束后，输出电压将由当电容充电结束后，输出电压将由R1和和R2分压分压决定，即：决定，即： 当当Cj选择合适时，输出波形的起始值选择合适时，输出波形的起始值Uo等于终等于终止值止值Uo，即：，即： 此电路称为此电路称为RC分压电路，分压电路，亦称脉冲分压电路。在电路亦

6、称脉冲分压电路。在电路中，只要中，只要Cj取值合适，保证取值合适，保证RC分压比例成立，就是两分压比例成立，就是两段电路的时间常数相同，即段电路的时间常数相同，即R1Cj=R2Co，Cj加快输出电加快输出电压的改变，就可以改善输出压的改变，就可以改善输出波形。但由于波形。但由于Co实际是很难实际是很难预测的，必须通过实验测试预测的，必须通过实验测试来确定来确定Cj的最佳值。的最佳值。若若Cj太太小，加速作用不足，输出波小，加速作用不足，输出波形的边沿仍不好；若形的边沿仍不好；若Cj过大，过大，加速作用过强，压倒了加速作用过强，压倒了Co的的延缓作用，输出波形出现超延缓作用，输出波形出现超过稳态

7、值的尖顶过冲，过稳态值的尖顶过冲，如图如图所示。所示。实验证明：工作频率实验证明：工作频率100kHzf 10MHz时，时，Cj可取可取10100pF。三三. 脉冲的微分脉冲的微分微分电路由电阻微分电路由电阻R和和电容电容C串联组成。串联组成。输入的矩形波输入的矩形波电路输出的尖电路输出的尖脉冲波脉冲波R上的电上的电压按指压按指数下降数下降R上的反向电上的反向电压按指数下降压按指数下降 可见，在可见，在RC电路输入端输入一矩形脉冲电路输入端输入一矩形脉冲波时，在输出端得到一对正、负尖脉冲，它波时，在输出端得到一对正、负尖脉冲，它们分别对应输入矩形波的上升沿和下降沿。们分别对应输入矩形波的上升沿

8、和下降沿。由于此由于此RC电路的输出电压电路的输出电压Uo只是反映了输入只是反映了输入电压电压Ui的突变部分，而对于输入电压的恒定的突变部分，而对于输入电压的恒定部分，输出为零。在数学中微分是反映变化部分，输出为零。在数学中微分是反映变化的快慢，这就是说，的快慢，这就是说，Uo和和Ui的微分近似成正的微分近似成正比，因此该比，因此该RC电路称为微分电路。电路称为微分电路。 要获得尖脉冲，微分电路的参数必须满要获得尖脉冲，微分电路的参数必须满足足=RCtw。 四四. 计数率计电路计数率计电路泵电路泵电路 在上图所示的积分电路中，在上图所示的积分电路中，积分电容积分电容C中积累中积累的电量与的电量

9、与单位时间、累积脉冲单向传输电量的单位时间、累积脉冲单向传输电量的输入输入脉冲数成正比脉冲数成正比，故称此电路为计数率计电路或泵电，故称此电路为计数率计电路或泵电路，它被广泛应用在核医学中路，它被广泛应用在核医学中脉冲的计数率和监脉冲的计数率和监护仪中的心率等。护仪中的心率等。 当当nRC11时，可得时，可得 UonRC1Um 即即Uo与计数率与计数率n成正比成正比。为了使电容。为了使电容C在每在每次脉冲充电时电压不发生显著变化，电容次脉冲充电时电压不发生显著变化，电容C应当远大于应当远大于C1。这个公式也适用于随机。这个公式也适用于随机出现的脉冲，这时，出现的脉冲，这时，n表示平均计数率。表

10、示平均计数率。 此电路中，由于此电路中，由于Uo与与n成正比的线性范围成正比的线性范围受到条件受到条件nRC11的限制，则的限制，则UoIbs，三极管进入，三极管进入饱和区饱和区。此时集射极电压。此时集射极电压Uce接近于零，接近于零，Ib基本上失去了对基本上失去了对Ic的控制能力，的控制能力，相当于开相当于开关接通关接通。 三极管由截止转变为饱和导通所需的时三极管由截止转变为饱和导通所需的时间称为间称为开启时间开启时间，即在基区逐渐积累电荷，即在基区逐渐积累电荷，使电流由小变大所需时间。由饱和导通转变使电流由小变大所需时间。由饱和导通转变为截止所需的时间称为为截止所需的时间称为关闭时间关闭时

11、间，即在基区，即在基区通过中和逐渐清除电荷，使电流逐渐变小所通过中和逐渐清除电荷，使电流逐渐变小所需时间。需时间。通常通常关闭时间比开启时间要长很多倍关闭时间比开启时间要长很多倍，这主要是射极输入的载流子在基区中积累电这主要是射极输入的载流子在基区中积累电荷比基区中载流子中和这些电荷要快得多，荷比基区中载流子中和这些电荷要快得多，普通开关管的开启时间约为普通开关管的开启时间约为1030ns，关闭，关闭时间约为时间约为100200ns，高频管的开关速度比，高频管的开关速度比普通开关管慢得多。对于生物电脉冲，它的普通开关管慢得多。对于生物电脉冲，它的前沿约为数毫秒，也可以用高频管代替开关前沿约为数

