脈沖電路調(diào)制演示

（優(yōu)選）脈沖電路調(diào)制當(dāng)前第1頁\共有75頁\編于星期一\14點

脈沖就是在極短時間內(nèi)出現(xiàn)的電壓或電流的變化。它可以是周期性地重復(fù)出現(xiàn)，也可以不定期地出現(xiàn)。脈沖可分為兩大類：一類是視頻脈沖，或是先單調(diào)地上升，然后單調(diào)地下降，稱為正脈沖，或是先下降，后上升稱為負(fù)脈沖；另一類是射頻脈沖，在極短時間內(nèi)出現(xiàn)的高頻振蕩。這兩類脈沖在醫(yī)學(xué)儀器中都有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前第2頁\共有75頁\編于星期一\14點主要內(nèi)容第一節(jié)脈沖電路的基本知識第二節(jié)晶體管反相器第三節(jié)脈沖發(fā)生器第四節(jié)脈沖的整形與鑒別第五節(jié)脈沖的調(diào)制與解調(diào)當(dāng)前第3頁\共有75頁\編于星期一\14點第一節(jié)脈沖電路的基本知識一.脈沖的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖上升時間脈沖下降時間脈沖寬度脈沖周期、脈沖頻率當(dāng)前第4頁\共有75頁\編于星期一\14點

上圖是幾種脈沖的波形：尖形脈沖、梯形脈沖、實際尖脈沖和矩形脈沖。神經(jīng)放電脈沖和核醫(yī)學(xué)中的γ射線轉(zhuǎn)換的脈沖都接近尖脈沖，前者的寬度為數(shù)十毫秒，后者的寬度不到1微秒，而且都是前沿比后沿陡峭得多。當(dāng)前第5頁\共有75頁\編于星期一\14點二.RC分壓電路

在脈沖電路中，常常要將脈沖信號經(jīng)過電阻分壓后傳輸?shù)较乱患墸谙乱患夒娐分写嬖谥鞣N形式的電容，這就相當(dāng)于在輸出端接上一個等效電容Co，如圖(a)所示。而Co對輸出波形的影響如圖(b)所示。當(dāng)輸入信號Ui由零上跳變到最大值Um的瞬間，電容Co上的電壓將按指數(shù)規(guī)律上升，最后達(dá)到Um，即輸出電壓Uo具有一定的上升時間，不能緊跟隨輸入電壓同步上跳變，使輸出波形的邊沿變壞。當(dāng)前第6頁\共有75頁\編于星期一\14點

為了克服這一缺點，改善輸出波形，使輸出電壓能緊跟隨輸入電壓一起上跳變。所采取的措施是在電阻R1上并聯(lián)一個電容Cj，構(gòu)成圖示的電路，Cj稱為加速電容。如果選擇合適的Cj值，就可以克服等效電容Co的影響，使輸出波形緊跟輸入波形一起上跳變。當(dāng)前第7頁\共有75頁\編于星期一\14點

當(dāng)輸入電壓Ui突然上跳時，輸出電壓由Cj和Co的分壓決定。輸出電壓為：

當(dāng)電容充電結(jié)束后，輸出電壓將由R1和R2分壓決定，即：

當(dāng)Cj選擇合適時，輸出波形的起始值Uo等于終止值U’o，即：當(dāng)前第8頁\共有75頁\編于星期一\14點

此電路稱為RC分壓電路，亦稱脈沖分壓電路。在電路中，只要Cj取值合適，保證RC分壓比例成立，就是兩段電路的時間常數(shù)相同，即R1Cj=R2Co，Cj加快輸出電壓的改變，就可以改善輸出波形。但由于Co實際是很難預(yù)測的，必須通過實驗測試來確定Cj的最佳值。若Cj太小，加速作用不足，輸出波形的邊沿仍不好；若Cj過大，加速作用過強(qiáng)，壓倒了Co的延緩作用，輸出波形出現(xiàn)超過穩(wěn)態(tài)值的尖頂過沖，如圖所示。實驗證明：工作頻率100kHz<f<10MHz時，Cj取20~300pF；f>10MHz時，Cj可取10~100pF。當(dāng)前第9頁\共有75頁\編于星期一\14點三.脈沖的微分微分電路由電阻R和電容C串聯(lián)組成。輸入的矩形波電路輸出的尖脈沖波R上的電壓按指數(shù)下降R上的反向電壓按指數(shù)下降當(dāng)前第10頁\共有75頁\編于星期一\14點

