如何看懂脈沖電路

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 t r 、脈沖后沿 t f 和脈沖寬度 t k 來表示。如果一個脈沖的寬度 t k =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 R b2 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， R b2 是接到一個負電源上的，而且 R b1 和 R b2 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 R b1 =R b2 =R ， C b1 =C b2 =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>>t k ，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。

?。?3 ）限幅器

　　能限制脈沖幅值的電路稱為限幅器或削波器。圖 7 是用二極管和電阻組成的上限幅電路。它能把輸入的正向脈沖削掉。如果把二極管反接，就成為削掉負脈沖的下限幅電路。

　　用二極帶或三極管等非線性器件可組成各種限幅器，或是變換波形（如把輸入脈沖變成方波、梯形波、尖脈沖等），或是對脈沖整形（如把輸入高低不平的脈沖系列削平成為整齊的脈沖系列等）。

　（ 4 ）箝位器

　　能把脈沖電壓維持在某個數值上而使波形保持不變的電路稱為箝位器。它也是整形電路的一種。例如電視信號在傳輸過

會造成失真，為了使脈沖波形恢復原樣，接收機里就要用箝位電路把波形頂部箝制在某個固定電平上。

　　圖 8 中反相器輸出端上就有一個箝位二極管 VD 。如果沒有這個二極管，輸出脈沖高電平應該是 12 伏，現在增加了箝位二極管，輸出脈沖高電平被箝制在 3 伏上。

　　此外，象反相器、射極輸出器等電路也有“整舊如新”的作用，也可認為是整形電路。

　　有記憶功能的雙穩電路多諧振蕩器的輸出總是時高時低地變換，所以它也叫無穩態電路。另一種雙穩態電路就絕然不同，雙穩電路有兩個輸出端，它們總是處于相反的狀態：一個是高電平，另一個必定是低電平。它的特點是如果沒有外來的觸發，輸出狀態能一直保持不變。所以常被用作寄存二進制數碼的單元電路。

?。?1 ）集基耦合雙穩電路

　　圖 9 是用分立元件組成的集基耦合雙穩電路。它由一對用電阻交叉耦合的反相器組成。它的兩個管子總是一管截止一管飽和，例如當 VT1 管飽和時 VT2 管就截止，這時 A 點是低電平 B 點是高電平。如果沒有外來的觸發信號，它就保持這種狀態不變。如把高電平表示數字信號“ 1 ”，低電平表示“ 0 ”，那么這時就可以認為雙穩電路已經把數字信號“ 1 ”寄存在 B 端了。

　　電路的基極分別加有微分電路。如果在 VT1 基極加上一個負脈沖（稱為觸發脈沖），就會使 VT1 基極電位下降，由于正反饋的作用，使 VT1 很快從飽和轉入截止， VT2 從截止轉入飽和。于是雙穩電路翻轉成 A 端為“ 1 ”， B 端為“ 0 ”，并一直保持下去。

?。?2 ）觸發脈沖的觸發方式和極性

　　雙穩電路的觸發電路形式和觸發脈沖極性選擇比較復雜。從觸發方式看，因為有直流觸發（電位觸發）和交流觸發（邊沿觸發）的分別，所以觸發電路形式各有不同。從脈沖極性看，也是隨著晶體管極性、觸發脈沖加在哪個管子（飽和管還是截止管）上、哪個極上（基極還是集電極）而變化的。在實際應用中，因為微分電路能容易地得到尖脈沖，觸發效果較好，所以都用交流觸發方式。觸發脈沖所加的位置多數是加在飽和管的基極上。所以使用 NPN 管的雙穩電路所加的是負脈沖，而 PNP 管雙穩電路所加的是正脈沖。

　（ 3 ）集成觸發器除了用分立元件外，也可以用集成門電路組成雙穩電路。但實際上因為目前有大量的集成化雙穩觸發器產品可供選用，如 R—S 觸發器、 D 觸發器、 J － K 觸發器等等，所以一般不使用門電路搭成的雙穩電路而直接選用現成產品。

有延時功能的單穩電路

　　無穩電路有 2 個暫穩態而沒有穩態，雙穩電路則有 2 個穩態而沒有暫穩態。脈沖電路中常用的第 3 種電路叫單穩電路，它有一個穩態和一個暫穩態。如果也用門來作比喻，單穩電路可以看成是一扇彈簧門，平時它總是關著的，“關”是它的穩態。當有人推它或拉它時門就打開，但由于彈力作用，門很快又自動關上，恢復到原來的狀態。所以“開”是它的暫穩態。單穩電路常被用作定時、延時控制以及整形等。

?。?1 ）集基耦合單穩電路

　　圖 10 是一個典型的集基耦合單穩電路。它也是由兩級反相器交叉耦合而成的正反饋電路。它的一半和多諧振蕩器相似，另一半和雙穩電路相似，再加它也有一個微分觸發電路，所以可以想象出它是半個無穩電路和半個雙穩電路湊合成的，它應該有一個穩態和一個暫穩態。平時它總是一管（ VT1 ）飽和，另一管（ VT2 ）截止，這就是它的穩態。當輸入一個觸發脈沖后，電路便翻轉到另一種狀態，但這種狀態只能維持不長的時間，很快它又恢復到原來的狀態。電路暫穩態的時間是由延時元件 R 和 C 的數值決定的： t t =0.7RC 。

　（ 2 ）集成化單穩電路

　　用集成門電路也可組成單穩電路。圖 11 是微分型單穩電路，它用 2 個與非門交叉連接，門 1 輸出到門 2 是用微分電路耦合，門 2 輸出到門 1 是直接耦合，觸發脈沖加到門 1 的另一個輸入端 U I 。它的暫穩態時間即定時時間為： t t = （ 0.7 ～ 1.3 ） RC 。

脈沖電路的讀圖要點

　　① 脈沖電路的特點是工作在開關狀態，它的輸入輸出都是脈沖，因此分析時要抓住關鍵，把主次電路區分開，先認定主電路的功能，再分析輔助電路的作用。

　　② 從電路結構上抓關鍵找異同。前面介紹了集基耦合方式的三種基本單元電路，它們都由雙管反相器構成正反饋電路，這是它們的相同點。但細分析起來它們還是各有特點的：無穩和雙穩電路雖然都有對稱形式，但無穩電路是用電容耦合，雙穩是用電阻直接耦合（有時并聯有加速電容，容量一般都很?。欢译p穩電路一般都有觸發電路（雙端或單端觸發）；單穩電路就很好認，它是不對稱的，兼有雙穩和單穩的形式。這樣一分析，三種電路就很好區別了。

　　③ 脈沖電路中，脈沖的生成、變換和整形都和電容器的充、放電有關，電路的時間常數即 R 和 C 的數值對確定電路的性質有極重要的意義，這一點尤為重要。