脈沖電路設計及其分析

脈沖電路是專門用來產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、電子鐘表、電子玩具以及電子醫療器具等，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變化的模擬信號。電子電路中另一大類電路的數字電子電路。它加工和處理的對象是不連續變化的數字信號。數字電子電路又可分成脈沖電路和數字邏輯電路，它們處理的都是不連續的脈沖信號。

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狀態的。大多數情況下，晶體管是工作在特性曲線的飽和區或截止區的，所以脈沖電路有時也叫開關電路。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的數值是按晶體管能可靠地進入飽和區或止區的要求計算出來的。不僅如此，為了使晶體管開關速度更快，在基極上還加有加速電容C，在脈前沿產生正向尖脈沖可使晶體管快速進入導通并飽和；在脈沖后沿產生負向尖脈沖使晶體管快速進入截止狀態。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狀態的，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）作關鍵元件，脈沖的產生、波形的變換都離不開電容器的充放電。

產生脈沖的多諧振蕩器

脈沖有各種各樣的用途，有對電路起開關作用的控制脈沖，有起統帥全局作用的時鐘脈沖，有做計數用的計數脈沖，有起觸發啟動作用的觸發脈沖等等。不管是什么脈沖，都是由脈沖信號發生器產生的，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可以把多諧振蕩器比作賓館的自動旋轉門，它不需要人去推動，總是不停地開門和關門。

（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通和截止，使電路不停地從一個狀態自動翻轉到另一個狀態，形成自激振蕩。從A點或B點可得到輸出脈沖。當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環形振蕩器

圖4是常用的RC環形振蕩器。它用奇數個門、首尾相連組成閉環形，環路中有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。當電路時間常數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。