12、毫秒，也可以用高频管代替开关管。管。二二. 反相器反相器 在脉冲电路中，把一个在脉冲电路中，把一个工作在饱和区和截止区的单工作在饱和区和截止区的单级晶体三极管放大器称为反级晶体三极管放大器称为反相器相器(inverter)。 常用的反相器如图。电常用的反相器如图。电容容C是加速电容，基极电阻是加速电容，基极电阻R1、R2及外加负偏压及外加负偏压(-EB)构构成偏置电路，与输入电压成偏置电路，与输入电压Ui共同决定三极管的工作状态，共同决定三极管的工作状态，保证三极管能够可靠地截止保证三极管能够可靠地截止与饱和。与饱和。 若输入电压若输入电压Ui为低电平，三为低电平，三极管可靠截止，极管可靠截止

13、，Rc上的压降近似上的压降近似值为零，输出电压值为零，输出电压UoEc，为高，为高电平。显然输出电平。显然输出Uo与输入与输入Ui反相；反相；若输入电压若输入电压Ui为高电平，元件参为高电平，元件参数选择合适，可使三极管饱和导数选择合适，可使三极管饱和导通，输出电压通，输出电压Uo0.3V，输出为，输出为低电平。显然输出低电平。显然输出Uo与输入与输入Ui反反相。相。 可见，可见，输入脉冲信号经过反输入脉冲信号经过反相器后将其极性变反相器后将其极性变反，见图。这，见图。这里忽略了三极管开关的延迟时间，里忽略了三极管开关的延迟时间，将三极管当作理想的开关元件，将三极管当作理想的开关元件，所以输出

14、的波形是理想的矩形波。所以输出的波形是理想的矩形波。 反相器能稳定工作的前提条件是，三反相器能稳定工作的前提条件是，三极管处于可靠截止状态，或处于可靠饱和极管处于可靠截止状态，或处于可靠饱和状态。这就要求合理选择电路的元件，经状态。这就要求合理选择电路的元件，经理论与实践证明：满足三极管可靠截止的理论与实践证明：满足三极管可靠截止的条件是条件是UbeIbs，其中三极管基极饱和电流，其中三极管基极饱和电流Ibs=Ec/Rc。 上图是利用三极管反相作用构成的上图是利用三极管反相作用构成的正脉冲延时正脉冲延时电路电路。该电路在无输入时三极管处于饱和状态，输。该电路在无输入时三极管处于饱和状态，输出信

15、号出信号Uo接近于零；当输入一个正脉冲波时，输出接近于零；当输入一个正脉冲波时，输出端在输入脉冲结束时输出一个正脉冲信号。输出脉端在输入脉冲结束时输出一个正脉冲信号。输出脉冲的宽度基本上由电路元件参数决定，与输入脉冲冲的宽度基本上由电路元件参数决定，与输入脉冲宽度无关。宽度无关。 其工作原理是：当输入脉其工作原理是：当输入脉冲上升时，冲上升时，Ui向电容向电容C充电，充电，充电电流增加了基极电流，晶充电电流增加了基极电流，晶体管饱和程度加深，输出信号体管饱和程度加深，输出信号Uo仍然为零。如果充电的时仍然为零。如果充电的时间常数间常数(R1+rbe)C小于脉冲宽小于脉冲宽度，电容度，电容C在正

16、脉冲持续期间在正脉冲持续期间(输入高电平输入高电平)得到完全充电，得到完全充电，其电压其电压(左正右负左正右负)接近于输入接近于输入脉冲的幅度电压脉冲的幅度电压Um。当输入。当输入脉冲下降时，电容脉冲下降时，电容C开始放电，开始放电，迫使基极电位下降到迫使基极电位下降到-Um，三，三极管截止，输出信号极管截止，输出信号 Uo上升上升到接近于到接近于Ec。 Uo为高电平的持续时间由电容放电的时间常数为高电平的持续时间由电容放电的时间常数(R1+RB)C决定。电容放电完毕后，三极管开始导决定。电容放电完毕后，三极管开始导通，并立即重新进入饱和状态，通，并立即重新进入饱和状态，Uo回到零电平。回到零

17、电平。 输出的延时脉冲宽度可以这样估算：电容放电输出的延时脉冲宽度可以这样估算：电容放电开始时，电阻开始时，电阻R1和和R2上的电压为上的电压为Ec+Um，放电结束，放电结束时为时为Ec，所以脉冲宽度，所以脉冲宽度T为：为： 第三节第三节 脉冲发生器脉冲发生器 能产生脉冲信号的电路称为能产生脉冲信号的电路称为脉冲发生器脉冲发生器。这种电路是由正反馈放大器构成的，其特点是，这种电路是由正反馈放大器构成的，其特点是，电路工作过程分两个阶段：一是电路工作过程分两个阶段：一是“紧张紧张”阶段，阶段，即形成正反馈的连锁反应，使状态产生急速变即形成正反馈的连锁反应，使状态产生急速变化的阶段；二是化的阶段；

