脈衝技術

脈衝技術已廣泛套用於電子計算機、通信、雷達、電視、自動控制、遙測遙控、無線電導航和測量技術等領域。

基本介紹

• 中文名：脈衝技術
• 套用：電子計算機、通信、雷達
• 釋義：脈衝信號的變換、產生和套用
• 常見電路：詳見正文

概述

脈衝技術（pulse techniques）是脈衝信號產生和波形變換的技術。是指在某一時間內有突變的電壓或電流。從廣義上講，圖1所示的矩形波、方波、尖頂波、鋸齒波、三角波、階梯波等非正弦波信號都是脈衝信號。

圖1

矩形波

最常見的脈衝電壓波形是矩形波。理想矩形波的突變部分是瞬時的跳變。實際電路中，脈衝電壓從零值跳變到最大值，或從最大值跳變到零值時，都需要經歷一定的時間。圖2是實際的矩形脈衝波形圖。為了定量

描述矩形脈衝的特性，經常使用圖2中所標註的主要參數：①U_m是脈衝信號的幅度；②t_r是脈衝信號的上升時間，又稱上升沿或前沿，是指脈衝信號由0.lU_m上升至0.9U_m時所需要的時間；③t_f是脈衝信號的下降時間，又稱下降沿或後沿，是指脈衝信號由0.9U_m下降至0.1U_m所需要的時間；④t_w是脈衝信號的持續時間，又稱脈寬，是指從脈衝前沿上升到0.51U_m起，到脈衝後沿下降到0.5U_m為止的時間間隔；⑤T是脈衝信號的重複周期。將脈衝寬度t_w與脈衝重複周期T的比值，定義為占空比q。圖1（b）中的方波信號就是占空比為50%的矩形脈衝。其它各種型式的脈衝信號，也常根據其波形的特點，採用一些特殊含義的參數來描述，如鋸齒波信號，可用非線性係數來衡量其正程內的線性程度等。

圖2

脈衝產生電路

在沒有激勵條件下產生脈衝波的電路。矩形脈衝可以用電晶體、場效應管作開關，用電容器或電感器作惰性元件構成的自激多諧振盪器產生。電路型式有集電極一基極耦合、射極耦合多諧振盪器等。以脈衝變壓器作反饋元件的間歇振盪器可產生占空比很小的窄脈衝。採用負阻器件，如隧道二極體、單結電晶體、可控矽開關管等也可構成自激多諧振盪電路。隨著積體電路的發展，這類分立元件的電路由於設計調整比較麻煩，已經較少採用了。

採用集成邏輯門和RC充放電電路構成的自激多諧振盪器，電路比較簡單。圖3（a）和（b）所示的為由兩個非門及電容器組成的正反饋電路構成的對稱式和不對稱式多諧振盪器電路，其振盪頻率由RC決定。在對振盪頻率穩定度指標要求較高的場合，可將石英晶體與上述電路中的耦合電容串聯，組成石英晶體多諧振盪器。電路的振盪頻率等於石英晶體的諧振頻率。帶有RC延時環節的環型振盪器電路如圖3（c）所示，其振盪頻率也與RC有關。如用電位器代替圖中的電阻R，則可構成頻率範圍可調的矩形波發生器。

圖3

矩形脈衝也可由運算放大器、施密特觸發器或555定時器等積體電路構成的多諧振盪器產生。

3. 脈衝波形變換

通過系統使給定的輸入信號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。

脈衝波形的非線性變換電路是對輸入信號進行限幅、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採用二極體、三極體等開關元件實現的限幅器和鉗位電路。前者是對脈衝信號的幅度進行切割，將幅度高於或低於某一電平的部分波形“切除”。後者是將脈衝信號的某個電平固定到指定值上，而波形不變，使信號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。如果將方波信號加到微分電路的輸入端，則可將脈衝電壓的跳變沿取出，得到如圖1（c）所示的尖頂波。這種脈衝可用作電路的觸發脈衝。如果將方波信號加到積分電路的輸入端，則可得到三角波。

脈衝技術

脈衝信號的變換、產生和套用的技術。脈衝信號的波形在某一時間內有突發性和斷續性的特點，幾種理想的脈衝信號波形如圖1。矩形脈衝的係數可用脈衝波的周期T、 寬度τ、前沿tr、後沿tf、幅度Um和波頂下垂量δ來表示。脈衝技術已廣泛套用於電子計算機、通信、雷達、電視、自動控制、遙測遙控、無線電導航和測量技術等領域。

常見的線性波形變換電路

常見的線性波形變換電路有微分電路和積分電路(圖2)。如果把圖1a的方波電壓加到圖2a微分電路的輸入端，則輸出波將是圖1d。這種微分電路可以把脈衝波形的跳變沿取出作為觸發脈衝，在時間的準確性上它與原輸入脈衝相同。如果把圖1a的方波電壓加到圖2b積分電路的輸入端，則輸出波形將是圖1c。另外還有非線性波形變換電路。例如，使圖1d的電壓波形通過單嚮導電的二極體，可獲得單方向（單極性）的尖頂觸發脈衝。把正弦波送給施密特觸發電路可得到矩形波輸出（見觸發器）。用矩形波選通一個電晶體控制的RC充放電電路，便能得到鋸齒電壓波。

脈衝波產生電路含有電晶體和電容器或電感器。電晶體用作開關，它的通、斷可以改變電路的工作狀態。電容、電感用作惰性元件，可以形成電路中的暫態特性。例如能產生矩形波或方波的無穩態自激多諧振盪器，需要外觸發的單穩態觸發電路和雙穩態觸發電路，能產生鋸齒波的鋸齒波發生器和占空比很大的窄脈衝間歇振盪器都屬於這類電路。它們可以完成諸如同步、分頻、計數、移位暫存、電壓比較、延時、掃描、模-數和數-模轉換、選通、脈衝編碼等功能。

脈衝技術的套用

套用

脈衝技術中廣泛套用的非線性變換電路還有施密特觖發器、單穩態觸發器和雙穩態觸發器等。採用施密特觸發器可以將正弦波、三角波等任意波形的輸入信號變換成邊沿陡峭的矩形脈衝。採用單穩態觸發器可以形成以輸入脈衝的某一邊沿（上升沿或下降沿）作時間基準的特定脈寬的信號。採用雙穩態觸發器則可對輸入脈衝進行分頻，構成各種計數器、分頻器等等。

脈衝技術廣泛地套用於電子計算機、通信、雷達、電視、自動控制、遙測遙控、無線電導航、測量技術等各個領域，成為各種電子系統中的重要的組成部分。