可見，在RC電路輸入端輸入一矩形脈沖波時，在輸出端得到一對正、負(fù)尖脈沖，它們分別對應(yīng)輸入矩形波的上升沿和下降沿。由于此RC電路的輸出電壓Uo只是反映了輸入電壓Ui的突變部分，而對于輸入電壓的恒定部分，輸出為零。在數(shù)學(xué)中微分是反映變化的快慢，這就是說，Uo和Ui的微分近似成正比，因此該RC電路稱為微分電路。要獲得尖脈沖，微分電路的參數(shù)必須滿足τ=RC<<tw。當(dāng)前第11頁\共有75頁\編于星期一\14點四.計數(shù)率計電路—泵電路

在上圖所示的積分電路中，積分電容C中積累的電量與單位時間、累積脈沖單向傳輸電量的輸入脈沖數(shù)成正比，故稱此電路為計數(shù)率計電路或泵電路，它被廣泛應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)中γ脈沖的計數(shù)率和監(jiān)護(hù)儀中的心率等。當(dāng)前第12頁\共有75頁\編于星期一\14點

當(dāng)nRC1<<1時，可得

Uo≈nRC1Um

即Uo與計數(shù)率n成正比。為了使電容C在每次脈沖充電時電壓不發(fā)生顯著變化，電容C應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于C1。這個公式也適用于隨機(jī)出現(xiàn)的脈沖，這時，n表示平均計數(shù)率。當(dāng)前第13頁\共有75頁\編于星期一\14點

此電路中，由于Uo與n成正比的線性范圍受到條件nRC1<<1的限制，則Uo<<Um，輸出電壓較小，因此電路必須改進(jìn)。

當(dāng)前第14頁\共有75頁\編于星期一\14點五.削波、限幅與鉗位1.削波電路在心電波微分以后，我們只需正脈沖不需要負(fù)脈沖，這就要通過一定的電路將不需要的負(fù)脈沖削去，這就是削波電路。串聯(lián)（二極管與輸出信號）削波電路并聯(lián)（二極管與輸出信號）削波電路當(dāng)前第15頁\共有75頁\編于星期一\14點

對串聯(lián)削波電路，正脈沖時二極管導(dǎo)通，負(fù)脈沖時二極管截止，電路輸出正脈沖，將負(fù)脈沖削去；對并聯(lián)削波電路，負(fù)脈沖時二極管導(dǎo)通，全部電壓降落在電阻R上，輸出接近于零，正脈沖時二極管截止，信號通過電阻R傳輸，輸出為正脈沖，將負(fù)脈沖削去。當(dāng)前第16頁\共有75頁\編于星期一\14點

由于二極管的導(dǎo)通壓降和結(jié)電容以及負(fù)載電容的影響，輸出的正脈沖幅度將稍微減小，前后沿都被延長，負(fù)脈沖也有少量傳輸，所以在實際使用時，應(yīng)注意選擇結(jié)電容小、恢復(fù)時間短、正向電阻盡可能小、反向電阻盡可能大的二極管，否則不能達(dá)到削波效果。當(dāng)前第17頁\共有75頁\編于星期一\14點2.限幅電路可以實現(xiàn)將幅度過大的脈沖頂部削平，將頂部不平穩(wěn)的脈沖削成平頂?shù)牟ㄐ?。右圖(a)是二極管削波和限幅電路，(b)是用穩(wěn)壓管代替兩個二極管的限幅電路，可同時起到削波和限幅的作用，限制的幅度由穩(wěn)壓管的工作電壓決定。當(dāng)前第18頁\共有75頁\編于星期一\14點

在這兩個電路中，R對于該電路的限幅波形質(zhì)量有一定影響，所以R的選擇既要考慮到信號的損耗，又不能使信號源的負(fù)載過重。輸入波形輸出波形當(dāng)前第19頁\共有75頁\編于星期一\14點3.鉗位電路含有直流成分的脈沖信號(b)通過(a)的RC電路時，輸出信號將會產(chǎn)生漸移現(xiàn)象，即信號的零電平逐漸偏離開原零電平呈負(fù)值，如(c)所示。電平漸移，對信號放大、變換和計數(shù)等會造成困難。為了克服這個缺點，對電路進(jìn)行改造，在電阻R上并聯(lián)一個二極管D。第一個脈沖前沿，Um電容放電指數(shù)下降脈沖后沿出現(xiàn)負(fù)Δ穩(wěn)態(tài),一周期內(nèi)C充電和放電的電荷相等當(dāng)前第20頁\共有75頁\編于星期一\14點