18、二是“松弛松弛”阶段，即一管进入截阶段，即一管进入截止，另一管进入饱和后，电路状态变化缓慢，止，另一管进入饱和后，电路状态变化缓慢，甚至稳定不变的阶段。电路在一定条件下，通甚至稳定不变的阶段。电路在一定条件下，通过一张一弛，使状态来回转换，形成振荡。所过一张一弛，使状态来回转换，形成振荡。所以这类电路也称为以这类电路也称为张弛振荡电路张弛振荡电路。 脉冲发生器按产生脉冲信号的方式可分脉冲发生器按产生脉冲信号的方式可分为两大类：一类是通过波形变换电路产生脉为两大类：一类是通过波形变换电路产生脉冲信号，如单稳态触发器、双稳态触发器；冲信号，如单稳态触发器、双稳态触发器；另一类是通过电路自激振荡产生

19、脉冲信号，另一类是通过电路自激振荡产生脉冲信号，如多谐振荡器、单结晶体管振荡器和间歇振如多谐振荡器、单结晶体管振荡器和间歇振荡器等。下面的介绍从分立元件构成的多谐荡器等。下面的介绍从分立元件构成的多谐振荡器入手，分析其工作原理。振荡器入手，分析其工作原理。一一. 多谐振荡器多谐振荡器1. 分立元件组成的多谐振荡器分立元件组成的多谐振荡器 由于方波含有极丰富的谐波，由于方波含有极丰富的谐波，所以将产生方波的电路称为多谐振所以将产生方波的电路称为多谐振荡器荡器(multivibrator)。右图为多谐。右图为多谐振荡器电路，两个三极管的集电极振荡器电路，两个三极管的集电极通过电容接到对方的基极，构

20、成正通过电容接到对方的基极，构成正反馈环路，所以将该电路称为反馈环路，所以将该电路称为集基集基耦合多谐振荡器耦合多谐振荡器。 由于两边都有电容的充放电，由于两边都有电容的充放电，所以这种电路没有稳态，两个三极所以这种电路没有稳态，两个三极管将自动交替饱和或截止，形成两管将自动交替饱和或截止，形成两个暂稳态。故这种电路又叫做无稳个暂稳态。故这种电路又叫做无稳态电路，它不需要外加触发脉冲就态电路，它不需要外加触发脉冲就能获得方波输出。能获得方波输出。 在电路参数对称情况下，即在电路参数对称情况下，即RB1=RB2=RB,C1=C2=C，方波的周期，方波的周期T近似为：近似为： T1.4RBC 多谐

21、振荡器主要用途是产生方波，该电多谐振荡器主要用途是产生方波，该电路结构简单，但由于电容的充放电，导致方路结构简单，但由于电容的充放电，导致方波前沿波形不好，抗干扰能力差等缺点。波前沿波形不好，抗干扰能力差等缺点。2. 集成运放组成的多谐振集成运放组成的多谐振荡器荡器 从由集成运放组成的多谐从由集成运放组成的多谐振荡器的电路结构可看出，它振荡器的电路结构可看出，它是在比较器的基础上，从输出是在比较器的基础上，从输出引入适当的正反馈到同相输入引入适当的正反馈到同相输入端作为参考电压端作为参考电压UR，同时输出，同时输出电压又经电阻电压又经电阻RF与电容与电容C组成组成的积分电路，把另一反馈电压的积

22、分电路，把另一反馈电压加到反相输入端作为信号电压加到反相输入端作为信号电压Us，构成自激多谐振荡器。与，构成自激多谐振荡器。与分类元件的多谐振荡器相比，分类元件的多谐振荡器相比，该电路也是个正反馈放大器，该电路也是个正反馈放大器，但只需一个充放电电容。但只需一个充放电电容。图中图中R1和和R2组成了电组成了电压串联正反馈电路，压串联正反馈电路，反馈系数反馈系数F为：为：F=R2/(R1+R2)。 多谐振荡器的输出多谐振荡器的输出电压电压Uo及电容电压及电容电压Uc的的波形如图所示。波形如图所示。 由于该电路充放电由于该电路充放电时间常数相等，均为时间常数相等，均为T=RFC，故，故T1=T2=

23、T/2，则输出波形为对称方波，则输出波形为对称方波，占空比为占空比为0.5。 经理论推导，可得经理论推导，可得振荡器的振荡周期振荡器的振荡周期T为：为： 振荡周期振荡周期T只与只与RF、C以及以及R2/R1的比值的比值有关，而与输出电压有关，而与输出电压 Uo无关，所以在实际应无关，所以在实际应用中，可通过改变电阻用中，可通过改变电阻RF值来改变振荡周期。值来改变振荡周期。 但该电路对但该电路对Uo的要求是保持其值的稳定，的要求是保持其值的稳定，这是由于电路中的参考电压这是由于电路中的参考电压UR是由电路输出是由电路输出的正、负饱和值的正、负饱和值UOH决定的，如果由于偶然原决定的，如果由于偶

