脈沖電路的功能特點(diǎn)

脈沖電路是可提供脈沖信號(hào)的功能單元電路，最基本的功能是產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并對(duì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換處理，使其滿足電路需要。

脈沖信號(hào)是一種持續(xù)時(shí)間極短的電壓或電流。從廣義上講，凡不具有持續(xù)正弦形狀的波形，幾乎都可以稱其為脈沖信號(hào)。它可以是周期性的，也可以是非周期性的。

圖4-1為幾種常見的脈沖信號(hào)波形。

圖4-1 幾種常見的脈沖信號(hào)波形

提示

模擬信號(hào)處理電路處理的是模擬信號(hào)。模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的信號(hào)，如不規(guī)則的音頻信號(hào)、規(guī)則的50Hz交流電源正弦信號(hào)等均屬于模擬信號(hào)。脈沖信號(hào)在數(shù)字信號(hào)處理控制電路中應(yīng)用非常廣泛。例如，節(jié)日里驅(qū)動(dòng)彩燈和霓虹燈的信號(hào)，在電子設(shè)備中驅(qū)動(dòng)繼電器、蜂鳴器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的信號(hào)都采用脈沖信號(hào)，電子表中的計(jì)時(shí)信號(hào)也是脈沖信號(hào)。

脈沖電路的功能特點(diǎn)

一般來說，脈沖電路按工作特點(diǎn)的不同可劃分為脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路和脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

1.脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的功能特點(diǎn)

脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路是產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路，用于為處理和變換脈沖信號(hào)的電路提供信號(hào)源。通常，脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路不需要外加觸發(fā)信號(hào)，在電源接通后，即可自動(dòng)產(chǎn)生一定頻率和幅度的脈沖信號(hào)。

圖4-2為脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的功能特點(diǎn)，主要是由兩個(gè)三極管V1、V2構(gòu)成的。V2輸出的脈沖信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)閃光。在滿足供電條件下，兩個(gè)三極管配合導(dǎo)通和截止，產(chǎn)生觸發(fā)LED發(fā)光的脈沖信號(hào)。

圖4-2 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的功能特點(diǎn)

在通常情況下，常見的脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)波形類型主要有方波脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、鋸齒波脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、三角波脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路等。將這些能夠產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電路稱為振蕩器。振蕩器又分為晶體振蕩器和多諧振蕩器。

圖4-3為晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)及等效電路。晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，廣泛應(yīng)用在彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中，為數(shù)據(jù)處理電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)或基準(zhǔn)信號(hào)。

圖4-3 晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)及等效電路

提示

晶體振蕩器主要是由石英晶體和外圍元器件構(gòu)成的諧振器件。石英晶體是自然界天然形成的結(jié)晶物質(zhì)，具有壓電效應(yīng)，受到機(jī)械應(yīng)力作用會(huì)發(fā)生振動(dòng)，由此產(chǎn)生的電壓信號(hào)頻率等于機(jī)械振動(dòng)的頻率。在石英晶體的兩端施加交流電壓時(shí)，會(huì)在交流電壓的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，在石英晶體的自然諧振頻率下會(huì)產(chǎn)生最強(qiáng)烈的振動(dòng)。石英晶體的自然諧振頻率由尺寸及切割方式?jīng)Q定。

在數(shù)字電路中，時(shí)鐘電路是不可缺少的。32kHz晶體時(shí)鐘振蕩器是為數(shù)字電路提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的電路，采用CMOS集成電路CD4007作為振蕩信號(hào)放大器，如圖4-4所示。

圖4-4 32kHz晶體時(shí)鐘振蕩器

由DTL集成電路構(gòu)成晶體振蕩器的振蕩頻率為100kHz和1MHz，可為DTL電路系統(tǒng)提供晶振信號(hào)，如圖4-5所示。

圖4-5

圖4-6為由TTL(晶體管邏輯電路)集成電路構(gòu)成的晶體振蕩器，是分別為10MHz和20MHz兩種振蕩頻率的振蕩電路。

圖4-6

提示

任何模擬信號(hào)都可以變成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)往往需要存儲(chǔ)和傳輸，在傳輸前需要加密和編碼等。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過處理后需要還原。為此，數(shù)字信號(hào)往往需要按一定的規(guī)則編碼，有了這些編碼規(guī)則，才能在還原識(shí)別時(shí)進(jìn)行相反的解碼。完成這些信號(hào)處理過程的電路就是數(shù)字信號(hào)處理電路。數(shù)字信號(hào)處理電路的種類非常多。

在數(shù)字信號(hào)處理電路中處理數(shù)字信號(hào)是很復(fù)雜的，相應(yīng)的處理電路也很復(fù)雜，為了使復(fù)雜的處理過程有條不紊，需要有一個(gè)統(tǒng)一的信號(hào)控制處理步調(diào)，這就是時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)是整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的同步信號(hào)，需要有很高的穩(wěn)定性，通常由石英晶體構(gòu)成的晶體振蕩器產(chǎn)生。

多諧振蕩器是一種可自動(dòng)產(chǎn)生一定頻率和幅度的矩形波或方波電路。其核心元器件為對(duì)稱的兩個(gè)三極管，或?qū)⒄袷庪娐芳谝惑w的集成電路。

圖4-7為鋸齒波振蕩器的功能。

圖4-7 鋸齒波振蕩器的功能

提示

比較常用的普克爾鋸齒波諧振器的開始電源經(jīng)Rc1為V2的基極提供偏壓，使V2導(dǎo)通，電源經(jīng)V2為電容器C充電，C上的電壓升高，當(dāng)充電電壓接近基極電壓時(shí)，V2截止，V2的集電極電壓上升，使V1的基極電壓上升，V1導(dǎo)通，C上的電壓通過電阻R放電，使V2的發(fā)射極電壓低于基極電壓而再次導(dǎo)通，在C兩端便產(chǎn)生周期性的鋸齒波。

方波信號(hào)產(chǎn)生器也是一種多諧振蕩器，利用雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)可同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的方波信號(hào)，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，如圖4-8所示。

圖4-8 方波信號(hào)產(chǎn)生電路

提示

在實(shí)際應(yīng)用中，常見的復(fù)位電路也是一種脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路。圖4-9(a)為微處理器復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)。微處理器的電源供電端在開機(jī)時(shí)會(huì)有一個(gè)從0V上升至5V的過程，如果在這個(gè)過程中啟動(dòng)，有可能出現(xiàn)程

序錯(cuò)亂。為此，微處理器都設(shè)有復(fù)位電路，在開機(jī)瞬間，復(fù)位端保持0V(低電平)。當(dāng)供電電壓接近5V時(shí)(大于4.6V)，復(fù)位端的電壓變成高電平(接近5V)，微處理器開始工作。關(guān)機(jī)時(shí)，當(dāng)供電電壓下降到小于4.6V時(shí)，復(fù)位端的電壓下降為0V，微處理器程序復(fù)位，保證微處理器正常工作。圖4-9(b)為微處理器復(fù)位電路的信號(hào)特點(diǎn)。

圖4-9