當(dāng)輸入電壓如圖所示時，電容通過電阻R充電，由于電阻值較大，充電緩慢，Uo下降極微；而電容放電卻經(jīng)過二極管D，因D正向電阻很小，電容放電迅速，輸出電壓不可能達(dá)到負(fù)值，如圖所示，于是輸出信號的零電平就被鉗在零電平線上。這種鉗位叫做正脈沖底部鉗位。該電路又稱為零電平底部鉗位器。輸入波形輸出波形當(dāng)前第21頁\共有75頁\編于星期一\14點第二節(jié)晶體管反相器一.晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管不僅有放大作用，而且還有開關(guān)作用。在脈沖數(shù)字電路中就是利用三極管的開關(guān)作用。由其特性曲線知，當(dāng)基極電流Ib≤0時，晶體管工作在截止區(qū)。此時集電極電流Ic≈0，晶體管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置，相當(dāng)于開關(guān)斷開。當(dāng)Ib由零逐漸上升時，晶體管的工作狀態(tài)由截止區(qū)進(jìn)入放大區(qū)，一旦Ib繼續(xù)上升達(dá)到臨界飽和電流Ibs時，三極管處于臨界飽和狀態(tài)，如再增大Ib，使Ib>Ibs，三極管進(jìn)入飽和區(qū)。此時集射極電壓Uce接近于零，Ib基本上失去了對Ic的控制能力，相當(dāng)于開關(guān)接通。當(dāng)前第22頁\共有75頁\編于星期一\14點

三極管由截止轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通所需的時間稱為開啟時間，即在基區(qū)逐漸積累電荷，使電流由小變大所需時間。由飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂顾璧臅r間稱為關(guān)閉時間，即在基區(qū)通過中和逐漸清除電荷，使電流逐漸變小所需時間。當(dāng)前第23頁\共有75頁\編于星期一\14點通常關(guān)閉時間比開啟時間要長很多倍，這主要是射極輸入的載流子在基區(qū)中積累電荷比基區(qū)中載流子中和這些電荷要快得多，普通開關(guān)管的開啟時間約為10~30ns，關(guān)閉時間約為100~200ns，高頻管的開關(guān)速度比普通開關(guān)管慢得多。對于生物電脈沖，它的前沿約為數(shù)毫秒，也可以用高頻管代替開關(guān)管。當(dāng)前第24頁\共有75頁\編于星期一\14點二.反相器

在脈沖電路中，把一個工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的單級晶體三極管放大器稱為反相器(inverter)。常用的反相器如圖。電容C是加速電容，基極電阻R1、R2及外加負(fù)偏壓(-EB)構(gòu)成偏置電路，與輸入電壓Ui共同決定三極管的工作狀態(tài)，保證三極管能夠可靠地截止與飽和。當(dāng)前第25頁\共有75頁\編于星期一\14點

若輸入電壓Ui為低電平，三極管可靠截止，Rc上的壓降近似值為零，輸出電壓Uo≈Ec，為高電平。顯然輸出Uo與輸入Ui反相；若輸入電壓Ui為高電平，元件參數(shù)選擇合適，可使三極管飽和導(dǎo)通，輸出電壓Uo≤0.3V，輸出為低電平。顯然輸出Uo與輸入Ui反相?？梢姡斎朊}沖信號經(jīng)過反相器后將其極性變反，見圖。這里忽略了三極管開關(guān)的延遲時間，將三極管當(dāng)作理想的開關(guān)元件，所以輸出的波形是理想的矩形波。當(dāng)前第26頁\共有75頁\編于星期一\14點

反相器能穩(wěn)定工作的前提條件是，三極管處于可靠截止?fàn)顟B(tài)，或處于可靠飽和狀態(tài)。這就要求合理選擇電路的元件，經(jīng)理論與實踐證明：滿足三極管可靠截止的條件是Ube<0；滿足三極管可靠飽和的條件是Ib>Ibs，其中三極管基極飽和電流Ibs=Ec/βRc。當(dāng)前第27頁\共有75頁\編于星期一\14點

上圖是利用三極管反相作用構(gòu)成的正脈沖延時電路。該電路在無輸入時三極管處于飽和狀態(tài)，輸出信號Uo接近于零；當(dāng)輸入一個正脈沖波時，輸出端在輸入脈沖結(jié)束時輸出一個正脈沖信號。輸出脈沖的寬度基本上由電路元件參數(shù)決定，與輸入脈沖寬度無關(guān)。當(dāng)前第28頁\共有75頁\編于星期一\14點