24、然原因因(如电源电压波动或温度变化如电源电压波动或温度变化)而引起而引起UOH的的变化，则变化，则UR也随之变化，造成振荡周期不稳也随之变化，造成振荡周期不稳定。定。 为了提高振荡周期的稳定性，可在运放输出端并联两个为了提高振荡周期的稳定性，可在运放输出端并联两个背靠背的硅稳压二极管，则运放输出的正、负饱和值就被稳背靠背的硅稳压二极管，则运放输出的正、负饱和值就被稳定在稳压二极管的稳压值定在稳压二极管的稳压值Uz上，从而保证了上，从而保证了UR的稳定，上述的稳定，上述缺点就得到克服。缺点就得到克服。 在这个电路中，如果用上图中的两条并联支路代替电阻在这个电路中，如果用上图中的两条并联支路代替电

25、阻RF，则把电容，则把电容C充电和放电回路分开，使其充电与放电的时充电和放电回路分开，使其充电与放电的时间常数不同，就可以得到不对称的方波，也就是各种占空系间常数不同，就可以得到不对称的方波，也就是各种占空系数的方波，即矩形波。数的方波，即矩形波。 由于集成运放组成的多谐振荡器的输出波形良好、频率由于集成运放组成的多谐振荡器的输出波形良好、频率可调范围大、可靠性高、体积小，所以在医疗仪器中获得了可调范围大、可靠性高、体积小，所以在医疗仪器中获得了广泛应用。广泛应用。 二二. 单稳态触发器单稳态触发器1. 分立元件组成的单稳态触发分立元件组成的单稳态触发器器( monostable multiv

26、ibrator)集基耦合集基耦合 该电路与集基耦合多谐振该电路与集基耦合多谐振荡器不同的是：荡器不同的是：T1集电极至集电极至T2基极用电阻基极用电阻R1耦合代替电容耦合代替电容C1耦合耦合(Cs为加速电容为加速电容)。而。而T2至至T1仍用电容耦合，因此，该电仍用电容耦合，因此，该电路有一个稳态，一个暂稳态，路有一个稳态，一个暂稳态，称为单稳态触发器。称为单稳态触发器。 稳态到暂稳态的变化过程稳态到暂稳态的变化过程输入信号输入信号Ui经经Rd、Cd微分电路后，得到一个负脉冲，该微分电路后，得到一个负脉冲，该负脉冲使负脉冲使T1截止截止T2饱和，电路进入暂稳态。饱和，电路进入暂稳态。T2饱和，

27、电容饱和，电容C通过通过T2放电，从而迫放电，从而迫使电路从暂稳态返回到稳态。使电路从暂稳态返回到稳态。 由波形图可知，由波形图可知，T1集电极的输出脉冲宽集电极的输出脉冲宽度度tw就是暂稳态的维持时间。经理论推导，就是暂稳态的维持时间。经理论推导，输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw为：为： tw=0.7RB1C 由于耦合电容由于耦合电容C的影响，的影响，T2输出波形的上输出波形的上升沿比升沿比T1输出波形的上升沿要差一些。输出波形的上升沿要差一些。2. 集成运放组成的单稳集成运放组成的单稳态触发器态触发器 电路如图。与多谐电路如图。与多谐振荡器的区别是：在运振荡器的区别是：在运放反相输入端的电容放

28、反相输入端的电容C1上并联一个钳位二极管上并联一个钳位二极管D，另外在同相输入端，另外在同相输入端加有加有C2和和R2构成的微分构成的微分触发电路。触发电路。 输出电压为输出电压为Uo，电源电压为电源电压为Vcc，同相输入端电压同相输入端电压为为Up=R2Vcc/(R1+R2)。反相输入端。反相输入端电压由于二极管电压由于二极管D而被钳位在正而被钳位在正向电压向电压UD。这时。这时运放的输入差动运放的输入差动电压为电压为UP-UD，适当选择适当选择R1、R2的值，使的值，使UPUD，就可以使就可以使Uo维持维持在电源在电源Vcc上，这上，这是该电路的稳态。是该电路的稳态。负触发脉冲，负触发脉冲

29、，UNUP，电路翻转，电路翻转，Uo下降变为下降变为-Vcc，Up=-R2Vcc/(R1+R2)。电路于暂稳态。电路于暂稳态。暂稳态时，电容暂稳态时，电容C1经经RF和和-Vcc放电，放电，UN按指数规律下降，当按指数规律下降，当UN=UP时，电路自动翻转到稳时，电路自动翻转到稳态。放电时间常数为态。放电时间常数为RFC1，为，为暂稳态维持时间，与触发脉冲暂稳态维持时间，与触发脉冲无关。无关。 由上式可看出，脉冲宽度由上式可看出，脉冲宽度tw取决于运放电路外取决于运放电路外接元件接元件RF、C1以及以及R2/R1的比值。的比值。 为提高电路振荡频率的稳定性，也可同样采取为提高电路振荡频率的稳定

