高速脈沖電路

目錄

第一章 理想元件

第二章 拉普拉斯變換及其對(duì)線性電路瞬變過程的應(yīng)用

第三章 級(jí)聯(lián)電路和梯形網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)特性

第四章 實(shí)際元件

第五章 面結(jié)型二極管

第六章 隧道二極管

第七章 面結(jié)型晶體管

第八章 發(fā)射極耦合的晶體管對(duì)

第九章 數(shù)字輸出電路

第十章 線性放大器

部分習(xí)題答案

參考文獻(xiàn) 2100433B

該書論述了高速脈沖電路中組件、器件和電路的特性，系統(tǒng)地講述了變壓器、傳輸線、級(jí)聯(lián)電路、梯形網(wǎng)絡(luò)、面結(jié)型二極管模型、隧道二極管模型、晶體管的高速參數(shù)、發(fā)射極耦合電路的開關(guān)特性、高速數(shù)字輸出電路以及適用于集成電路的線性放大器等，著重分析了上述各種電路的瞬變過程及其優(yōu)化問題．可供從事數(shù)字電路方面工作的工人、研究人員和相應(yīng)專業(yè)的師生參考．

在沒有激勵(lì)條件下產(chǎn)生脈沖波的電路。矩形脈沖可以用晶體管、場效應(yīng)管作開關(guān)，用電容器或電感器作惰性元件構(gòu)成的自激多諧振蕩器產(chǎn)生。電路型式有集電極一基極耦合、射極耦合多諧振蕩器等。以脈沖變壓器作反饋元件的間歇振蕩器可產(chǎn)生占空比很小的窄脈沖。采用負(fù)阻器件，如隧道二極管、單結(jié)晶體管、可控硅開關(guān)管等也可構(gòu)成自激多諧振蕩電路。隨著集成電路的發(fā)展，這類分立元件的電路由于設(shè)計(jì)調(diào)整比較麻煩，已經(jīng)較少采用了。

采用集成邏輯門和RC充放電電路構(gòu)成的自激多諧振蕩器，電路比較簡單。圖3（a）和（b）所示的為由兩個(gè)非門及電容器組成的正反饋電路構(gòu)成的對(duì)稱式和不對(duì)稱式多諧振蕩器電路，其振蕩頻率由RC決定。在對(duì)振蕩頻率穩(wěn)定度指標(biāo)要求較高的場合，可將石英晶體與上述電路中的耦合電容串聯(lián)，組成石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率。帶有RC延時(shí)環(huán)節(jié)的環(huán)型振蕩器電路如圖3（c）所示，其振蕩頻率也與RC有關(guān)。如用電位器代替圖中的電阻R，則可構(gòu)成頻率范圍可調(diào)的矩形波發(fā)生器。

矩形脈沖也可由運(yùn)算放大器、施密特觸發(fā)器或555定時(shí)器等集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生。

3. 脈沖波形變換

通過系統(tǒng)使給定的輸入信號(hào)波形變換為特定的輸出波形的過程。包括線性變換和非線性變換兩大類。

脈沖波形的非線性變換電路是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅、鉗位、整形、分頻等各種處理的電路。最簡單的非線性變換電路有采用二極管、三極管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)的限幅器和鉗位電路。前者是對(duì)脈沖信號(hào)的幅度進(jìn)行切割，將幅度高于或低于某一電平的部分波形“切除”。后者是將脈沖信號(hào)的某個(gè)電平固定到指定值上，而波形不變，使信號(hào)保持一固定的直流電平。

常見的線性變換電路有由電阻R和電容C組成的微分電路和積分電路。如果將方波信號(hào)加到微分電路的輸入端，則可將脈沖電壓的跳變沿取出，得到如圖1（c）所示的尖頂波。這種脈沖可用作電路的觸發(fā)脈沖。如果將方波信號(hào)加到積分電路的輸入端，則可得到三角波。

能使脈沖信號(hào)延遲一定時(shí)間的電路。延遲脈沖信號(hào)的辦法很多，除了可用電子電路實(shí)現(xiàn)之外，電纜、仿真線、超聲延遲線和電荷耦合器件等也都可以用來延遲脈沖信號(hào)。

電纜延遲線的特點(diǎn)是頻帶寬，輸出波形失真??；缺點(diǎn)是延遲時(shí)間不能太長，而且也不易調(diào)節(jié)。利用電感器和電容器構(gòu)成的仿真線可以代替電纜作為延時(shí)電路，延遲時(shí)間可以較長，但設(shè)計(jì)和制作比較困難。超聲延遲線體積較小，但頻帶較窄，也不易調(diào)整。