其工作原理是：當(dāng)輸入脈沖上升時，Ui向電容C充電，充電電流增加了基極電流，晶體管飽和程度加深，輸出信號Uo仍然為零。如果充電的時間常數(shù)(R1+rbe)C小于脈沖寬度，電容C在正脈沖持續(xù)期間(輸入高電平)得到完全充電，其電壓(左正右負(fù))接近于輸入脈沖的幅度電壓Um。當(dāng)輸入脈沖下降時，電容C開始放電，迫使基極電位下降到-Um，三極管截止，輸出信號Uo上升到接近于Ec。當(dāng)前第29頁\共有75頁\編于星期一\14點Uo為高電平的持續(xù)時間由電容放電的時間常數(shù)(R1+RB)C決定。電容放電完畢后，三極管開始導(dǎo)通，并立即重新進(jìn)入飽和狀態(tài)，Uo回到零電平。輸出的延時脈沖寬度可以這樣估算：電容放電開始時，電阻R1和R2上的電壓為Ec+Um，放電結(jié)束時為Ec，所以脈沖寬度T為：當(dāng)前第30頁\共有75頁\編于星期一\14點第三節(jié)脈沖發(fā)生器

能產(chǎn)生脈沖信號的電路稱為脈沖發(fā)生器。這種電路是由正反饋放大器構(gòu)成的，其特點是，電路工作過程分兩個階段：一是“緊張”階段，即形成正反饋的連鎖反應(yīng)，使?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生急速變化的階段；二是“松弛”階段，即一管進(jìn)入截止，另一管進(jìn)入飽和后，電路狀態(tài)變化緩慢，甚至穩(wěn)定不變的階段。電路在一定條件下，通過一張一弛，使?fàn)顟B(tài)來回轉(zhuǎn)換，形成振蕩。所以這類電路也稱為張弛振蕩電路。當(dāng)前第31頁\共有75頁\編于星期一\14點

脈沖發(fā)生器按產(chǎn)生脈沖信號的方式可分為兩大類：一類是通過波形變換電路產(chǎn)生脈沖信號，如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；另一類是通過電路自激振蕩產(chǎn)生脈沖信號，如多諧振蕩器、單結(jié)晶體管振蕩器和間歇振蕩器等。下面的介紹從分立元件構(gòu)成的多諧振蕩器入手，分析其工作原理。當(dāng)前第32頁\共有75頁\編于星期一\14點一.多諧振蕩器1.分立元件組成的多諧振蕩器由于方波含有極豐富的諧波，所以將產(chǎn)生方波的電路稱為多諧振蕩器(multivibrator)。右圖為多諧振蕩器電路，兩個三極管的集電極通過電容接到對方的基極，構(gòu)成正反饋環(huán)路，所以將該電路稱為集基耦合多諧振蕩器。由于兩邊都有電容的充放電，所以這種電路沒有穩(wěn)態(tài)，兩個三極管將自動交替飽和或截止，形成兩個暫穩(wěn)態(tài)。故這種電路又叫做無穩(wěn)態(tài)電路，它不需要外加觸發(fā)脈沖就能獲得方波輸出。當(dāng)前第33頁\共有75頁\編于星期一\14點當(dāng)前第34頁\共有75頁\編于星期一\14點

在電路參數(shù)對稱情況下，即RB1=RB2=RB,C1=C2=C，方波的周期T近似為：

T≈1.4RBC

多諧振蕩器主要用途是產(chǎn)生方波，該電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于電容的充放電，導(dǎo)致方波前沿波形不好，抗干擾能力差等缺點。當(dāng)前第35頁\共有75頁\編于星期一\14點2.集成運放組成的多諧振蕩器

從由集成運放組成的多諧振蕩器的電路結(jié)構(gòu)可看出，它是在比較器的基礎(chǔ)上，從輸出引入適當(dāng)?shù)恼答伒酵噍斎攵俗鳛閰⒖茧妷篣R，同時輸出電壓又經(jīng)電阻RF與電容C組成的積分電路，把另一反饋電壓加到反相輸入端作為信號電壓Us，構(gòu)成自激多諧振蕩器。與分類元件的多諧振蕩器相比，該電路也是個正反饋放大器，但只需一個充放電電容。圖中R1和R2組成了電壓串聯(lián)正反饋電路，反饋系數(shù)F為：F=R2/(R1+R2)。當(dāng)前第36頁\共有75頁\編于星期一\14點