30、性，也可同样采取在输出端并接两个背靠背的稳压二极管的方法。在输出端并接两个背靠背的稳压二极管的方法。 集成运放组成的单稳态触发器性能稳定，波形集成运放组成的单稳态触发器性能稳定，波形良好、脉冲宽度可调、制作简单。除产生矩形波以良好、脉冲宽度可调、制作简单。除产生矩形波以外，还能完成如整形、定时、分频等作用。所以在外，还能完成如整形、定时、分频等作用。所以在医疗仪器中获得广泛应用。医疗仪器中获得广泛应用。 输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度tw就是暂稳态的维持时间，若忽略二极就是暂稳态的维持时间，若忽略二极管的正向电压管的正向电压UD，可得：，可得：三三. 双稳态触发器双稳态触发器 集基耦合双稳态触发

31、集基耦合双稳态触发器电路结构如图。它的两器电路结构如图。它的两个反相器之间的耦合都是个反相器之间的耦合都是采用电阻耦合，因此基极采用电阻耦合，因此基极电位不能自动变化，电路电位不能自动变化，电路就不能自动翻转，电路没就不能自动翻转，电路没有暂稳态，只有两个稳定有暂稳态，只有两个稳定状态：状态：T1饱和、饱和、T2截止；截止；T1截止、截止、T2饱和。而这两饱和。而这两个稳定状态的转换都必须个稳定状态的转换都必须靠外加触发脉冲的触发来靠外加触发脉冲的触发来完成。完成。 电路在接通电源的瞬间，电路在接通电源的瞬间，设设T1导通能力比导通能力比T2强，最终导强，最终导致致T1饱和、饱和、T2截止，电

32、路进入截止，电路进入第一个稳定状态。若没有外部第一个稳定状态。若没有外部触发脉冲或干扰作用，触发器触发脉冲或干扰作用，触发器就将保持这个稳定状态。若在就将保持这个稳定状态。若在t1时刻，在时刻，在T1的基极送入负极的基极送入负极性触发脉冲性触发脉冲UR，只要负脉冲的，只要负脉冲的幅度足够大，必然使幅度足够大，必然使T1退出饱退出饱和，促成正反馈过程，结果电和，促成正反馈过程，结果电路进入路进入T1截止、截止、T2饱和的第二饱和的第二个稳定状态，且一直保持此种个稳定状态，且一直保持此种稳定状态。若在稳定状态。若在t2时刻，将负时刻，将负极性脉冲极性脉冲 Us送入送入T2的基极，的基极，则引起第二

33、次翻转过程，结果则引起第二次翻转过程，结果使电路回到使电路回到T1饱和、饱和、T2截止的截止的第一稳定状态。第一稳定状态。t1t2 Uc1及及 Uc2为两个极性相反的矩形波，其宽度取为两个极性相反的矩形波，其宽度取决于前后两次触发脉冲的时间间隔，即为决于前后两次触发脉冲的时间间隔，即为t1t2。 双稳态触发器的触发方式有单端触发式和计数双稳态触发器的触发方式有单端触发式和计数触发式。触发式。 所谓单端触发式就是触发脉冲通过两个独立的所谓单端触发式就是触发脉冲通过两个独立的触发电路分别送入两管基极，轮流触发两管电路不触发电路分别送入两管基极，轮流触发两管电路不断翻转。所谓计数触发式就是把一个触发

34、信号两个断翻转。所谓计数触发式就是把一个触发信号两个负尖脉冲同时加到两管的基极，负尖脉冲只对饱和负尖脉冲同时加到两管的基极，负尖脉冲只对饱和管起作用，每次都能使饱和管截止，从而使电路翻管起作用，每次都能使饱和管截止，从而使电路翻转，即负触发脉冲每出现一次，电路就翻转一次，转，即负触发脉冲每出现一次，电路就翻转一次，由此实现计数的目的。双稳态触发器除产生矩形波由此实现计数的目的。双稳态触发器除产生矩形波以外，根据触发方式不同可构成以外，根据触发方式不同可构成R-S触发器、触发器、T触发触发器等。器等。 集基耦合单稳态、双稳态触发器一般都集基耦合单稳态、双稳态触发器一般都在耦合电阻在耦合电阻R上并

35、接一个加速电容上并接一个加速电容Cs。其作。其作用有以下两个方面：用有以下两个方面： (1)缩短三极管的开关时间，加快触发器的缩短三极管的开关时间，加快触发器的翻转速度。翻转速度。如当触发脉冲到达时，如当触发脉冲到达时，T1由导通变为截止，由导通变为截止，Uc1要发生要发生正跳变，这个正跳变通过加速电容正跳变，这个正跳变通过加速电容Cs1几乎全部加到了几乎全部加到了T2的基极上，从而的基极上，从而加快了加快了T2的导通过程。的导通过程。 (2)提高触发器翻转的可靠性。提高触发器翻转的可靠性。触发脉冲到来时，触发脉冲到来时，Uc1产生正跳变的信号，通过加速电容产生正跳变的信号，通过加速电容Cs1