在很多實(shí)際應(yīng)用中，延時(shí)電路往往并不真正將輸入脈沖信號(hào)本身延時(shí)，而只是經(jīng)過所需的一段時(shí)間之后產(chǎn)生另一個(gè)新的脈沖信號(hào)作為延時(shí)后的輸出脈沖。這種延時(shí)電路廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信和各種控制系統(tǒng)的定時(shí)裝置，可利用各種脈沖電路來實(shí)現(xiàn)。常用的有鋸齒波延時(shí)電路和移位寄存器延時(shí)電路。

鋸齒波延時(shí)電路　圖1為這種電路的原理框圖和波形。電路工作時(shí)，輸入脈沖Ui的前沿啟動(dòng)鋸齒電壓發(fā)生器，使它在某個(gè)初始電壓UB的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間增長的鋸齒形電壓UC。電壓比較器對(duì)UC和某個(gè)給定的電壓UT(門限電壓)相比較。當(dāng)兩者相等時(shí)，比較器即產(chǎn)生一脈沖信號(hào)UO作為輸出。可以看出UO比Ui延遲了一段時(shí)間τ，其值取決于鋸齒波的斜率以及門限電壓UT和初始電壓UB間的差值。改變它們即可改變延時(shí)的大小。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)可變的延時(shí)。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差，最大延時(shí)值不得超過輸入脈沖間的間隔?！∫莆患拇嫫餮訒r(shí)電路　圖2是由 4級(jí)移位寄存器構(gòu)成的延時(shí)電路。D為輸入端,D為輸出端。時(shí)鐘信號(hào)一般為周期性脈沖。移位寄存器的作用是每出現(xiàn)一次時(shí)鐘脈沖便將本級(jí)輸入端（也是前一級(jí)輸出端）的信號(hào)移入本級(jí)。這樣,輸入給圖2電路的信號(hào)將經(jīng)過 4個(gè)時(shí)鐘周期后才出現(xiàn)在輸出端上,從而實(shí)現(xiàn)4倍于時(shí)鐘周期的延時(shí)。改變移位寄存器的級(jí)數(shù)即可改變延時(shí)值。這種電路的延時(shí)值可以做得很穩(wěn)定，且可大于信號(hào)周期，也便于實(shí)現(xiàn)集成化。缺點(diǎn)是延時(shí)值只能是時(shí)鐘信號(hào)周期的整數(shù)倍。這種延時(shí)電路廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。因?yàn)樵谶@些系統(tǒng)中，信號(hào)常是從某個(gè)時(shí)鐘信號(hào)衍生出來的，所需的延時(shí)值也往往是時(shí)鐘周期的整數(shù)倍。

脈沖電路是一種電路，其中的脈沖是指在數(shù)字電路中分別以高電平和低電平表示1狀態(tài)和0狀態(tài)。

脈沖電路的基本知識(shí)

在數(shù)字電路中分別以高電平和低電平表示1狀態(tài)和0狀態(tài)。此時(shí)電信號(hào)的波形是非正弦波。通常，就把一切既非直流又非正弦交流的電壓或電流統(tǒng)稱為脈沖。

圖Z1601表示出幾種常見的脈沖波形，它們既可有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)，也可以偶爾出現(xiàn)一次。

脈沖波形多種多樣，表征它們特性的參數(shù)也不盡相同，這里，僅以圖Z1602所示的矩形脈沖為例，介紹脈沖波形的主要參數(shù)。

（1）脈沖幅度Vm--脈沖電壓或電流的最大值。脈沖電壓幅度的單位為V、mV，脈沖電流幅度的單位為A、mA。

（2）脈沖前沿上升時(shí)間tr--脈沖前沿從0.1Vm上升到0．9Vm所需要的時(shí)間。單位為ms、μs、ns。

（3）脈沖后沿下降時(shí)間tf--脈沖后沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要的時(shí)間。單位為：ms、μs、ns。

（4）脈沖寬度tk--從脈沖前沿上升到0.5Vm處開始，到脈沖下降到0.5Vm處為止的一段時(shí)間。單位為：s、ms、μs或ns。

（5）脈沖周期T--周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩相鄰脈沖重復(fù)出現(xiàn)的間隔時(shí)間。單位為：s、ms、μs。

（6）脈沖重復(fù)頻率--脈沖周期的倒數(shù)，即f =1/T，表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)，單位為Hz、kHz、MHz。

（7）占空比tk/T--脈沖寬度與脈沖周期的比值，亦稱占空系數(shù)。