多諧振蕩器的輸出電壓Uo及電容電壓Uc的波形如圖所示。由于該電路充放電時間常數(shù)相等，均為T=RFC，故T1=T2=T/2，則輸出波形為對稱方波，占空比為0.5。經(jīng)理論推導(dǎo)，可得振蕩器的振蕩周期T為：當(dāng)前第37頁\共有75頁\編于星期一\14點

振蕩周期T只與RF、C以及R2/R1的比值有關(guān)，而與輸出電壓Uo無關(guān)，所以在實際應(yīng)用中，可通過改變電阻RF值來改變振蕩周期。但該電路對Uo的要求是保持其值的穩(wěn)定，這是由于電路中的參考電壓UR是由電路輸出的正、負(fù)飽和值UOH決定的，如果由于偶然原因(如電源電壓波動或溫度變化)而引起UOH的變化，則UR也隨之變化，造成振蕩周期不穩(wěn)定。當(dāng)前第38頁\共有75頁\編于星期一\14點

為了提高振蕩周期的穩(wěn)定性，可在運放輸出端并聯(lián)兩個背靠背的硅穩(wěn)壓二極管，則運放輸出的正、負(fù)飽和值就被穩(wěn)定在穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值Uz上，從而保證了UR的穩(wěn)定，上述缺點就得到克服。在這個電路中，如果用上圖中的兩條并聯(lián)支路代替電阻RF，則把電容C充電和放電回路分開，使其充電與放電的時間常數(shù)不同，就可以得到不對稱的方波，也就是各種占空系數(shù)的方波，即矩形波。由于集成運放組成的多諧振蕩器的輸出波形良好、頻率可調(diào)范圍大、可靠性高、體積小，所以在醫(yī)療儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第39頁\共有75頁\編于星期一\14點二.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.分立元件組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(monostablemultivibrator)—集基耦合該電路與集基耦合多諧振蕩器不同的是：T1集電極至T2基極用電阻R1耦合代替電容C1耦合(Cs為加速電容)。而T2至T1仍用電容耦合，因此，該電路有一個穩(wěn)態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)，稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)前第40頁\共有75頁\編于星期一\14點穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)的變化過程輸入信號Ui經(jīng)Rd、Cd微分電路后，得到一個負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖使T1截止T2飽和，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。T2飽和，電容C通過T2放電，從而迫使電路從暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)。當(dāng)前第41頁\共有75頁\編于星期一\14點

由波形圖可知，T1集電極的輸出脈沖寬度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時間。經(jīng)理論推導(dǎo)，輸出脈沖寬度tw為：

tw=0.7RB1C

由于耦合電容C的影響，T2輸出波形的上升沿比T1輸出波形的上升沿要差一些。當(dāng)前第42頁\共有75頁\編于星期一\14點2.集成運放組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖。與多諧振蕩器的區(qū)別是：在運放反相輸入端的電容C1上并聯(lián)一個鉗位二極管D，另外在同相輸入端加有C2和R2構(gòu)成的微分觸發(fā)電路。當(dāng)前第43頁\共有75頁\編于星期一\14點輸出電壓為Uo，電源電壓為Vcc，同相輸入端電壓為Up=R2Vcc/(R1+R2)。反相輸入端電壓由于二極管D而被鉗位在正向電壓UD。這時運放的輸入差動電壓為UP-UD，適當(dāng)選擇R1、R2的值，使UP>UD，就可以使Uo維持在電源Vcc上，這是該電路的穩(wěn)態(tài)。負(fù)觸發(fā)脈沖，UN>UP，電路翻轉(zhuǎn)，Uo下降變?yōu)?Vcc，Up=-R2Vcc/(R1+R2)。電路于暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時，電容C1經(jīng)RF和-Vcc放電，UN按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)UN=UP時，電路自動翻轉(zhuǎn)到穩(wěn)態(tài)。放電時間常數(shù)為RFC1，為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，與觸發(fā)脈沖無關(guān)。當(dāng)前第44頁\共有75頁\編于星期一\14點

由上式可看出，脈沖寬度tw取決于運放電路外接元件RF、C1以及R2/R1的比值。為提高電路振蕩頻率的穩(wěn)定性，也可同樣采取在輸出端并接兩個背靠背的穩(wěn)壓二極管的方法。集成運放組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器性能穩(wěn)定，波形良好、脈沖寬度可調(diào)、制作簡單。除產(chǎn)生矩形波以外，還能完成如整形、定時、分頻等作用。所以在醫(yī)療儀器中獲得廣泛應(yīng)用。