36、加到加到Ub2上，使上，使T2基极电位基极电位Ub2立即为正，即立即为正，即Ube20，促使，促使T2优先导通，保证了电路可靠翻转。优先导通，保证了电路可靠翻转。第四节第四节 脉冲的整形与鉴别脉冲的整形与鉴别 在脉冲数字电路中，常常将各种形状和在脉冲数字电路中，常常将各种形状和幅度的脉冲转换为幅度一致的矩形脉冲，这幅度的脉冲转换为幅度一致的矩形脉冲，这就是脉冲的就是脉冲的整形整形。在整形过程中，如果把幅。在整形过程中，如果把幅度较小的脉冲消除，这就是脉冲的度较小的脉冲消除，这就是脉冲的鉴别鉴别。一一. 二极管幅度鉴别电路二极管幅度鉴别电路钳位电路。但因电钳位电路。但因电阻阻Rw可调，所以可可调

37、，所以可钳制在一个任意调钳制在一个任意调节的负电平上节的负电平上 串联削波电路。幅度串联削波电路。幅度较小的脉冲都被消除较小的脉冲都被消除了，幅度较大的脉冲了，幅度较大的脉冲只保留它们的顶部。只保留它们的顶部。特点：结构特点：结构简单，但灵简单，但灵敏度低。敏度低。输入波形输入波形钳位波形钳位波形输出波形输出波形二二. 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器施密特触发器(Schmitt trigger)又称射又称射极耦合双稳态触发器，与集基耦合双稳态触极耦合双稳态触发器，与集基耦合双稳态触发器比较，它们的共同点是都具有两个稳定发器比较，它们的共同点是都具有两个稳定状态，不同点是前者是用输入脉冲

38、的跳变沿状态，不同点是前者是用输入脉冲的跳变沿触发，而施密特触发器是用输入电平触发。触发，而施密特触发器是用输入电平触发。利用它可以将其它形状的波形利用它可以将其它形状的波形(如正弦波、如正弦波、锯齿波以及各种周期性不规划的波形锯齿波以及各种周期性不规划的波形)变换变换成整齐的矩形波，还可以将信号中幅度不符成整齐的矩形波，还可以将信号中幅度不符合要求的消除掉。合要求的消除掉。1. 分立元件组成的施分立元件组成的施密特触发器密特触发器 它也是由两个晶它也是由两个晶体三极管反相器组成体三极管反相器组成的射极耦合双稳态电的射极耦合双稳态电路，从三极管路，从三极管T1的集的集电极通过电阻电极通过电阻R

39、1和和R2的分压耦合到的分压耦合到T2的基的基极，而从极，而从T2集电极电集电极电流的变化通过公用的流的变化通过公用的发射极电阻发射极电阻Re耦合到耦合到T1的基极，以实现正的基极，以实现正反馈。反馈。只要电路参数选择适当，这只要电路参数选择适当，这个电路就有两个稳定的状态：个电路就有两个稳定的状态：T1截止、截止、T2饱和；饱和；T1饱和、饱和、T2截止。而且在一定条件下，截止。而且在一定条件下，电路能从一个稳态翻转到另电路能从一个稳态翻转到另一个稳态。一个稳态。稳态稳态1稳态稳态2Ui=0时，时，T1截止，截止，T2饱饱和，输出电压和，输出电压Uo为低电为低电平。第一稳态。平。第一稳态。U

40、i上升到上升到Ube10.5V时，时，T1进入放大状进入放大状态。但态。但T2仍处于饱仍处于饱和状态。和状态。Ui继续上升，使继续上升，使Uc1下降到一定程度，下降到一定程度，T2脱脱离饱和，由于正反馈，使离饱和，由于正反馈，使T1进很快翻转到进很快翻转到饱和，饱和，T2截止，截止，Uo为高电平。第二稳态。为高电平。第二稳态。使触发器由第一稳态开始翻转到第二稳使触发器由第一稳态开始翻转到第二稳态瞬间的输入电压称为上限阈值电平态瞬间的输入电压称为上限阈值电平UT+(上触发电平上触发电平)。Ui开始下降到开始下降到UT+值时，值时，T1从饱和进入放大。继续从饱和进入放大。继续下降到下降到UT-，T

