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在电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加工和处理的对象是不连续变化的数字信号。数字电子电路又可分成脉冲电路和数字逻辑电路,它们处理的都是不连续的脉冲信号。脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等,都要用到脉冲电路。
电脉冲有各式各样的形状,有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的,最具有代表性的是矩形脉冲。要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或频率 f 、脉冲前沿 t r 、脉冲后沿 t f 和脉冲宽度 t k 来表示。如果一个脉冲的宽度 t k =1 / 2T ,它就是一个方波。
脉冲电路和放大振荡电路最大的不同点,或者说脉冲电路的特点是:脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下,晶体管是工作在特性曲线的饱和区或截止区的,所以脉冲电路有时也叫开关电路。从所用的晶体管也可以看出来,在工作频率较高时都采用专用的开关管,如2AK 、 2CK 、DK 、 3AK 型管,只有在工作频率较低时才使用一般的晶体管。
就拿脉冲电路中最常用的反相器电路(图1)来说,从电路形式上看,它和放大电路中的共发射电路很相似。在放大电路中,基极电阻 R b2 是接到正电源上以取得基极偏压;而这个电路中,为了保证电路可靠地截止, R b2 是接到一个负电源上的,而且 R b1 和Rb2 的数值是按晶体管能可靠地进入饱和区或止区的要求计算出来的。不仅如此,为了使晶体管开关速度更快,在基极上还加有加速电容 C ,在脉前沿产生正向尖脉冲可使晶体管快速进入导通并饱和;在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管快速进入截止状态。除了射极输出器是个特例,脉冲电路中的晶体管都是工作在开关状态的,这是一个特点。
脉冲电路的另一个特点是一定有电容器(用电感较少)作关键元件,脉冲的产生、波形的变换都离不开电容器的充放电。
产生脉冲的多谐振荡器
脉冲有各种各样的用途,有对电路起开关作用的控制脉冲,有起统帅全局作用的时钟脉冲,有做计数用的计数脉冲,有起触发启动作用的触发脉冲等等。不管是什么脉冲,都是由脉冲信号发生器产生的,而且大多是短形脉冲或以矩形脉冲为原型变换成的。因为矩形脉冲含有丰富的谐波,所以脉冲信号发生器也叫自激多谐振荡器或简称多谐振荡器。如果用门来作比喻,多谐振荡器输出端时开时闭的状态可以把多谐振荡器比作宾馆的自动旋转门,它不需要人去推动,总是不停地开门和关门。
( 1 )集基耦合多谐振荡器
图2是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它由两个晶体管反相器经 RC 电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替充放电使两管交替导通和截止,使电路不停地从一个状态自动翻转到另一个状态,形成自激振荡。从A点或 B 点可得到输出脉冲。当Rb1 =R b2 =R , C b1 =C b2 =C 时,输出是幅度接近 E 的方波,脉冲周期 T=1.4RC 。如果两边不对称,则输出是矩形脉冲
( 3 ) RC 环形振荡器
图4是常用的 RC 环形振荡器。它用奇数个门、首尾相连组成闭环形,环路中有 RC 延时电路。图中 RS 是保护电阻, R 和C是延时电路元件,它们的数值决定脉冲周期。输出脉冲周期 T=2.2RC 。如果把 R 换成电位器,就成为脉冲频率可调的多谐振荡器。因为这种电路简单可靠,使用方便,频率范围宽,可以从几赫变化到几兆赫,所以被广泛应用。
脉冲变换和整形电路
脉冲在工作中有时需要变换波形或幅度,如把矩形脉冲变成三角波或尖脉冲等,具有这种功能的电路就叫变换电路。脉冲在传送中会造成失真,因此常常要对波形不好的脉冲进行修整,使它整旧如新,具有这种功能的电路就叫整形电路。
( 1 )微分电路
微分电路是脉冲电路中最常用的波形变换电路,它和放大电路中的 RC 耦合电路很相似,见图 5 。当电路时间常数 τ=RC