輸出脈沖的寬度tw就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，若忽略二極管的正向電壓UD，可得：當(dāng)前第45頁\共有75頁\編于星期一\14點三.雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

集基耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)如圖。它的兩個反相器之間的耦合都是采用電阻耦合，因此基極電位不能自動變化，電路就不能自動翻轉(zhuǎn)，電路沒有暫穩(wěn)態(tài)，只有兩個穩(wěn)定狀態(tài)：T1飽和、T2截止；T1截止、T2飽和。而這兩個穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都必須靠外加觸發(fā)脈沖的觸發(fā)來完成。當(dāng)前第46頁\共有75頁\編于星期一\14點

電路在接通電源的瞬間，設(shè)T1導(dǎo)通能力比T2強(qiáng)，最終導(dǎo)致T1飽和、T2截止，電路進(jìn)入第一個穩(wěn)定狀態(tài)。若沒有外部觸發(fā)脈沖或干擾作用，觸發(fā)器就將保持這個穩(wěn)定狀態(tài)。若在t1時刻，在T1的基極送入負(fù)極性觸發(fā)脈沖UR，只要負(fù)脈沖的幅度足夠大，必然使T1退出飽和，促成正反饋過程，結(jié)果電路進(jìn)入T1截止、T2飽和的第二個穩(wěn)定狀態(tài)，且一直保持此種穩(wěn)定狀態(tài)。若在t2時刻，將負(fù)極性脈沖Us送入T2的基極，則引起第二次翻轉(zhuǎn)過程，結(jié)果使電路回到T1飽和、T2截止的第一穩(wěn)定狀態(tài)。t1t2當(dāng)前第47頁\共有75頁\編于星期一\14點Uc1及Uc2為兩個極性相反的矩形波，其寬度取決于前后兩次觸發(fā)脈沖的時間間隔，即為t1~t2。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)方式有單端觸發(fā)式和計數(shù)觸發(fā)式。所謂單端觸發(fā)式就是觸發(fā)脈沖通過兩個獨立的觸發(fā)電路分別送入兩管基極，輪流觸發(fā)兩管電路不斷翻轉(zhuǎn)。所謂計數(shù)觸發(fā)式就是把一個觸發(fā)信號兩個負(fù)尖脈沖同時加到兩管的基極，負(fù)尖脈沖只對飽和管起作用，每次都能使飽和管截止，從而使電路翻轉(zhuǎn)，即負(fù)觸發(fā)脈沖每出現(xiàn)一次，電路就翻轉(zhuǎn)一次，由此實現(xiàn)計數(shù)的目的。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除產(chǎn)生矩形波以外，根據(jù)觸發(fā)方式不同可構(gòu)成R-S觸發(fā)器、T觸發(fā)器等。當(dāng)前第48頁\共有75頁\編于星期一\14點

集基耦合單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般都在耦合電阻R上并接一個加速電容Cs。其作用有以下兩個方面：

(1)縮短三極管的開關(guān)時間，加快觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)速度。如當(dāng)觸發(fā)脈沖到達(dá)時，T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，Uc1要發(fā)生正跳變，這個正跳變通過加速電容Cs1幾乎全部加到了T2的基極上，從而加快了T2的導(dǎo)通過程。

(2)提高觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的可靠性。觸發(fā)脈沖到來時，Uc1產(chǎn)生正跳變的信號，通過加速電容Cs1加到Ub2上，使T2基極電位Ub2立即為正，即Ube2>0，促使T2優(yōu)先導(dǎo)通，保證了電路可靠翻轉(zhuǎn)。當(dāng)前第49頁\共有75頁\編于星期一\14點第四節(jié)脈沖的整形與鑒別

在脈沖數(shù)字電路中，常常將各種形狀和幅度的脈沖轉(zhuǎn)換為幅度一致的矩形脈沖，這就是脈沖的整形。在整形過程中，如果把幅度較小的脈沖消除，這就是脈沖的鑒別。當(dāng)前第50頁\共有75頁\編于星期一\14點一.二極管幅度鑒別電路鉗位電路。但因電阻Rw可調(diào)，所以可鉗制在一個任意調(diào)節(jié)的負(fù)電平上