41、2退出截止进入放大，由于正反馈，使退出截止进入放大，由于正反馈，使T1截止，截止，T2饱和，回到第一稳态。饱和，回到第一稳态。UT-为下限阈值电为下限阈值电平平(下触发电平下触发电平)。 由此可见，触发器上触发电子由此可见，触发器上触发电子UT+大于下触发大于下触发器电平器电平UT-，这种现象称为回差，这种现象称为回差(也称滞后也称滞后)，两者之，两者之差称为回差电压差称为回差电压UT(也称滞后电压也称滞后电压)，则回差电压为：，则回差电压为： UT= UT+ - UT- 回差电压主要与回差电压主要与T2的饱和与截止深度有关，的饱和与截止深度有关，T2饱和越深，饱和越深，UT+就越大；就越大；

42、T2截止越深，截止越深，UT-就会越小，就会越小，因此，减小因此，减小T2的饱和与截止的深度，就可以减小回的饱和与截止的深度，就可以减小回差电压。在实际应用中，有的要利用回差，有的却差电压。在实际应用中，有的要利用回差，有的却要尽量抑制回差。要尽量抑制回差。 该电路的电压传输特性曲线如图所该电路的电压传输特性曲线如图所示。这种具有回差的特性曲线也叫做示。这种具有回差的特性曲线也叫做滞滞回特性回特性。2. 集成运放组成的施密特触发器集成运放组成的施密特触发器 集成运放组成的施密特触发器实际上是一个集成运放组成的施密特触发器实际上是一个具有正反馈的电压比较器。它是在电压比较器的具有正反馈的电压比较

43、器。它是在电压比较器的基础上，通过基础上，通过R1和和R2组成的电阻分压器，将输出组成的电阻分压器，将输出电压加到运放的同相输入端而成的，引入正负馈电压加到运放的同相输入端而成的，引入正负馈可有利于加速电路状态的翻转。可有利于加速电路状态的翻转。 电阻电阻R2的一端接到参考电压的一端接到参考电压Us上，上，Us的大小决定了触发器的触发电平。的大小决定了触发器的触发电平。通常通常R1的数值比集成运放的输出电阻的数值比集成运放的输出电阻大得多，这样对输出电压大得多，这样对输出电压Uo的影响可的影响可以忽略，使以忽略，使Uo恒定。而恒定。而R2和和R1并联并联电阻又比输入电阻小得多，这样反馈电阻又比

44、输入电阻小得多，这样反馈系数系数F可视为仅由可视为仅由R1、R2决定。触发决定。触发器的输入信号器的输入信号Ui加到集成运放的反相加到集成运放的反相输入端，利用输入信号输入端，利用输入信号Ui的变化，来的变化，来控制电路状态的翻转。控制电路状态的翻转。加到运放同相输入端的电压加到运放同相输入端的电压Uf为：为：式中第一项为参考电压单独对同相端的作用，是固定的，第式中第一项为参考电压单独对同相端的作用，是固定的，第二项为输出电压单独对同相端的作用，随二项为输出电压单独对同相端的作用，随Uo的大小而定。的大小而定。设设Uo的饱和值为的饱和值为UOH，当，当Uo=+UOH时，同相端电压时，同相端电压

45、U1为：为：当当Uo=-UOH时，同相端电压时，同相端电压U1为：为：所以回差电压所以回差电压UT为：为：回差电压由外接回差电压由外接电阻电阻R1、R2和和UOH决定，若电决定，若电路确定后，改变路确定后，改变R1或或R2即可调节即可调节该值。该值。脉冲波形的整形脉冲波形的整形受到干扰的输入波受到干扰的输入波形，顶部不平整形，顶部不平整UT+=UT-，且输入信，且输入信号波形顶部恰好在号波形顶部恰好在此电平上下变化，此电平上下变化，整形后波形整形后波形UT+UT-，且，且UT-小小于波形顶部变化的于波形顶部变化的最小值，整形后波最小值，整形后波形。因此整形电路形。因此整形电路中，一般采用回差中

46、，一般采用回差电压大的触发器。电压大的触发器。 输入波形中，各输入波形中，各脉冲幅度高低不一，这脉冲幅度高低不一，这时可将施密特触发器的时可将施密特触发器的 UT+调节至调节至UT，使输入，使输入脉冲幅度脉冲幅度Ui大于大于UT的，的，输出脉冲保留，低于输出脉冲保留，低于UT的脉冲去掉，则输出的脉冲去掉，则输出Uo只含有只含有Ui中幅度高于中幅度高于UT的脉冲，实现了幅度鉴的脉冲，实现了幅度鉴别。别。 因此施密特触发器是一个应用非常广泛的电路。因此施密特触发器是一个应用非常广泛的电路。如核医学中探测如核医学中探测射线时，脉冲幅度与射线时，脉冲幅度与射线量子射线量子能量成正比，按计数率计的要求，

47、需把幅度不一的能量成正比，按计数率计的要求，需把幅度不一的且超过一定值的脉冲转为幅度相同的脉冲才可计数；且超过一定值的脉冲转为幅度相同的脉冲才可计数；另外在探测到的脉冲中还混入由于散射或低能射线另外在探测到的脉冲中还混入由于散射或低能射线引起的幅度较低的脉冲，这部分脉冲必须清除，否引起的幅度较低的脉冲，这部分脉冲必须清除，否则不利于正确的诊断。再如在神经脑细胞上记录到则不利于正确的诊断。再如在神经脑细胞上记录到的生理信号常常是一些形态不规划、幅度不等的脉的生理信号常常是一些形态不规划、幅度不等的脉冲，在基线上还有很多不需要的干扰，同样也需整冲，在基线上还有很多不需要的干扰，同样也需整形和鉴别。

48、施密特触发器可作为电压比较器，它在形和鉴别。施密特触发器可作为电压比较器，它在输入端进行信号输入端进行信号(模拟、脉冲模拟、脉冲)大小的比较，而在输大小的比较，而在输出端输出的呈高电平或低电平，故它是脉冲数字电出端输出的呈高电平或低电平，故它是脉冲数字电路中很重要的转换电路。路中很重要的转换电路。第五节第五节 脉冲的调制与解调脉冲的调制与解调 脉冲传输方式由于抗噪声干扰能力很强，脉冲传输方式由于抗噪声干扰能力很强，故在当今计算机为中心的信息社会中获得广泛故在当今计算机为中心的信息社会中获得广泛应用。本节只介绍有关电路工作原理。应用。本节只介绍有关电路工作原理。一一. 脉冲调制原理脉冲调制原理

49、所谓脉冲调制就是周期性脉冲的某一参所谓脉冲调制就是周期性脉冲的某一参数数(幅度、宽度、相位和频率幅度、宽度、相位和频率)按信号的变化规按信号的变化规律而改变。用来改变周期性脉冲参数的那个信律而改变。用来改变周期性脉冲参数的那个信号称为号称为调制信号调制信号，未被调制的周期性脉冲称为，未被调制的周期性脉冲称为未调脉冲未调脉冲，已被调制信号调制过的称为，已被调制信号调制过的称为已调脉已调脉冲冲。 由于脉冲波是离散波，在时间上是不连由于脉冲波是离散波，在时间上是不连续的，所以脉冲调制不是完整地传输调制信续的，所以脉冲调制不是完整地传输调制信号的每一个瞬时值，而只是传输调制信号一号的每一个瞬时值，而只

50、是传输调制信号一定时间间隔的那些瞬时值，这些瞬时值我们定时间间隔的那些瞬时值，这些瞬时值我们称它为称它为采样值采样值。也就是说，。也就是说，脉冲调制就是从脉冲调制就是从连续的调制信号中取出采样值，然后用各抽连续的调制信号中取出采样值，然后用各抽样值去控制脉冲序列的某一参数的过程样值去控制脉冲序列的某一参数的过程，我，我们称这个过程为采样。们称这个过程为采样。1. 采样定理采样定理 理论与实践证明：只有采样频率等于或大于调理论与实践证明：只有采样频率等于或大于调制信号最高频率的制信号最高频率的2倍时，才可以再现原调制信号，倍时，才可以再现原调制信号，不产生失真现象。不产生失真现象。 设采样频率为

51、设采样频率为f0，调制信号的最高频率为，调制信号的最高频率为fm，则采样定理可用下式表示：则采样定理可用下式表示： f02fm 如果采样时满足上式，就能较容易地采用低通如果采样时满足上式，就能较容易地采用低通滤波器将调制信号从样本中分离出来。若不满足上滤波器将调制信号从样本中分离出来。若不满足上式，式，f02fm时，样本频率的下边带部分频率跟调制时，样本频率的下边带部分频率跟调制信号频率发生重叠，使得二者无法准确分离，结果信号频率发生重叠，使得二者无法准确分离，结果取出的调制信号产生了严重的失真。取出的调制信号产生了严重的失真。2. 脉冲调制原理脉冲调制原理 脉冲调制方式按调制信号改变脉冲的参

52、数划分，脉冲调制方式按调制信号改变脉冲的参数划分，可有如下四种调制方式。可有如下四种调制方式。(1)脉冲幅度调制脉冲幅度调制(PAM)：用调制信号电平改变脉冲：用调制信号电平改变脉冲的幅度，使已调脉冲的幅度随调制信号电平的变化的幅度，使已调脉冲的幅度随调制信号电平的变化而变化，称为脉冲幅度调制。而变化，称为脉冲幅度调制。 (2)脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)：用调制信号：用调制信号电平改变脉冲的宽度，电平改变脉冲的宽度，使已调脉冲的宽度随使已调脉冲的宽度随调制信号电平的变化调制信号电平的变化而变化，这种调制称而变化，这种调制称为脉冲宽度调制。已为脉冲宽度调制。已调脉冲的宽度随调制调脉冲的宽度随调制信号电平的变化而发信号电平的变化而发生变化。生变化。 (3)脉冲相位调制脉冲相位调制(PPM)：用调制信号电平改变脉冲：用调制信号电平改变脉冲的相位，使已调脉冲的位置随调制信号电平的变化的相位，使已调脉冲的位置随调制信号电平的变化而变化，这种调制称为脉冲相位调制。保