串聯(lián)削波電路。幅度較小的脈沖都被消除了，幅度較大的脈沖只保留它們的頂部。特點：結(jié)構(gòu)簡單，但靈敏度低。當(dāng)前第51頁\共有75頁\編于星期一\14點輸入波形鉗位波形輸出波形當(dāng)前第52頁\共有75頁\編于星期一\14點二.施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器(Schmitttrigger)又稱射極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，與集基耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較，它們的共同點是都具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，不同點是前者是用輸入脈沖的跳變沿觸發(fā)，而施密特觸發(fā)器是用輸入電平觸發(fā)。利用它可以將其它形狀的波形(如正弦波、鋸齒波以及各種周期性不規(guī)劃的波形)變換成整齊的矩形波，還可以將信號中幅度不符合要求的消除掉。當(dāng)前第53頁\共有75頁\編于星期一\14點1.分立元件組成的施密特觸發(fā)器它也是由兩個晶體三極管反相器組成的射極耦合雙穩(wěn)態(tài)電路，從三極管T1的集電極通過電阻R1和R2的分壓耦合到T2的基極，而從T2集電極電流的變化通過公用的發(fā)射極電阻Re耦合到T1的基極，以實現(xiàn)正反饋。只要電路參數(shù)選擇適當(dāng)，這個電路就有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)：T1截止、T2飽和；T1飽和、T2截止。而且在一定條件下，電路能從一個穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)態(tài)。當(dāng)前第54頁\共有75頁\編于星期一\14點穩(wěn)態(tài)1穩(wěn)態(tài)2Ui=0時，T1截止，T2飽和，輸出電壓Uo為低電平。第一穩(wěn)態(tài)。Ui上升到Ube1>0.5V時，T1進(jìn)入放大狀態(tài)。但T2仍處于飽和狀態(tài)。Ui繼續(xù)上升，使Uc1下降到一定程度，T2脫離飽和，由于正反饋，使T1進(jìn)很快翻轉(zhuǎn)到飽和，T2截止，Uo為高電平。第二穩(wěn)態(tài)。使觸發(fā)器由第一穩(wěn)態(tài)開始翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)瞬間的輸入電壓稱為上限閾值電平UT+(上觸發(fā)電平)。Ui開始下降到UT+值時，T1從飽和進(jìn)入放大。繼續(xù)下降到UT-，T2退出截止進(jìn)入放大，由于正反饋，使T1截止，T2飽和，回到第一穩(wěn)態(tài)。UT-為下限閾值電平(下觸發(fā)電平)。當(dāng)前第55頁\共有75頁\編于星期一\14點

由此可見，觸發(fā)器上觸發(fā)電子UT+大于下觸發(fā)器電平UT-，這種現(xiàn)象稱為回差(也稱滯后)，兩者之差稱為回差電壓ΔUT(也稱滯后電壓)，則回差電壓為：

ΔUT=UT+-

UT-

回差電壓主要與T2的飽和與截止深度有關(guān)，T2飽和越深，UT+就越大；T2截止越深，UT-就會越小，因此，減小T2的飽和與截止的深度，就可以減小回差電壓。在實際應(yīng)用中，有的要利用回差，有的卻要盡量抑制回差。當(dāng)前第56頁\共有75頁\編于星期一\14點

該電路的電壓傳輸特性曲線如圖所示。這種具有回差的特性曲線也叫做滯回特性。當(dāng)前第57頁\共有75頁\編于星期一\14點2.集成運放組成的施密特觸發(fā)器集成運放組成的施密特觸發(fā)器實際上是一個具有正反饋的電壓比較器。它是在電壓比較器的基礎(chǔ)上，通過R1和R2組成的電阻分壓器，將輸出電壓加到運放的同相輸入端而成的，引入正負(fù)饋可有利于加速電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)前第58頁\共有75頁\編于星期一\14點

電阻R2的一端接到參考電壓Us上，Us的大小決定了觸發(fā)器的觸發(fā)電平。通常R1的數(shù)值比集成運放的輸出電阻大得多，這樣對輸出電壓Uo的影響可以忽略，使Uo恒定。而R2和R1并聯(lián)電阻又比輸入電阻小得多，這樣反饋系數(shù)F可視為僅由R1、R2決定。觸發(fā)器的輸入信號Ui加到集成運放的反相輸入端，利用輸入信號Ui的變化，來控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)前第59頁\共有75頁\編于星期一\14點加到運放同相輸入端的電壓Uf為：式中第一項為參考電壓單獨對同相端的作用，是固定的，第二項為輸出電壓單獨對同相端的作用，隨Uo的大小而定。設(shè)Uo的飽和值為UOH，當(dāng)Uo=+UOH時，同相端電壓U1為：當(dāng)Uo=-UOH時，同相端電壓U’1為：所以回差電壓ΔUT為：回差電壓由外接電阻R1、R2和UOH決定，若電路確定后，改變R1或R2即可調(diào)節(jié)該值。當(dāng)前第60頁\共有75頁\編于星期一\14點脈沖波形的整形受到干擾的輸入波形，頂部不平整UT+=UT-，且輸入信號波形頂部恰好在此電平上下變化，整形后波形UT+>UT-，且UT-小于波形頂部變化的最小值，整形后波形。因此整形電路中，一般采用回差電壓大的觸發(fā)器。當(dāng)前第61頁\共有75頁\編于星期一\14點

輸入波形中，各脈沖幅度高低不一，這時可將施密特觸發(fā)器的UT+調(diào)節(jié)至UT，使輸入脈沖幅度Ui大于UT的，輸出脈沖保留，低于UT的脈沖去掉，則輸出Uo只含有Ui中幅度高于UT的脈沖，實現(xiàn)了幅度鑒別。當(dāng)前第62頁\共有75頁\編于星期一\14點

因此施密特觸發(fā)器是一個應(yīng)用非常廣泛的電路。如核醫(yī)學(xué)中探測γ射線時，脈沖幅度與γ射線量子能量成正比，按計數(shù)率計的要求，需把幅度不一的且超過一定值的脈沖轉(zhuǎn)為幅度相同的脈沖才可計數(shù)；另外在探測到的脈沖中還混入由于散射或低能射線引起的幅度較低的脈沖，這部分脈沖必須清除，否則不利于正確的診斷。再如在神經(jīng)腦細(xì)胞上記錄到的生理信號常常是一些形態(tài)不規(guī)劃、幅度不等的脈沖，在基線上還有很多不需要的干擾，同樣也需整形和鑒別。施密特觸發(fā)器可作為電壓比較器，它在輸入端進(jìn)行信號(模擬、脈沖)大小的比較，而在輸出端輸出的呈高電平或低電平，故它是脈沖數(shù)字電路中很重要的轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)前第63頁\共有75頁\編于星期一\14點第五節(jié)脈沖的調(diào)制與解調(diào)

脈沖傳輸方式由于抗噪聲干擾能力很強(qiáng)，故在當(dāng)今計算機(jī)為中心的信息社會中獲得廣泛應(yīng)用。本節(jié)只介紹有關(guān)電路工作原理。一.脈沖調(diào)制原理所謂脈沖調(diào)制就是周期性脈沖的某一參數(shù)(幅度、寬度、相位和頻率)按信號的變化規(guī)律而改變。用來改變周期性脈沖參數(shù)的那個信號稱為調(diào)制信號，未被調(diào)制的周期性脈沖稱為未調(diào)脈沖，已被調(diào)制信號調(diào)制過的稱為已調(diào)脈沖。當(dāng)前第64頁\共有75頁\編于星期一\14點

由于脈沖波是離散波，在時間上是不連續(xù)的，所以脈沖調(diào)制不是完整地傳輸調(diào)制信號的每一個瞬時值，而只是傳輸調(diào)制信號一定時間間隔的那些瞬時值，這些瞬時值我們稱它為采樣值。也就是說，脈沖調(diào)制就是從連續(xù)的調(diào)制信號中取出采樣值，然后用各抽樣值去控制脈沖序列的某一參數(shù)的過程，我們稱這個過程為采樣。當(dāng)前第65頁\共有75頁\編于星期一\14點1.采樣定理理論與實踐證明：只有采樣頻率等于或大于調(diào)制信號最高頻率的2倍時，才可以再現(xiàn)原調(diào)制信號，不產(chǎn)生失真現(xiàn)象。設(shè)采樣頻率為f0，調(diào)制信號的最高頻率為fm，則采樣定理可用下式表示：

f0≥2fm

如果采樣時滿足上式，就能較容易地采用低通濾波器將調(diào)制信號從樣本中分離出來。若不滿足上式，f0<2fm時，樣本頻率的下邊帶部分頻率跟調(diào)制信號頻率發(fā)生重疊，使得二者無法準(zhǔn)確分離，結(jié)果取出的調(diào)制信號產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。當(dāng)前第66頁\共有75頁\編于星期一\14點2.脈沖調(diào)制原理脈沖調(diào)制方式按調(diào)制信號改變脈沖的參數(shù)